本帖最后由 yirongfu 于 2012-7-5 09:41 编辑

    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）
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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。