# 一、需求描述 - MCU需要接收來自CPLD的升級韌體資料 - CPLD對MCU只進行傳送資料，不接收MCU的資料 - CPLD無法告知資料傳輸的開始和結束，需要MCU自行判斷（CPLD只是資料透傳，不做資料判斷） - 資料通訊速率至少是UART通訊的115200波特率 - PCB上MCU與CPLD之間通過3個普通IO引腳連線 # 二、功能分析 - MCU與CPLD之間有3根線，那麼可以選擇UART通訊或者SPI通訊方式。 - 由於CPLD無法通知MCU資料傳輸的開始與結束，MCU需要自行判別，那麼MCU可以通過中斷方式來檢測資料傳輸的開始，通過超時來檢測資料傳輸的結束。 - UART與SPI的區別在於前者是非同步通訊後者是同步通訊方式，不論是SPI還是UART方式都需要MCU通過IO模擬方式軟體實現。使用UART傳輸如果收發雙方產生的波特率存在偏差則會導致資料傳輸出錯，而同步傳輸方式有時鐘訊號的約束，相比非同步傳輸方式資料準確率會更高。如果使用軟體模擬UART，需要使用定時器作為波特率發生器。如果波特率比較高，那麼定時器中斷頻率就需要更高，這樣會影響整個MCU系統的實時性。綜合考慮後選擇SPI方式。 - CPLD對MCU只發送資料，那麼MCU只需要作為SPI的從機即可，三個IO分配為SPI的CS、CLK、DAT引腳。 - 由於CS是低電平有效，那麼將CS引腳配置為中斷輸入方式，當CS中斷觸發後開始資料接收處理。因為CPLD也不知道資料傳輸什麼時候結束，所以無法通過將CS置高電平來告訴資料傳輸的結束，那麼CS置高電平只能表明一個位元組傳輸結束。MCU可以通過超時方式來判斷一包資料的結束，類似於串列埠的空閒中斷方式。 - SPI資料接收在外部中斷中操作。將CLK引腳配置為外部中斷的`上升沿觸發`，CS有效的情況下CLK中斷觸發後進行資料接收。 - SPI空閒中斷採用100us週期定時器判斷。為了MCU系統的實時性，只有CS中斷觸發後才會開啟定時器，超時判斷完成後關閉定時器。 - CPLD向MCU傳送一位元組的時序圖如下（速率：200KBit/s）：  # 三、軟體實現 > GPIO的配置：無資料CLK為低電平，CS低有效。CS上升沿、下降沿都會觸發中斷，判斷1位元組傳輸的起始與結束；CLK上升沿觸發中斷，資料在CLK上升沿取樣 ```c /* *********************************************************************************************** * 函 數: BSP_CPLD_GPIO_Init * 描 述: 配置CPLD的SPI通訊引腳 * 輸 入: 無 * 輸 出: 無 *********************************************************************************************** */ void BSP_CPLD_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; /* GPIO Ports Clock Enable */ CPLD_PIN_CLK_ENABLE(); /*Configure GPIO pin : PtPin */ GPIO_InitStruct.Pin = CPLD_SPI_CSN_PIN; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; HAL_GPIO_Init(CPLD_SPI_CSN_PORT, &GPIO_InitStruct); GPIO_InitStruct.Pin = CPLD_SPI_SCK_PIN; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN; HAL_GPIO_Init(CPLD_SPI_SCK_PORT, &GPIO_InitStruct); GPIO_InitStruct.Pin = CPLD_SPI_DAT_PIN; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_MODE_INPUT; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; HAL_GPIO_Init(CPLD_SPI_DAT_PORT, &GPIO_InitStruct); } ``` > CPLD_SPI_CS外部中斷函式：用於使能資料接收、空閒檢測 ```c /* *********************************************************************************************** * 函 數: CPLD_CS_EXTI_IRQHandler * 描 述: CPLD_SPI_CS中斷函式 * 輸 入: 無 * 輸 出: 無 *********************************************************************************************** */ void CPLD_CS_EXTI_IRQHandler(void) { if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(CPLD_SPI_CSN_PIN)) { if (READ_BIT(CPLD_SPI_CSN_PORT->IDR, CPLD_SPI_CSN_PIN)) { /* CS高失能SPI資料接收 */ CLEAR_BIT(g_tCpldSpi.ucState, CPLD_FLAG_CSN); } else { /* CS低使能SPI資料接收 */ s_tCpldSpi.ucByte = 0; s_tCpldSpi.ucBitCount = 0; SET_BIT(g_tCpldSpi.ucState, CPLD_FLAG_CSN); /* 開啟空閒檢測 */ if (0 == s_tCpldSpi.ucIdleCheck) { s_tCpldSpi.ucIdleCheck = 1; HAL_TIM_Base_Start_IT(&Tim7Handle); } } __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(CPLD_SPI_CSN_PIN); } } ``` > CPLD_SPI_SCK外部中斷函式：用於SPI資料的接收 ```CQL /* *********************************************************************************************** * 函 數: CPLD_SCK_EXTI_IRQHandler * 描 述: CPLD_SPI_SCK中斷函式 * 輸 入: 無 * 輸 出: 無 *********************************************************************************************** */ void CPLD_SCK_EXTI_IRQHandler(void) { if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(CPLD_SPI_SCK_PIN)) { /* CSN有效則進行資料接收 */ if (READ_BIT(g_tCpldSpi.ucState, CPLD_FLAG_CSN)) { if (READ_BIT(CPLD_SPI_DAT_PORT->IDR, CPLD_SPI_DAT_PIN)) { s_tCpldSpi.ucByte |= (0x80 >> s_tCpldSpi.ucBitCount); } else { s_tCpldSpi.ucByte &= ~(0x80 >> s_tCpldSpi.ucBitCount); } /* 收滿一位元組後存向接收FIFO */ if (++s_tCpldSpi.ucBitCount > 7) { g_tCpldSpi.ucaRxBuf[g_tCpldSpi.usRxWrite] = s_tCpldSpi.ucByte; if (++g_tCpldSpi.usRxWrite >= 1024) { g_tCpldSpi.usRxWrite = 0; } if (g_tCpldSpi.usRxCount < CPLD_SPI_RX_BUF_LEN) { g_tCpldSpi.usRxCount++; } /* SPI收到新資料，設定一個標記，供應用程式查詢 */ SET_BIT(g_tCpldSpi.ucState, CPLD_FLAG_RXNE); } } __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(CPLD_SPI_SCK_PIN); } } ``` > 定時器中斷函式：判斷CPLD_SPI空閒中斷的發生 ```c /* *********************************************************************************************** * 函 數: TIM7_IRQHandler * 描 述: 定時器7中斷函式，100us中斷週期 * 輸 入: 無 * 輸 出: 無 *********************************************************************************************** */ void TIM7_IRQHandler(void) { static uint16_t t100us_cnt = 0; if (__HAL_TIM_GET_FLAG(&Tim7Handle, TIM_FLAG_UPDATE) && __HAL_TIM_GET_IT_SOURCE(&Tim7Handle, TIM_IT_UPDATE)) { /* CPLD-SPI空閒檢測，1ms */ if (READ_BIT(g_tCpldSpi.ucState, CPLD_FLAG_CSN)) { t100us_cnt = 0; } else { t100us_cnt++; } if (t100us_cnt > 10) { /* SPI收到一幀資料，設定一個標記，供應用程式查詢 */ SET_BIT(g_tCpldSpi.ucState, CPLD_FLAG_IDLE); #if ENABLE_RTOS tx_event_flags_set(&tx_event_flags, TX_EVENT_CPLD_SPI_IDLE, TX_OR); #endif s_tCpldSpi.ucIdleCheck = 0; HAL_TIM_Base_Stop_IT(&Tim7Handle); } __HAL_TIM_CLEAR_IT(&Tim7Handle, TIM_IT_UPDATE); } } ``` # 四、功能驗證 經多次傳送韌體資料驗證，MCU均能正常接收資料，並且沒有出現數據錯誤的情況，可用於該專案。 # 五、拓展 該方法也可以用於實現模擬UART功能，僅提供思路，未經過驗證（以`115200,8-N-1`為例）。 - 將UART的接收引腳配置為上拉模式、下降沿觸發中斷（判斷起始位）。 - 中斷第一次觸發後表明收到起始位，收到起始位後開啟定時器中斷（如果波特率為115200，那麼中斷週期應小於8.6us，如果每Bit資料需要多次取樣，則需要更短的中斷週期）。 - 每中斷一次判斷一次資料引腳，資料收滿10Bit後判斷是否為停止位，若資料接收正確則存入接收FIFO。 - 在收到起始位後開始計時，1ms內沒有再次收到起始位則認為收到一幀資料，產生軟空閒中斷，然後關閉定時器。 使用該UART方式優勢在於比SPI方式使用更少的引腳，只需要1個IO即可完成通訊。缺點在於如果要求通訊速率高或需要多次取樣，那麼產生波特率的定時器中斷頻率高，如果被其他更高優先順序中斷打斷可能造成波特率不準，資料錯誤。還有就是UART方式在資料通訊速率上沒有SPI有優勢。不到萬不得已不建議使用軟體UART