一、需求描述

MCU需要接收來自CPLD的升級韌體資料
CPLD對MCU只進行發送資料，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）
資料通信速率至少是UART通信的115200波特率
PCB上MCU與CPLD之間通過3個普通IO引腳連接

二、功能分析

MCU與CPLD之間有3根線，那么可以選擇UART通信或者SPI通信方式，
由于CPLD無法通知MCU資料傳輸的開始與結束，MCU需要自行判別，那么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的區別在于前者是異步通信后者是同步通信方式，不論是SPI還是UART方式都需要MCU通過IO模擬方式軟體實作，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信號的約束，相比異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，那么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，綜合考慮后選擇SPI方式，
CPLD對MCU只發送資料，那么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，
由于CS是低電平有效，那么將CS引腳配置為中斷輸入方式，當CS中斷觸發后開始資料接收處理，因為CPLD也不知道資料傳輸什么時候結束，所以無法通過將CS置高電平來告訴資料傳輸的結束，那么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，類似于串口的空閑中斷方式，
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中斷觸發后進行資料接收，
SPI空閑中斷采用100us周期定時器判斷，為了MCU系統的實時性，只有CS中斷觸發后才會開啟定時器，超時判斷完成后關閉定時器，
CPLD向MCU發送一位元組的時序圖如下（速率：200KBit/s）：

三、軟體實作

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上升沿采樣

/*
***********************************************************************************************
*	函	數: BSP_CPLD_GPIO_Init
*	描	述: 配置CPLD的SPI通信引腳
*	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：用于使能資料接收、空閑檢測

/*
***********************************************************************************************
*	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);
			
			/* 開啟空閑檢測 */
			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：用于SPI資料的接收

/*
***********************************************************************************************
*	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);
			}
			/* 收滿一位元組后存向接收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空閑中斷的發生

/*
***********************************************************************************************
*	函	數: TIM7_IRQHandler
*	描	述: 定時器7中斷函式，100us中斷周期
*	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空閑檢測，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

經多次發送韌體資料驗證，MCU均能正常接收資料，并且沒有出現資料錯誤的情況，可用于該專案，

五、拓展

該方法也可以用于實作模擬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），
中斷第一次觸發后表明收到起始位，收到起始位后打開定時器中斷（如果波特率為115200，那么中斷周期應小于8.6us，如果每Bit資料需要多次采樣，則需要更短的中斷周期），
每中斷一次判斷一次資料引腳，資料收滿10Bit后判斷是否為停止位，若資料接收正確則存入接收FIFO，
在收到起始位后開始計時，1ms內沒有再次收到起始位則認為收到一幀資料，產生軟空閑中斷，然后關閉定時器，

使用該UART方式優勢在于比SPI方式使用更少的引腳，只需要1個IO即可完成通信，缺點在于如果要求通信速率高或需要多次采樣，那么產生波特率的定時器中斷頻率高，如果被其他更高優先級中斷打斷可能造成波特率不準，資料錯誤，還有就是UART方式在資料通信速率上沒有SPI有優勢，不到萬不得已不建議使用軟體UART方式，

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標籤：嵌入式

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一、需求描述

二、功能分析

三、軟體實作

四、功能驗證

五、拓展