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Linux学习笔记7-SPI的应用和ICM-26068

article 2024/11/15 6:59:48

和IIC类似，我也会针对一个使用SPI通信的芯片ICM-26068来写它的驱动，从而学习SPI通信的应用。
SPI通信的基本原理在单片机中已经详细学习过了，我认为需要理解的是它的全双工，即在同一时间内既可以从主机发送数据到从机，也可以从从机发送数据到主机。和IIC不同的点就在于它的4线通信，即有MOSI，也有MISO。这两个的名字也是顾名思义，MOSI stands for Master Out Slave In，即主出从进，用于主机向从机发数据；MISO stands for Master In Slave Out，和MOSI相反。
I.MX6UL的SPI外设叫做ECSPI，所谓的Enhanced Configurable SPI，其实和普通的SPI没什么区别，但有个和单片机不同的点是它支持软件片选，无需使用CS这个IO口来指定，理论上可以挂无数个从机。
老规矩，我们仍然是先去查看这个芯片的datasheet。

The ICM-20608 is a 6-axis MotionTracking device that combines a 3-axis gyroscope, and a 3-axis accelerometer in a small 3x3x0.75mm (16-pin LGA) package.
即这个芯片包含了一个3轴的陀螺仪和3轴的加速度计，它支持I2C（最快400KHz）和SPI（最快8MHz）两种通信方式，内部还包含一个温度传感器（测量的是芯片内部的温度），陀螺仪和加速度计的测量范围都可通过寄存器来设置。可以找到ICM-26068的Register Maps(奇怪的是这个芯片的datasheet里并没有寄存器描述，需要找两个资料)，里面的所有寄存器都有对应的地址，和I2C一样操作，用容易理解的名字来宏定义这些地址（在此略过）。可以查到该芯片的ID地址是0XAF，需要注意的是I2C的ID地址是0X69，是不相同的。

利用SPI的通信定义一个读写数据的函数，放在spi.c里。这个函数的两个while循环是比较典型的SPI数据传输方法，即轮询，第一个while空循环用于等待STATREG寄存器的第0位变为1，则循环退出，把要发送的数据（即函数的参数）写入TXDATA寄存器，开始数据发送过程；接着进入下一个循环，等待STATREG的第3位变为1，表示数据接收已经准备好，或者传输已经完成，则退出循环，并把RXDATA接收到的数据，存储在变量spirxdata中。这样一个函数就同时完成了接收和发送的功能。当然，这个函数的效率不高，因为一直要占用CPU资源，可以考虑换成中断。

/* 参数： SPI通道数和要发送的数据，返回值为接收到的数据 */
unsigned char spi_readwrite_byte(ECSPI_Type *base, unsigned char txdata)   
{ 
	uint32_t  spirxdata = 0;
	uint32_t  spitxdata = txdata;

	base->CONREG &= ~(3 << 18);  /* CONREG寄存器的18位和19位设为0，即选中片选0 */
	base->CONREG |= (0 << 18);  

  	while((base->STATREG & (1 << 0)) == 0){} 
		base->TXDATA = spitxdata;
	
	while((base->STATREG & (1 << 3)) == 0){} 
		spirxdata = base->RXDATA;
	return spirxdata;
}

通过spi_readwrite_byte()，可以编写icm20608芯片的读写数据函数，写数据的函数很好理解：

void icm20608_write_reg(unsigned char reg, unsigned char value)
{
	reg &= ~0X80;  /* 最高位清0，因为SPI的地址只有低7位有效，最高位是读/写标志 */
	
	ICM20608_CSN(0);						/* 使能SPI传输	*/
	spi_readwrite_byte(ECSPI3, reg); 	/* 发送寄存器地址 */ 
	spi_readwrite_byte(ECSPI3, value);	/* 发送要写入的值 */
	ICM20608_CSN(1);						/* 禁止SPI传输	*/
}

这里的ICM20608_CSN()也是一个宏定义，开发板上CS片选pin连接的是GPIO1组的第20号IO口，即UART2_TX_DATA，根据SPI的通信规则，片选信号拉低则开始SPI传输。

#define ICM20608_CSN(n)    (n ? gpio_pinwrite(GPIO1, 20, 1) : gpio_pinwrite(GPIO1, 20, 0))

同样的，再定义一个读数据的函数

unsigned char icm20608_read_reg(unsigned char reg)
{
	unsigned char reg_val;	   	
	reg |= 0x80; 	
	ICM20608_CSN(0);               					/* 使能SPI传输	*/
  	spi_readwrite_byte(ECSPI3, reg);     		/* 发送寄存器地址  */ 
  	reg_val = spi_readwrite_byte(ECSPI3, 0XFF);	/* 读取寄存器的值  */
 	ICM20608_CSN(1);                				/* 禁止SPI传输 	*/
  	return(reg_val);               	 				/* 返回读取到的寄存器值 */
}

由于ICM20608的陀螺仪和加速度仪存在分辨率的不同，需要在写驱动时把这个特点加进去。研究Datasheet的第7-8页，表格中的Sensitivity Scale Factor，陀螺仪的单位是LBS/(°/s)，加速度仪的单位是LBS/g，描述的都是如何把传感器输出的数字量转换为实际的角速度数值或加速度值。编写获取这些换算值的函数：

float icm20608_gyro_scaleget(void)
{
	unsigned char data;
	float gyroscale;
	
	data = (icm20608_read_reg(ICM20_GYRO_CONFIG) >> 3) & 0X3;  /* 获取GYRO_CONFIG寄存器的[4:3]，即FS_SEL[1:0]，详见register map P10 */
	switch(data) {
		case 0: 
			gyroscale = 131;  /* 详见datasheet P7 */
			break;
		case 1:
			gyroscale = 65.5;
			break;
		case 2:
			gyroscale = 32.8;
			break;
		case 3:
			gyroscale = 16.4;
			break;
	}
	return gyroscale;
}

加速度值换算值：

unsigned short icm20608_accel_scaleget(void)
{
	unsigned char data;
	unsigned short accelscale;
	
	data = (icm20608_read_reg(ICM20_ACCEL_CONFIG) >> 3) & 0X3; /* 获取ACCEL_CONFIG寄存器的[4:3]，即ACCEL_FS_SEL[1:0]，详见register map P10 */
	switch(data) {
		case 0: 
			accelscale = 16384; /* 详见datasheet P8 */
			break;
		case 1:
			accelscale = 8192;
			break;
		case 2:
			accelscale = 4096;
			break;
		case 3:
			accelscale = 2048;
			break;
	}
	return accelscale;
}

由于datasheet中我们需要的几个值-X/Y/Z的加速度值和陀螺仪值还有温度值，所在的寄存器是连续的从0X3B到0X48，一共14个。我们可以用一个函数连续读取N个寄存器的值，存在一个数组中，即

void icm20608_read_len(unsigned char reg, unsigned char *buf, unsigned char len)
{  
	unsigned char i;
	
	reg |= 0x80; 
		
   	ICM20608_CSN(0);               				
  	spi_readwrite_byte(ECSPI3, reg);			 
 	for(i = 0; i < len; i++)					
 	{
		buf[i] = spi_readwrite_byte(ECSPI3, 0XFF);	
	}
 	ICM20608_CSN(1);                			
}

使用时，用icm20608_read_len(ICM20_ACCEL_XOUT_H, data, 14)，即可把从0X3B开始到0X48这14个寄存器的值全部保存到data[14]中了。可以这是一个非常巧妙的设计。

	icm20608_dev.accel_x_adc = (signed short)((data[0] << 8) | data[1]); 
	icm20608_dev.accel_y_adc = (signed short)((data[2] << 8) | data[3]); 
	icm20608_dev.accel_z_adc = (signed short)((data[4] << 8) | data[5]); 
	icm20608_dev.temp_adc    = (signed short)((data[6] << 8) | data[7]); 
	icm20608_dev.gyro_x_adc  = (signed short)((data[8] << 8) | data[9]); 
	icm20608_dev.gyro_y_adc  = (signed short)((data[10] << 8) | data[11]);
	icm20608_dev.gyro_z_adc  = (signed short)((data[12] << 8) | data[13]);

接着用这一段代码，就可以把这7个参数弄到了。当然，这只是数字量，还需要用上述的换算值进行换算成熟悉的°、G和°C，这里就不具体展示代码了。
有了这些，我们可以在main.c里通过串口打印出获取的7个值。可以看到在MobaXterm观察到测试结果。
SPI的学习就到这里。到目前为止，都是裸机开发，和单片机的差别不大，但接下去要进入比较核心的系统移植Uboot的学习和真正的Linux驱动开发学习了。
(未完待续)

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