【学习探索】Hello：LaunchPad（从）--SPI--EK LM3S811（主）

    此前一直使用模拟的SPI接口或者主机模式的SPI接口，未尝试过从机SPI编程，近期学习了视频教程，想试试来个跨界握手：通过LaunchPad上的MSP430G2553的硬件SPI与EK-LM3S811上的SSI（SPI模式）进行互联，简化起见，MSP430G2553作为从机，LM3S811作为主机。利用LM3S811的虚拟串口来间接检验双向通讯效果，通讯的思路是LM3S811发出若干字节数据，MSP430G2553接收到后原文回传，LM3S811接收到回传直接通过UART显示到PC端的串口调试助手上。当然也可以逆过来设计，我这么选择只是为了实验的方便，因为需要尝试的重点是SPI通讯，其他的如虚拟串口可以利用LM3S的库来快速实现。关键的难点还是接口时序的选择，比如时钟的极性、相位等。
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硬件连接（从评估板的引出端子处飞线互连）：
PC1+MSP430G2553                                 PC2+ LM3S811
GND（Pin20）------------------------------GND（外侧引出焊盘列，下同）
UCA0SOMI（P1.1）------------------------SSIRx
UCA0SIMO（P1.2）------------------------SSITx
UCA0CLK （P1.4）-------------------------SSICLK
UCA0STE （P1.5）-------------------------SSIFss（可省）
*****************************************

注：目前的MSP430G2553器件手册SLAS735F第3页第一个器件引脚图上，第4脚描述有误，多了个字母P，变成PUCA0SIMO了。




   
    接下来的重点就是编程了，首先需要查阅官方的例程，当然没有现成的上述连接方式的例程，不过MSP430G2553倒是有两个分别作为从机和主机的例程，主从双方均为MSP430单片机，LM3S811也有SPI主机模式的例程，但没找着对应的从机例程。参考例程作如下设计：


1. MSP430G2553采用三线SPI从机模式，上电复位进行必要的初始化后进入低功耗LPM4状态，接收数据和发送数据均在中断服务程序内执行。这也是近期的视频教程第八讲“串行通信模块”里，丁经理反复强调的430适合低功耗设计的要求，为低功耗设计而设计，它可从任意低功耗模式（LPM）实现自动时钟起动，具体来说就是即使在CPU和所有时钟禁能的LPM4模式下都可以正常通信，不过请注意，这针对的是SPI的时钟取自SMCLK且作为从机的操作，在需要的时候SMCLK被自动激活，比如接收和发送操作就可以激活，并保持到操作执行完毕，然后回到激活前的低功耗状态（详见用户手册说明）。而如果作为主机，它需要向外输送时钟的，所以就跟低功耗模式相矛盾了。为了便于调试观察，设置了一个数组用于存放从SPI收到的数据，接收到一个字节立即回传该字节，芯片大部分时间处于LPM4，另外，联调时先运行该从机。调试环境CCSv4.2.4。


2. LM3S811采用Freescale的SPI主机模式，SPH=1，SPO=0，速率取500kHz，8-bit数据宽度。注意，LM3S811数据手册里提到，当工作模式为主机模式时，系统时钟至少是SSIClk的两倍；当工作模式为从机模式时，系统时钟至少是SSIClk的12倍。程序采用查询方式发送和接收数据，发送5个字符Hello，全部发送完毕再进行接收查询，接收的数据直接送UART口，UART口采用例程中的配置115200 bps、8-N-1。调试环境IAREmbedded Workbench for ARM 5.30 Kickstart。


3. 两个MCU的用户手册所述及的SPI接口模式不太一样，MSP430G2553并不像LM3S811那样区分出三种定义的SPI接口，从具体的配置来看，MSP430G2553和LM3S811的Freescale接口模式更为接近，就是不知道LM3S811支持的TI的模式是不是430上的SPI模式？最终基本可行的接口时序形式如下：
MSP430G2553，CKPL=0，CKPH=0


LM3S811，Freescale，SPO= 0，SPH=1

其实我一开始分析时，觉得SPO=0、SPH=0更配对，可惜不对。


实验内容及结果总结：


1. MSP430G2553作为从机，SPI的总线时钟CLK取决于主机，当然，也不能让MCU的系统时钟低于SPI时钟线频率。实验过上电默认的约1MHz DCO，修改为8MHz，修改为4.3～7.3MHz（RSELx = 12, DCOx = 3, MODx = 0），均可。稳妥起见，个人觉得系统时钟和总线频率的选择参考上述LM3S811数据手册的建议为宜。


2. 试了MSP430G2553配置为3线制，LM3S811配置为TI SPI模式，MSP430G2553接收到的数据错误。


3. LM3S811的Freescale SPI是4线制，试验了如下情况：
· 分别试了用与不用SSISTE引脚（软件配置LM3S811的I/O口部分的PA3屏蔽），MSP430G2553也分别配置了3线制和4线制，效果一样，这个STE脚应该就是多主机的时候才有用（此时注意如果使用4线JTAG进行调试，MSP430G2xx3的UCA0STE与TMS引脚是复用的，开发环境可以使用Release JTAG on Go或者Free Run来避免冲突）。
· 试了LM3S811的SPO=0、SPH=0模式，MSP430G2553接收的数据正确，但LM3S811收到的其回传数据与原发出数据不一样，不过基本都是固定的几个值。
· 试了LM3S811的SPO=0、SPH=1模式，MSP430G2553接收数据正确，但回送给LM3S811的数据不完全一致，这个不一致是说收到的字符是对的，但先后顺序不吻合，比如实验中LM3S811发送的是“Hello”，MSP430G2553接收到的也是“Hello”，并且收一个字符回传一个，LM3S811也是读出一个就往串口送一个，结果PC端的串口调试器上得到的是“oHell”，就是说顺序错了，还试过只送三个字节“mhz”，同样存在这种现象，变成“hzm”，DCO改为8MHz后，又变成“zmh”。目前只调试到这种程度，虽然不完全吻合，排序有错，但至少收到正确的数据了，下面是串口终端的截图。


· 至于为何数据错位，LM3S811的FIFO接收机制既然先进先出，照理不应该错，而且从机MSP430G2553也是按正确的先后顺序回传的，我想只可能在主机端接收和读取时才会产生错误，感觉也不应该是查询方式存取FIFO的问题，否则先不说错位，就连数值的正确性都无法保证。至于问题到底出在哪里，还没找出来，有待继续研究调试，如果有朋友知道，望指点！
· 现在总算深刻体会到了SPI总线的弱点：没有指定的流控制，没有完善的应答机制确认是否接收到数据。曾经将MSP430G2553的回传屏蔽，结果LM3S811的接收还是照常执行，收到的数据当然都是空白的，也就是说，SPI并没有像I2C那样有停止位、起始位、确认位之类的，它仅是依靠时钟线来作为存取数据的基准，如果主从机的时序没有严格对应上，就很可能出错。也曾怀疑我上述失败实验中有些就是数据回传与LM3S811开始程序读取FIFO之间的时间间隔问题，可惜没有示波器，暂时无法去验证分析。对于这种双MCU的由程序控制的SPI主从通讯，特别是两种不同架构的MCU之间的通讯，关键之关键，应该还是时序的同步。


    这回调试费了好几天的业余时间，因为没有好的实验条件，比调试I2C和其它仅作Slave用途的SPI器件要费劲的多，而且熟悉CCS调试环境也花了点时间，好在多少有些成果，亲自验证了MSP430和LM3S之间的SPI互联，虽然还有数据错位的问题，但至少数值对了，如果大家有碰到类似的实际应用，可以再进一步做调试。


后面附上两MCU的主代码供大家参考。
另外，因为本文既涉及MSP430又涉及Stellaris，所以放到《讨论》这个版块。

发帖系统真的有些问题，烦人，上帖最后一张图重复，部分字体颜色也编辑不成功，期待新版！

下面是MSP430G2553的源代码，环境CCSv4.2.4：
参考例程：slac485a ——MSP430G2xx3Code Examples.zip(例程有些描述也不一定都正确)

复制

#include "msp430g2553.h"



 



unsigned char temp[5];



static unsigned char num;



 



void main(void)



{



  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;                 // Stop watchdog timer



  



  /*if (CALBC1_1MHZ ==0xFF || CALDCO_1MHZ == 0xFF)                                     



 

{  



   

while(1);                              

// If calibration constants erased 

// do not load, trap CPU!!



  } 



 

//8Mhz



 

  BCSCTL1 = CALBC1_8MHZ;//0x0C;                    // Set range



 

  DCOCTL = CALDCO_8MHZ;//0x60;                     // Set DCO step +

modulation */



  



  P1SEL = BIT1 + BIT2 + BIT4;



  P1SEL2 = BIT1 + BIT2 + BIT4;



  UCA0CTL1 = UCSWRST;                       // **Put state machine in reset**









  UCA0CTL0 |= UCMSB + UCSYNC + UCMODE_2;               // 3-pin, 8-bit SPI slave 



//官方例程此处注释有误，变成了master

  UCA0CTL1 &= ~UCSWRST;                     // **Initialize USCI state machine**



  IE2 |= UCA0RXIE;                          // Enable USCI0 RX interrupt



  temp[0] = '-';



  temp[1] = '-';



  temp[2] = '-';



  temp[3] = '-';



  temp[4] = '-';



  num = 0;



 



  __bis_SR_register(LPM4_bits + GIE);       // Enter LPM4, enable interrupts



}



 



// Echo character



#pragma vector=USCIAB0RX_VECTOR



__interrupt void USCI0RX_ISR (void)



{



  temp[num] = UCA0RXBUF;



  while (!(IFG2 & UCA0TXIFG));



  UCA0TXBUF = temp[num];



  num++;

  



  if(num == 5)

     num = 0;



}

这是LM3S811的主程序源代码，环境IAR Embedded Workbench forARM 5.30 Kickstart，调试之用，所以只设计了单次发送和接收：
参考例程：StellarisWare_for_EK-LM3S811

复制

//*****************************************************************************



 



#include "inc/hw_memmap.h"



#include "inc/hw_ssi.h"



#include "inc/hw_types.h"



#include "driverlib/ssi.h"



#include "driverlib/gpio.h"



#include "driverlib/sysctl.h"



#include "driverlib/uart.h"



#include "utils/uartstdio.h"



 



//*****************************************************************************



//



//! \addtogroup ssi_examples_list



//! <h1>SPI Master

(spi_master)</h1>



//!



//! This example shows how to configure the

SSI0 as SPI Master.  The code will



//! send three characters on the master Tx

then polls the receive FIFO until



//! 3 characters are received on the master

Rx.



//!



//! This example uses the following

peripherals and I/O signals.  You must



//! review these and change as needed for

your own board:



//! - SSI0 peripheral



//! - GPIO Port

A peripheral (for SSI0 pins)



//! - SSI0CLK - PA2



//! - SSI0Fss - PA3



//! - SSI0Rx  - PA4



//! - SSI0Tx  - PA5



//!



//! The following UART signals are

configured only for displaying console



//! messages for this example.  These are not required for operation of SSI0.



//! - UART0 peripheral



//! - GPIO Port

A peripheral (for UART0 pins)



//! - UART0RX - PA0



//! - UART0TX - PA1



//!



//! This example uses the following

interrupt handlers.  To use this example



//! in your own application you must add

these interrupt handlers to your



//! vector table.



//! - None.



//!



//



//*****************************************************************************



 



//*****************************************************************************



//



// Number of bytes to send and receive.



//



//*****************************************************************************



#define NUM_SSI_DATA 5



 



//*****************************************************************************



//



// This function sets up UART0 to be used

for a console to display information



// as the example is running.



//



//*****************************************************************************



void



InitConsole(void)



{



   

//



   

// Enable GPIO port A which is used for UART0 pins.



   

// TODO: change this to whichever GPIO port you are using.



   

//



   

SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOA);



 



   

//



   

// Configure the pin muxing for UART0 functions on port A0 and A1.



   

// This step is not necessary if your part does not support pin muxing.



   

// TODO: change this to select the port/pin you are using.



   

//



   

GPIOPinConfigure(GPIO_PA0_U0RX);



   

GPIOPinConfigure(GPIO_PA1_U0TX);



 



   

//



   

// Select the alternate (UART) function for these pins.



   

// TODO: change this to select the port/pin you are using.



   

//



   

GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1);



 



   

//



   

// Initialize the UART for console I/O.



   

//



    UARTStdioInit(0);



}



 



//*****************************************************************************



//



// Configure SSI0

 in master Freescale (SPI) mode. 

This example will send out



// 3 bytes of data, then wait for 3 bytes

of data to come in.  This will all be



// done using the polling method.



//



//*****************************************************************************



int



main(void)



{



   

unsigned long ulDataTx[NUM_SSI_DATA];



   

unsigned long ulDataRx[NUM_SSI_DATA];



   

unsigned long ulindex;



 



    //



   

// Set the clocking to run directly from the external

crystal/oscillator.



   

// TODO: The SYSCTL_XTAL_ value must be changed to match the value of

the



   

// crystal on your board.



   

//



   

SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_1 | SYSCTL_USE_OSC | SYSCTL_OSC_MAIN |



                   SYSCTL_XTAL_6MHZ);



 



   

//



   

// Set up the serial console to use for displaying messages.  This is



   

// just for this example program and is not needed for SSI operation.



   

//



   

InitConsole();



 



   

//



   

// Display the setup on the console.



   

//



   

UARTprintf("SSI ->\n");



   

UARTprintf("  Mode:

SPI\n");



   

UARTprintf("  Data:

8-bit\n\n");



    



   

/*SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOA);



   

GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_3);



   

GPIOPinWrite(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_3,0);



   

GPIOPinWrite(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_3);



   

GPIOPinWrite(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_3,~0);



   

GPIOPinWrite(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_3);



   

SysCtlPeripheralDisable(SYSCTL_PERIPH_GPIOA);*/



   

//



   

// The SSI0 peripheral must be enabled for use.



   

//



   

SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_SSI0);



 



   

//



   

// For this example SSI0 is used with PortA[5:2].  The actual port and pins



   

// used may be different on your part, consult the data sheet for more



   

// information.  GPIO port A needs

to be enabled so these pins can be used.



   

// TODO: change this to whichever GPIO port you are using.



   

//



   

SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOA);



 



   

//



   

// Configure the pin muxing for SSI0 functions on port A2, A3, A4, and

A5.



   

// This step is not necessary if your part does not support pin muxing.



   

// TODO: change this to select the port/pin you are using.



   

//



   

GPIOPinConfigure(GPIO_PA2_SSI0CLK);



   

GPIOPinConfigure(GPIO_PA3_SSI0FSS);



   

GPIOPinConfigure(GPIO_PA4_SSI0RX);



   

GPIOPinConfigure(GPIO_PA5_SSI0TX);



 



   

//



   

// Configure the GPIO settings for the SSI pins.  This function also gives



   

// control of these pins to the SSI hardware.  Consult the data sheet to



   

// see which functions are allocated per pin.



   

// The pins are assigned as follows:



   

//      PA5 - SSI0Tx



   

//      PA4 - SSI0Rx



   

//      PA3 - SSI0Fss



   

//      PA2 - SSI0CLK



   

// TODO: change this to select the port/pin you are using.



   

//



   

GPIOPinTypeSSI(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_3 |



                   GPIO_PIN_2);



   

//GPIOPinTypeSSI(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_2);



 



   

//



   

// Configure and enable the SSI port for SPI master mode.  Use SSI0,



   

// system clock supply, idle clock level low and active low clock in



   

// freescale SPI mode, master mode, 1MHz SSI frequency, and 8-bit data.



   

// For SPI mode, you can set the polarity of the SSI clock when the SSI



   

// unit is idle.  You can also

configure what clock edge you want to



   

// capture data on.  Please

reference the datasheet for more information on



   

// the different SPI modes.



   

//



   

//SSIConfigSetExpClk(SSI0_BASE, SysCtlClockGet(), SSI_FRF_TI,



   

//                  

SSI_MODE_MASTER, 500000, 8);



   

SSIConfigSetExpClk(SSI0_BASE, SysCtlClockGet(), SSI_FRF_MOTO_MODE_1,



                       SSI_MODE_MASTER, 500000,

8);



 



   

//



   

// Enable the SSI0 module.



   

//



   

SSIEnable(SSI0_BASE);



 



   

//



   

// Read any residual data from the SSI port.  This makes sure the receive



   

// FIFOs are empty, so we don't read any unwanted junk.  This is done here



   

// because the SPI SSI mode is full-duplex, which allows you to send and



   

// receive at the same time.  The

SSIDataGetNonBlocking function returns



   

// "true" when data was returned, and "false" when

no data was returned.



   

// The "non-blocking" function checks if there is any data in

the receive



   

// FIFO and does not "hang" if there isn't.



   

//



   

while(SSIDataGetNonBlocking(SSI0_BASE, &ulDataRx[0]))



    {



    }



 



   

//



   

// Initialize the data to send.



   

//



   

ulDataTx[0] = 'H';//s



   

ulDataTx[1] = 'e';//p



   

ulDataTx[2] = 'l';//i



   

ulDataTx[3] = 'l';//i



   

ulDataTx[4] = 'o';//i



 



   

//



   

// Display indication that the SSI is transmitting data.



   

//



   

UARTprintf("Sent:\n  ");



 



   

//



   

// Send 3 bytes of data.



   

//



    



   

//SSIDataPut(SSI0_BASE, 'A');



    



   

for(ulindex = 0; ulindex < NUM_SSI_DATA; ulindex++)



    {



       

//



       

// Display the data that SSI is transferring.



       

//



       

UARTprintf("'%c' ", ulDataTx[ulindex]);



 



       

//



       

// Send the data using the "blocking" put function.  This function



       

// will wait until there is room in the send FIFO before returning.



       

// This allows you to assure that all the data you send makes it into



       

// the send FIFO.



       

//



       

SSIDataPut(SSI0_BASE, ulDataTx[ulindex]);



    }



 



   

//



   

// Wait until SSI0 is done transferring all the data in the transmit

FIFO.



   

//



   

while(!SSIBusy(SSI0_BASE))



    {



    }



 



   

//



   

// Display indication that the SSI is receiving data.



   

//



   

UARTprintf("\nReceived:\n 

");



 



   

//



   

// Receive 3 bytes of data.



   

//



   

for(ulindex = 0; ulindex < NUM_SSI_DATA; ulindex++)



    {



       

//



       

// Receive the data using the "blocking" Get function. This

function



       

// will wait until there is data in the receive FIFO before returning.



       

//



       

SSIDataGet(SSI0_BASE, &ulDataRx[ulindex]);



 



       

//



       

// Since we are using 8-bit data, mask off the MSB.



       

//



       

ulDataRx[ulindex] &= 0x00FF;



 



       

//



       

// Display the data that SSI0 received.



       

//



       

UARTprintf("'%c' ", ulDataRx[ulindex]);



    }



   

UARTprintf("\n");



 



   

while(1);



   

//



   

// Return no errors



   

//



   

//return(0);



}

mark 顶

谢谢捧场:)

没人解答我的问题吗？:L

xiexielouzhu

xiexielouzhu

好东西 顶一顶

现在才看到这好东西，大赞！

还希望楼主持续更新。

好给力的分享啊

受益匪浅 多谢分享

楼主的分享真心不错

楼主强悍 多谢分享

简直不能更详细了