走进MSP430（8）——MSP430G2 硬件SPI使用

前面都只是根据TI MSPWare例程讲，感觉比较无聊，最后这两个结合实际使用来讲，贴出的代码在MSP430G2 LAUNCHPAD和对应芯片上测试通过。这一次是硬件SPI模块。一般像这种同步串口（不知道什么是同步串口和异步串口的请自行google）多数情况用GPIO模拟是最简单的，但随着对速度要求的提高，再用GPIO软件模拟的话就很难做到了，比如在STM32上实测用GPIO模拟SPI协议，速度最高也就不到2M，而硬件最高能达到36M，这时候就需要使用硬件SPI。硬件SPI另一个好处是数据收发由专用硬件模块实现，收发时候不占用CPU，如果结合DMA（直接内存访问）使用，在整个传输过程中都不需要CPU参与，复杂任务下可以大大节约CPU资源。不像IIC，SPI是一个约定俗成的协议，不需要专利费，所以也就没有各种隐藏bug（此段为段子，如有雷同纯属巧合）。但是也因为SPI没有确定的协议，因此有好几种工作模式，需要根据具体器件设置。实例中根据SPI FLASH设置SPI工作模式，如果用到别的器件上可能需要根据实际情况修改配置参数。
首先上一张SPI时序图，所有操作都以时序图为参考。图片来源是MSP430G2系列用户手册。

可见四种SPI模式是数据采样时间不同，为方便说明，UCxCLK的四种情况从上到下依次编号为1，2，3，4。对于数据移位和采样时间，在UCxCLK是情况1和4时，数据引脚电平（MOSI，MISO）在时钟的上升沿改变，在下降沿被采样，情况2和3是下降沿改变，上升沿采样。对于时钟电平空闲时的状态，在UCxCLK是情况1和3时是空闲状态时钟为低，情况2和4是空闲状态时钟为高。
对于FLASH支持的SPI模式可在FLASH手册中找到，多数FLASH都支持UCxCLK情况2和3，即数据引脚电平在下降沿改变，在上升沿采样，而对于时钟引脚空闲电平不敏感。

因此，程序中配置SPI为时钟空闲为高，上升沿采样，下降沿数据改变。SPI初始化代码如下：

    WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;                       // Stop watchdog timer
    P1OUT = 0x00;
    P1DIR |= BIT0 + BIT3 + BIT5;
    P1OUT |= BIT0 + BIT3 + BIT5;                    // Control pins assignment
    P1SEL = BIT1 + BIT2 + BIT4;
    P1SEL2 = BIT1 + BIT2 + BIT4;                    // SPI pins assignment
    UCA0CTL0 |= UCCKPL + UCMSB + UCMST + UCSYNC;    // 3-pin, 8-bit SPI master
    UCA0CTL1 |= UCSSEL_2;                           // SPI Clock source is SMCLK
    UCA0BR0 |= 0x02;                                // SPI clock = SMCLK / 2
    UCA0BR1 = 0;                                    //
    UCA0MCTL = 0;                                   // No modulation
    UCA0CTL1 &= ~UCSWRST;                           // **Initialize USCI state machine**
    IFG2 &= ~(UCA0TXIFG + UCA0RXIFG);               // Clear TX and RX interrupt flag
    P1OUT &= ~BIT5;                                 // Now with SPI signals initialized, select slave device
    IE2 |= UCA0TXIE;                                // Enable TX interrupt
    __bis_SR_register(GIE);                         // Enable global interrupts

在MSP430G2553手册里对于SPI引脚连接有说明。因为用到了SPI模块，所以只有特定引脚可以连接设备。

如图中，P1.1为SPI SOMI引脚，P1.2为SPI SIMO引脚，P1.4为SPI CLK引脚，这三个引脚要接到SPI FLASH的对应引脚上，SPI的CS引脚在有些芯片中提供硬件控制功能，有些没有。因为一个SPI总线上可以挂多个器件，通过CS引脚选择要进行操作的器件，在对器件进行操作之前需要先根据说明将CS引脚置于相应电平（一般是低电平表示选中对应器件），器件才会响应。不能同时有两个或以上器件被选中，否则数据读写会出错。在没有硬件控制CS引脚功能的芯片上，可以用GPIO控制。由于CS引脚在整个读写过程中可以一直保持有效，所以对读写速度影响不大。

图中FLASH芯片通过转接板连接到LAUNCHPAD，左边的连接线连接到别的模块上，程序中没有用到。在运行程序之前，先使用编程器读出FLASH内容如下：

然后运行程序，并同时用逻辑分析仪采集CLK，MOSI，MISO引脚的信号。程序图片右边能够读出FLASH内容，并且和编程器读出的内容一致，逻辑分析仪也能读出SPI传输的内容。

附上完整的读FLASH的程序。写FLASH的程序在此上面稍加修改即可。FLASH读写指令可以在芯片手册中查到。

#include <msp430.h>
#include <stdint.h>

#define SPI_CS  BIT5
#define SPI_WP  BIT3
#define SPI_HD  BIT0
uint8_t SPI_Char[128];
uint8_t SPI_CMD[4] = {0x03, 0x00, 0x00, 0x00};

int main(void)
{
    WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;                       // Stop watchdog timer
    P1OUT = 0x00;
    P1DIR |= BIT0 + BIT3 + BIT5;
    P1OUT |= BIT0 + BIT3 + BIT5;                    // Control pins assignment
    P1SEL = BIT1 + BIT2 + BIT4;
    P1SEL2 = BIT1 + BIT2 + BIT4;                    // SPI pins assignment
    UCA0CTL0 |= UCCKPL + UCMSB + UCMST + UCSYNC;    // 3-pin, 8-bit SPI master
    UCA0CTL1 |= UCSSEL_2;                           // SPI Clock source is SMCLK
    UCA0BR0 |= 0x02;                                // SPI clock = SMCLK / 2
    UCA0BR1 = 0;                                    //
    UCA0MCTL = 0;                                   // No modulation
    UCA0CTL1 &= ~UCSWRST;                           // **Initialize USCI state machine**
    IFG2 &= ~(UCA0TXIFG + UCA0RXIFG);               // Clear TX and RX interrupt flag
    P1OUT &= ~BIT5;                                 // Now with SPI signals initialized, select slave device
    IE2 |= UCA0TXIE;                                // Enable TX interrupt
    __bis_SR_register(GIE);                         // Enable global interrupts

    UCA0TXBUF = SPI_CMD[0];                         // Send 1st byte

    while(1);
}

#pragma vector=USCIAB0RX_VECTOR
__interrupt void USCIA0RX_ISR(void)
{
    static uint8_t i = 0;

    if(IFG2 & UCA0TXIFG)
    {
        if(i < 128)
            SPI_Char[i++] = UCA0RXBUF;  // Receive bytes
    }
}

#pragma vector=USCIAB0TX_VECTOR
__interrupt void USCIA0TX_ISR(void)
{
    static uint8_t i = 1;

    if(IFG2 & UCA0TXIFG)
    {
        if(i < 4)
            UCA0TXBUF = SPI_CMD[i++];   // Transmit control bytes
        else
        {
            UCA0TXBUF = 0xFF;
            i++;                        // Dummy tx bytes, for continuity of spi clock
        }
        if(i == 5)
            IE2 |= UCA0RXIE;            // Transmit end, enable receive interrupt
        if(i >= 133)
        {
            P1OUT |= BIT5;              // Deselect SPI slave device
            IE2 &= ~UCA0RXIE;           // Clear TX and RX interrupt
            IE2 &= ~UCA0TXIE;
        }
    }
}