在CW32生態(tài)社區(qū)以極高的性價(jià)比入手了這塊CW32L012開(kāi)發(fā)評(píng)估板，開(kāi)發(fā)板以底板、核心板、1.77寸TFT顯示屏構(gòu)成，所有的IO口都引出了排針，這點(diǎn)好評(píng)，使用杜邦線可以非常方便的連接其他模塊。引腳、接口模塊的布局都非常合理，并且整板子都使用了黑色，顏值也杠杠在線的，非常方便我用來(lái)學(xué)習(xí)這顆芯片。這里邊還有一個(gè)非常小的細(xì)節(jié)，這個(gè)細(xì)小的設(shè)計(jì)很貼中我的使用習(xí)慣，核心板中的功能按鍵和復(fù)位按鍵進(jìn)行了區(qū)分，白色的按鍵是功能按鍵，紅色的按鍵才是復(fù)位按鍵，讓我這種分不清左邊是復(fù)位按鍵還是右邊是復(fù)位按鍵的人一下就能按中復(fù)位按鍵了；

開(kāi)發(fā)板介紹

這款開(kāi)發(fā)評(píng)估板的設(shè)計(jì)非常巧妙，首先是電源部分，給出了一個(gè)12V的DC直流電源插口，有自恢復(fù)保險(xiǎn)絲和保證電流單項(xiàng)導(dǎo)通的二極管，7805線性穩(wěn)壓器將電壓從15V的電壓穩(wěn)壓到5V，需要用到5V電壓的模塊此時(shí)接到這里完成5V供電，同時(shí)我們的芯片也從這里獲得5V的供電，這款芯片是寬電壓的芯片，用5V是完全沒(méi)有問(wèn)題的；AMS1117-3.3是一款非常經(jīng)典的5V穩(wěn)壓到3.3V的線性穩(wěn)壓器，此時(shí)需要用到3.3V的模塊在這里供電，在開(kāi)發(fā)板的右側(cè)區(qū)域預(yù)留了大量的+5V、+3V3、GND的排針，方便外接模塊供電，這就是電源部分。

接著是顯示屏幕區(qū)域，這塊開(kāi)發(fā)板做足的對(duì)屏幕的兼容，對(duì)0.91OLED，0.96OLED，1.77TFT屏幕都兼容，接口方面是4線SPI，2線的I2C，官方默認(rèn)給配置的是一個(gè)8針的1.77TFT屏幕，在這篇文章我將著重介紹4線SPI，通過(guò)軟件模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)SPI通訊協(xié)議，并測(cè)量其通訊速率。

板載的模塊設(shè)計(jì)了一個(gè)有源蜂鳴器，通過(guò)MCU的PB3引腳來(lái)控制SS8050三極管來(lái)開(kāi)關(guān)斷蜂鳴器，可以完成蜂鳴器相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，三個(gè)按鍵分別是KEY1,KEY2,KEY3，三個(gè)LED燈分別是LED1,LED2,LED3，對(duì)應(yīng)MCU的PB13,PB14,PB15,PA7,PA8,PC13,LED燈是低電平點(diǎn)亮，可以完成流水燈以及按鍵電燈實(shí)驗(yàn)，一個(gè)電位器，可以調(diào)節(jié)電阻的大小，對(duì)應(yīng)MCU的PB0口，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器，來(lái)完成adc采集模擬電壓的實(shí)驗(yàn)。

在核心板區(qū)域提供了TYPE-C單獨(dú)供電，留出了4針的SWO程序調(diào)式口，有一個(gè)復(fù)位按鍵和一個(gè)功能按鍵，預(yù)留了一個(gè)外部高速晶振和一個(gè)低速晶振，高速晶振支持4-32MHz，低速晶振是32.768KHz的，這款芯片沒(méi)有PLL倍頻器，內(nèi)部時(shí)鐘頻率連接到外部高速晶振時(shí)，外部高速晶振最高是多少，那么內(nèi)部時(shí)鐘頻率最高就是多少，但是這款芯片內(nèi)部的RC振蕩器是96MHz的，這個(gè)頻率可以滿足大部分使用場(chǎng)景，還可以節(jié)省使用外部晶振的成本，那么使用這款芯片的時(shí)候大概率就是使用內(nèi)部RC振蕩器了，官方也沒(méi)有配置外部晶振，只是設(shè)計(jì)了這個(gè)位置，估計(jì)也是和我有類似的考量吧。

最后這塊板子還提供了大量的外部模塊接口，可以拓展更多的模塊，增添了可玩性，由于這塊開(kāi)發(fā)板已經(jīng)極具性價(jià)比了，出于對(duì)成本的考量，官方是沒(méi)有配備拓展模塊，預(yù)留出來(lái)的模塊接口有8Pin的mpu6050，我們外接了這個(gè)模塊可以做一些與運(yùn)動(dòng)檢測(cè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)檫@個(gè)模塊是測(cè)量橫滾角、俯仰角、偏航角的，4Pin的電子秤模塊接口，可以做電子秤的實(shí)驗(yàn)，2*4Pin的WIFI模塊，可以插ESP8266做物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，6Pin的藍(lán)牙模塊，可以做和手機(jī)通訊的實(shí)驗(yàn)，9針的矩陣鍵盤接口，3Pin的溫濕度，插上dht11模塊可以測(cè)量溫度和濕度，以及預(yù)留了2個(gè)4針的串口，可以做串口通訊的實(shí)驗(yàn)。

原理圖

原理圖來(lái)源于CW32生態(tài)社區(qū)，官方開(kāi)源了硬件原理圖；

SPI通訊簡(jiǎn)介

SPI，全稱為 串行外設(shè)接口，是一種高速、全雙工、同步的串行通信總線。它由摩托羅拉公司開(kāi)發(fā)，因其簡(jiǎn)單和高效的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于微控制器、傳感器、存儲(chǔ)器、SD卡、觸摸屏等設(shè)備之間的短距離通信。

一、核心特點(diǎn)

全雙工通信：數(shù)據(jù)可以同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸（主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，也能接收從機(jī)返回的數(shù)據(jù)）。

同步通信：所有數(shù)據(jù)傳輸都由主機(jī)產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)同步，通信雙方無(wú)需預(yù)先配置波特率。

高速：相比I2C、UART等協(xié)議，SPI可以達(dá)到很高的通信速率（通?？蛇_(dá)幾十MHz甚至更高）。

簡(jiǎn)單：協(xié)議本身非常簡(jiǎn)單，沒(méi)有復(fù)雜的地址幀和應(yīng)答機(jī)制，硬件實(shí)現(xiàn)也相對(duì)容易。

二、硬件連接（4線制）

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的SPI總線需要至少4根信號(hào)線：

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連接方式：

一主一從：連接最為簡(jiǎn)單，四根線直接相連即可。

一主多從（標(biāo)準(zhǔn)模式）：這是最常用的方式。主機(jī)為每個(gè)從機(jī)提供獨(dú)立的片選信號(hào)。同一時(shí)刻，只有一個(gè)片選信號(hào)有效，從而選中一個(gè)從機(jī)進(jìn)行通信。

一主多從（菊花鏈模式）：所有從機(jī)共用一根片選線，數(shù)據(jù)像鏈條一樣從一個(gè)從機(jī)傳遞到下一個(gè)。這種方式節(jié)省主機(jī)的I/O口，但軟件控制更復(fù)雜，且并非所有從設(shè)備都支持。

三、通信過(guò)程與工作原理

初始化：主機(jī)配置好時(shí)鐘極性（CPOL）和時(shí)鐘相位（CPHA），這決定了時(shí)鐘的空閑狀態(tài)和數(shù)據(jù)的采樣邊沿。

選擇從機(jī)：主機(jī)將目標(biāo)從機(jī)的CS引腳拉至低電平。

數(shù)據(jù)傳輸：

主機(jī)在SCLK時(shí)鐘線上產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖。

在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，主機(jī)通過(guò)MOSI線發(fā)送一位數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)MISO線讀取一位數(shù)據(jù)。

這意味著每次移位操作實(shí)際上是一次主從設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。主機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)的同時(shí)，也會(huì)收到從機(jī)返回的一個(gè)字節(jié)。

取消選擇：通信完成后，主機(jī)將CS引腳拉回高電平。

一個(gè)生動(dòng)的比喻：

可以把SPI通信想象成兩個(gè)面對(duì)面的的人（主機(jī)和從機(jī)）在進(jìn)行一場(chǎng)同步的“說(shuō)聽(tīng)”練習(xí)。SCLK是節(jié)拍器，確保節(jié)奏一致。MOSI是主機(jī)說(shuō)話的通道，MISO是主機(jī)聽(tīng)音的通道。CS就像是主機(jī)決定是否要與對(duì)面的人對(duì)話的開(kāi)關(guān)。當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)（CS拉低），隨著節(jié)拍器的每個(gè)節(jié)拍，主機(jī)說(shuō)一個(gè)字的同時(shí)，也能聽(tīng)到對(duì)方回一個(gè)字。

四、時(shí)鐘極性與相位

這是SPI配置中的一個(gè)關(guān)鍵概念，決定了時(shí)鐘空閑時(shí)的電平和數(shù)據(jù)采樣的時(shí)刻。通過(guò)組合CPOL和CPHA，主要有四種模式：

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要點(diǎn)：主設(shè)備和從設(shè)備必須工作在相同的模式下才能正常通信。

軟件模擬SPI通訊

總之，SPI是一種在嵌入式領(lǐng)域極其重要且實(shí)用的通訊協(xié)議，它在高速數(shù)據(jù)交換的設(shè)備中扮演著關(guān)鍵角色。

SPI可以通過(guò)軟件模擬和硬件外設(shè)資源實(shí)現(xiàn)，軟件模擬SPI是指在不用硬件電路SPI控制器的情況下，通過(guò)通用輸入輸出引腳（GPIO）和程序代碼來(lái)模擬SPI通信時(shí)序的方法。我將通過(guò)這種方式來(lái)點(diǎn)亮官方配置的這一塊1.77寸TFT屏幕，讓屏幕顯示出圖片。

實(shí)現(xiàn)思路

使用普通的GPIO引腳分別模擬SCLK、MOSI、MISO、CS功能

通過(guò)程序控制引腳電平變化來(lái)生成SPI時(shí)序

用延時(shí)函數(shù)或精確計(jì)時(shí)控制通信時(shí)序

代碼實(shí)現(xiàn)

#if !defined(__SPI_H__)
#define __SPI_H__

#include "cw32l012_sysctrl.h"
#include "cw32l012_gpio.h"
#include "cw32l012_spi.h"
#include "cw32l012_systick.h"

void SPI1_Init(void);

uint8_t SPI_SwapByte(uint8_t byte);

#define SPI_W_CS(x)     GPIO_WritePin(CW_GPIOB, GPIO_PIN_5, (GPIO_PinState)x)
#define SPI_W_CLK(x)    GPIO_WritePin(CW_GPIOB, GPIO_PIN_6, (GPIO_PinState)x)
#define SPI_W_MOSI(x)   GPIO_WritePin(CW_GPIOB, GPIO_PIN_7, (GPIO_PinState)x)
#define SPI_R_MISO()    GPIO_ReadPin(CW_GPIOA, GPIO_PIN_6)
#define SPI_W_RTS(x)      GPIO_WritePin(CW_GPIOA,GPIO_PIN_15, (GPIO_PinState)x)
#define SPI_W_DC(x)       GPIO_WritePin(CW_GPIOB,GPIO_PIN_4, (GPIO_PinState)x)

#endif // __SPI_H__

#include "SPI.h"

void SPI1_Init(void)
{
    SYSCTRL_AHBPeriphClk_Enable(SYSCTRL_AHB_PERIPH_GPIOA|SYSCTRL_AHB_PERIPH_GPIOB, ENABLE);
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.IT = GPIO_IT_NONE;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStructure.Pins = GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;
    GPIO_Init(CW_GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.IT = GPIO_IT_NONE;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStructure.Pins = GPIO_PIN_6;
    GPIO_Init(CW_GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_WritePin(CW_GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_Pin_RESET);
    GPIO_WritePin(CW_GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_Pin_SET);

    GPIO_InitStructure.IT = GPIO_IT_NONE;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStructure.Pins = GPIO_PIN_15;
    GPIO_Init(CW_GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

uint8_t SPI_SwapByte(uint8_t byte)
{
    uint8_t read_byte = 0x00;
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++)
    {
        if (byte & 0x80)
        {
            SPI_W_MOSI(1);
        }
        else
        {
            SPI_W_MOSI(0);
        }
        byte 

	

	這就是軟件模擬SPI的底層驅(qū)動(dòng)，由于屏幕顯示圖片的代碼數(shù)量太長(zhǎng)了，這里就沒(méi)有分享出來(lái)了；

	軟件模擬SPI的優(yōu)缺點(diǎn)

	優(yōu)點(diǎn)

	靈活性高：可以在任何有GPIO的設(shè)備上實(shí)現(xiàn)

	引腳可配置：可以任意選擇可用的GPIO引腳

	多設(shè)備支持：可以輕松創(chuàng)建多個(gè)SPI總線實(shí)例

	調(diào)試方便：可以添加調(diào)試信息和時(shí)序監(jiān)控

	成本低：不需要專門的硬件SPI控制器

	缺點(diǎn)

	速度較慢：受限于CPU速度和軟件延時(shí)精度

	CPU占用高：通信期間CPU需要持續(xù)處理時(shí)序

	時(shí)序精度差：受中斷和其他任務(wù)影響，時(shí)序可能不穩(wěn)定

	實(shí)時(shí)性差：不適合高速或?qū)崟r(shí)性要求高的應(yīng)用

	實(shí)現(xiàn)復(fù)雜：需要仔細(xì)處理各種SPI模式和時(shí)序

	實(shí)現(xiàn)效果

	

	傳輸速度測(cè)試

	這次對(duì)于SPI的實(shí)驗(yàn)做到這里其實(shí)基本算已經(jīng)完成了，但是每次寫通訊協(xié)議的代碼的時(shí)候，我都希望把每種通訊協(xié)議的性能拉滿，然后看看具體能達(dá)到多少速度，這次正好寫了SPI通訊的文章，出于對(duì)軟件模擬SPI通訊協(xié)議速度的好奇，那么我就想在這里測(cè)一測(cè)我這個(gè)實(shí)驗(yàn)的通訊協(xié)議的速度；

	這顆芯片的官方手冊(cè)說(shuō)明了內(nèi)部集成 3個(gè)串行外設(shè)接口（SPI）， 主機(jī)模式下 SCK 頻率高達(dá) 24MHz，理論上最大的傳輸速度是24Mbit/s，實(shí)際的傳輸速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這個(gè)傳輸速度的，因?yàn)槌晒Πl(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)有協(xié)議開(kāi)銷，處理器和軟件開(kāi)銷。這是硬件SPI支持的最大數(shù)據(jù)傳輸速度，大家可以從我的底層代碼可以看到，MCU內(nèi)核對(duì)于代碼的執(zhí)行我是沒(méi)有添加任何的延時(shí)阻塞的，我在main.c中把時(shí)鐘的也配置到了這顆芯片最大的時(shí)鐘頻率96MHz，那么這顆芯片處理SPI底層代碼，也就是發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)是按照最大速度執(zhí)行的，然后我找來(lái)了示波器。

	我們來(lái)看看示波器測(cè)試的結(jié)果：

	

	黃色的線是SCLK的波形，藍(lán)色是MOSI信號(hào)線的波形

	

	通過(guò)示波器的光標(biāo)我們可以看到發(fā)送一個(gè)字節(jié)需要的時(shí)間是18.6us，發(fā)送一位需要的時(shí)間就是18.6us/8=2.325us，那么1s發(fā)送的位數(shù)為：1s/2.325us=430107.5268，約等于430.107Kbit/s。即使去掉MCU內(nèi)核去處理其他代碼的時(shí)間，黃色的線間距較寬的地方就是內(nèi)核去處理其他代碼的時(shí)候，那么發(fā)送8個(gè)bit位用時(shí)14us，發(fā)送一位需要的時(shí)間就是14us/8=1.75us，1s發(fā)送的數(shù)據(jù)位是1s/1.75us=571428.5714，約等于571.428Kbit/s；



	審核編輯 黃宇