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ESP32S3系列
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一、目的
SPI是一种串行同步接口，可用于与外围设备进行通信。 ESP32S3自带4个SPI外设，其中SPI0/SPI1内部专用,共用一组信号线,通过一个仲裁器访问外部Flash和PSRAM；SPI2/3各自使用一组独立的信号线；开发者可以使用SPI2/3控制外部SPI从设备（Slave device）;其中SPI2作为主设备有6个片选，数据线最多可以有八根，SPI3作为主设备有3个片选，数据线最多可以有四根。SPI2/3既可以作为主机使用，也可以作为从机使用。 本篇主要介绍SPI主机驱动的基本知识，包括标准SPI（MISO/MOSI）/Dual SPI/Quad SPI以及Octal SPI的配置和使用。 关于标准SPI/Dual SPI/Quad SPI以及Octal SPI的区别请阅读《理解SPI/Dual SPI/Quad SPI/QPI之间的区别》。 关于SPI2/3作为从机使用的知识点会在后续博文中详细介绍。 为了方便开发者使用SPI外设，ESP-IDF SDK中将SPI外设抽象为BUS（总线），一条总线上只有一个主设备，但是可以挂接多个从设备，每个从设备各自有独立的一条片选线（CS）,其他信号线共用；片选线用于选中设备进行通信。 
总线框图 上图中slave A和B共用一组信号线，使用的是标准SPI模式；每个设备有自己独立的片选控制线；某个时刻只能控制一个设备，要么控制A，要么控制B；A和B分时使用SPI总线。 如果觉得博客写得不错，或对你有帮助，接受打赏哦 二、介绍 参考资料SPI Master Driver - ESP32-S3 - — ESP-IDF Programming Guide latest documentation (espressif.com) SPI外设框图SPI即串行同步接口 
其中FSPI即SPI2，SPI2可以通过IOMUX或者GPIO Matrix进行引脚配置，SPI3只能通过GPIO Matrix进行引脚配置。 SPI2/3都支持DMA传输。 全双工和半双工区别模式 说明 全双工 主机与从机之间的发送线和接收线各自独立，发送数据和接收数据同时进行。 半双工 主机和从机只能有一方先发送数据，另一方接收数据。发送数据和接收数据不能同时进行。 四线全双工 四线包括：时钟线、片选线和两条数据线。其中，可使用两条数据线同时发送和接收数据；一根数据线用于发送（MOSI），一根数据线用于接收（MISO） 四线半双工 四线包括：时钟线、片选线和两条数据线。其中，分时使用两条数据线，不可同时使用。 三线半双工 三线包括：时钟线、片选线和一条数据线。使用数据线分时发送和 接收数据。 专业术语术语 描述 Host（主机） 芯片内部的SPI控制器外设，用于主动发起SPI传输 Device（设备） SPI从设备，一条SPI总线可以连接多个从设备；每个设备分时共享信号线；每个设备都有一根独立的片选控制线；当主机需要控制某个设备时，选中对应的片选线即可（一般是拉低CS线） Bus（总线） 多个设备共享的SPI信号线 MOSI（主机输出从机输入） 主机从此信号线输出数据，从设备从此信号线接收数据；在四线/八线模式下作为Data0 MISO（主机输入从机输出） 主机从此信号线接收数据，从设备从此信号线发送数据；在四线/八线模式下作为Data1 SCLK（串行同步时钟） 串行同步时钟，数据的发送接收依赖此信号来同步 CS（片选） 片选信号，每个从设备都有一个片选线 QUADWP（写保护） 写保护信号；在四线/八线模式下作为Data2 QUADHD（保持） 保持信号；在四线/八线模式下作为Data3 DATA4 在八线模式下作为Data4 DATA5 在八线模式下作为Data5 DATA6 在八线模式下作为Data6 DATA7 在八线模式下作为Data7 Assertion 发起SPI传输（一般是拉低片选线），总线进入忙状态 De-assertion SPI传输结束（一般是拉高片选线），总线进入空闲状态 Transaction（传输事务） 一次完整的传输事务：主机拉低从机的 CS 线，开始传输数据，然 后再拉高从机的 CS 线。传输事务为原子操作，即不可打断。 Transfer（传输） SPI 主机与从机完成数据交换的一次完整过程。一次 SPI 传输可以 包含一个或多个 SPI 传输事务。 单次传输 在这种传输模式下，一次SPI传输仅包含一次传输事务。 Launch edge（发射边沿） 数据源寄存器（发送端）在此边沿将数据比特发送至信号线上 Latch edge（锁存边沿） 数据目的寄存器（接收端）在此边沿将数据比特锁存下来 特性支持多线程环境使用 支持CPU控制的传输模式以及DMA控制的传输模式 DMA读写过程用户无感知 自动时分复用（不同时刻对不同设备进行读写） 时钟最高80MHz（主机模式） 注意点同一个设备尽量在一个线程中操作 同一个设备在不同线程中操作需要通过互斥锁进行保护 SPI事务描述每次SPI传输可以包含五个阶段，包括命令、地址、空周期、写、读阶段，每个阶段都是可选的。 阶段 描述 Command（命令） 在此阶段主机可以发送命令字段，长度最多16bit Address（地址） 在此阶段主机可以发送地址字段，长度最多32bit Dummy（空周期） 此阶段用于适配时序要求 Write（写） 此阶段主机发送数据给从设备 Read（读） 此阶段主机读取从设备数据 传输线模式配置（重要） 通过设置传输模式标记可以控制每个阶段的数据线的数目 模式 命令线宽度 地址线宽度 数据线宽度 Transaction Flag Bus IO setting Flag Normal SPI 1 1 1 0 0 Dual Output （DOUT） 1 1 2 SPI_TRANS_MODE_DIO SPICOMMON_BUSFLAG_DUAL Dual I/O （DIO） 1 2 2 SPI_TRANS_MODE_DIO | SPI_TRANS_MULTILINE_ADDR Quad Output （QOUT） 1 1 4 SPI_TRANS_MODE_QIO SPICOMMON_BUSFLAG_QUAD Quad I/O （QIO） 1 4 4 SPI_TRANS_MODE_QIO | SPI_TRANS_MULTILINE_ADDR Octal Output 1 1 8 SPI_TRANS_MODE_OCT SPICOMMON_BUSFLAG_OCTAL OPI 8 8 8 SPI_TRANS_MODE_OCT | SPI_TRANS_MULTILINE_ADDR | SPI_TRANS_MULTILINE_CMD 传输标记说明 #define SPI_TRANS_MODE_DIO (1length + 7) / 8, MALLOC_CAP_DMA); if (temp == NULL) goto clean_up; memcpy( temp, send_ptr, (trans_desc->length + 7) / 8 ); send_ptr = temp; } new_desc->buffer_to_send = send_ptr; return ESP_OK; clean_up: uninstall_priv_desc(new_desc); return ESP_ERR_NO_MEM; }在spi_device_queue_trans和spi_device_polling_start函数中通过setup_priv_desc这个函数检查rx_buffer/tx_buffer的属性 ①如果要接收则检查rcv_ptr是否是DMA属性的（在地址区间内）并且rcv_ptr指针的值是否是4字节对齐 ②rcv_ptr不满足dma要求则重新分配 ③如果要发送则检查send_ptr是否是DMA属性的（注意发送的首地址可以不是四字节对齐） SPI外设索引号 /** * @brief Enum with the three SPI peripherals that are software-accessible in it */ typedef enum { //SPI1 can be used as GPSPI only on ESP32 SPI1_HOST=0, ///< SPI1 SPI2_HOST=1, ///< SPI2 SPI3_HOST=2, ///< SPI3 SPI_HOST_MAX, ///< invalid host value } spi_host_device_t;在ESP32S3上可以使用SPI2_HOST和SPI3_HOST SPI总线参数说明 /** * @brief This is a configuration structure for a SPI bus. * * You can use this structure to specify the GPIO pins of the bus. Normally, the driver will use the * GPIO matrix to route the signals. An exception is made when all signals either can be routed through * the IO_MUX or are -1. In that case, the IO_MUX is used, allowing for >40MHz speeds. * * @note Be advised that the slave driver does not use the quadwp/quadhd lines and fields in spi_bus_config_t refering to these lines will be ignored and can thus safely be left uninitialized. */ typedef struct { union { int mosi_io_num; ///< GPIO pin for Master Out Slave In (=spi_d) signal, or -1 if not used. int data0_io_num; ///< GPIO pin for spi data0 signal in quad/octal mode, or -1 if not used. }; union { int miso_io_num; ///< GPIO pin for Master In Slave Out (=spi_q) signal, or -1 if not used. int data1_io_num; ///< GPIO pin for spi data1 signal in quad/octal mode, or -1 if not used. }; int sclk_io_num; ///< GPIO pin for SPI Clock signal, or -1 if not used. union { int quadwp_io_num; ///< GPIO pin for WP (Write Protect) signal, or -1 if not used. int data2_io_num; ///< GPIO pin for spi data2 signal in quad/octal mode, or -1 if not used. }; union { int quadhd_io_num; ///< GPIO pin for HD (Hold) signal, or -1 if not used. int data3_io_num; ///< GPIO pin for spi data3 signal in quad/octal mode, or -1 if not used. }; int data4_io_num; ///< GPIO pin for spi data4 signal in octal mode, or -1 if not used. int data5_io_num; ///< GPIO pin for spi data5 signal in octal mode, or -1 if not used. int data6_io_num; ///< GPIO pin for spi data6 signal in octal mode, or -1 if not used. int data7_io_num; ///< GPIO pin for spi data7 signal in octal mode, or -1 if not used. int max_transfer_sz; ///< Maximum transfer size, in bytes. Defaults to 4092 if 0 when DMA enabled, or to `SOC_SPI_MAXIMUM_BUFFER_SIZE` if DMA is disabled. uint32_t flags; ///< Abilities of bus to be checked by the driver. Or-ed value of ``SPICOMMON_BUSFLAG_*`` flags. int intr_flags; /**< Interrupt flag for the bus to set the priority, and IRAM attribute, see * ``esp_intr_alloc.h``. Note that the EDGE, INTRDISABLED attribute are ignored * by the driver. Note that if ESP_INTR_FLAG_IRAM is set, ALL the callbacks of * the driver, and their callee functions, should be put in the IRAM. */ } spi_bus_config_t;各个字段含义： mosi_io_num/data0_io_num：主机输出从机输入或者data0信号线IO引脚编号 miso_io_num/data1_io_num：主机输入从机输出或者data1信号线IO引脚编号 sclk_io_num：时钟信号IO引脚编号 quadwp_io_num/data2_io_num：写保护信号或者data2信号线IO引脚编号 quadhd_io_num/data3_io_num：保持信号或者data3信号线IO引脚编号 data4_io_num：data4信号线IO引脚编号 data5_io_num：data5信号线IO引脚编号 data6_io_num：data6信号线IO引脚编号 data7_io_num：data7信号线IO引脚编号 max_transfer_size：一次SPI传输最大的长度；使能DMA传输时，如果设置为0，则默认限制为4092字节；未使能DMA时，如果设置为0，则默认限制为SOC_SPI_MAXIMUM_BUFFER_SIZE（64字节）。 flags：总线特征标志，具体说明请看下文 intr_flags：中断特征标志，如果设置为ESP_INTR_FLAG_IRAM则驱动中涉及到的回调以及回调调用的函数也要是IRAM属性的 其中数据线根据实际硬件需要设置，如果某些引脚不需要，设置为-1即可。 关于flags字段的说明 #define SPICOMMON_BUSFLAG_SLAVE 0 ///< Initialize I/O in slave mode设置从设备模式，内部使用；通过spi_slave_initialize接口初始化默认为从设备模式 #define SPICOMMON_BUSFLAG_MASTER (18; //End Col High trans[1].tx_data[3]=(320)&0xff; //End Col Low trans[2].tx_data[0]=0x2B; //Page address set trans[3].tx_data[0]=ypos>>8; //Start page high trans[3].tx_data[1]=ypos&0xff; //start page low trans[3].tx_data[2]=(ypos+PARALLEL_LINES)>>8; //end page high trans[3].tx_data[3]=(ypos+PARALLEL_LINES)&0xff; //end page low trans[4].tx_data[0]=0x2C; //memory write trans[5].tx_buffer=linedata; //finally send the line data trans[5].length=320*2*8*PARALLEL_LINES; //Data length, in bits trans[5].flags=0; //undo SPI_TRANS_USE_TXDATA flag //Queue all transactions. for (x=0; x |
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