代码收藏家技术教程 1天前

【STM32与ZYNQ7020】SPI从机模式下MISO数据回传机制详解：首个字节揭秘历史数据与当前帧交互

背景条件

主机：ZYNQ7020

从机：STM32G031G8U6

CPOL=0, CPHA=1

SPI时钟速率8MHz，CS到第一个时钟和最后一个时钟有效边沿都是400ns，每8个bit数据之间的延时也为400ns

SPI 16bit mode

分别定义有函数：ZYNQ7020_ReadWrite32B(uint32_t data)和ZYNQ7020_ReadWrite64B(uint64_t data)

/**
 * @brief Using SPI to transmit four bytes and return the received bytes. 
 * @param data: The 32-bit data SPI will transmit.
 * @return received data.
**/
uint32_t ZYNQ7020_ReadWrite32B(uint32_t data)
{
	uint8_t SendBuffer[4];
	uint8_t RecvBuffer[4];
  
	SendBuffer[0] = (data>>16) & 0xff;
	SendBuffer[1] = (data>>24) & 0xff;
	SendBuffer[2] = (data    ) & 0xff;
	SendBuffer[3] = (data>> 8) & 0xff;
	
	HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi2, SendBuffer, RecvBuffer, 2, (uint32_t)-1);
	
	return (((uint32_t)RecvBuffer[0])<<16) | (((uint32_t)RecvBuffer[1])<<24) | ((uint32_t)RecvBuffer[2]) | (RecvBuffer[3]<<8);
}

/**
 * @brief Using SPI to transmit four bytes and return the received bytes. 
 * @param data: The 64-bit data SPI will transmit.
 * @return received data.
**/
uint64_t ZYNQ7020_ReadWrite64B(uint64_t data)
{
	uint8_t SendBuffer[8];
	uint8_t RecvBuffer[8];
  
	// @TODO: 更改SendBuffer顺序
	SendBuffer[0] = (data>>48) & 0xff;
	SendBuffer[1] = (data>>56) & 0xff;
	SendBuffer[2] = (data>>32) & 0xff;
	SendBuffer[3] = (data>>40) & 0xff;
	
	SendBuffer[4] = (data>>16) & 0xff;
	SendBuffer[5] = (data>>24) & 0xff;
	SendBuffer[6] = (data    ) & 0xff;
	SendBuffer[7] = (data>> 8) & 0xff;
		
	HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi2, SendBuffer, RecvBuffer, 4, (uint32_t)-1);
	
	return (((uint64_t)RecvBuffer[0])<<48) | (((uint64_t)RecvBuffer[1])<<56) | ((uint64_t)RecvBuffer[2]<<32) | (((uint64_t)(RecvBuffer[3])<<40)) | \
		(((uint64_t)RecvBuffer[4])<<16) | (((uint64_t)RecvBuffer[5])<<24) | ((uint64_t)RecvBuffer[6]) | ((uint64_t)(RecvBuffer[7]<<8));
}

首先通过ZYNQ7020发送0x00_00_09_03，下位机返回0x45_12_56_78，程序代码中，从机利用函数ZYNQ7020_ReadWrite32B(uint32_t data) 阻塞等待SPI_CS被拉低；

通过下面的逻辑分析仪抓取的结果可以看到，这时候读取和发送是正常的；

下一次读取时，通过STM32G0的PA15上升沿标志从机数据有效回传给ZYNQ7020，回传完成后会拉低PA15；从机回传会发送0x23_01_67_45_ab_89_ef_cd给主机，而主机则发送0x34_12_56_78_12_34_56_78，程序代码中，从机拉高PA15后，通过ZYNQ7020_ReadWrite64B(uint64_t data) 阻塞等待SPI_CS被拉低开始回传数据，阻塞结束，拉高PA15；

通过下面逻辑分析仪的数据可看见，传输不对，主机ZYNQ7020端由于是PL端输出逻辑，发送的数据是正确的；从机回传第一个byte错误，然后才开始传输，同时由于发送的数组是8个byte，此处是在接收到ZYNQ7020第3个byte后才开始正常传输，故此处理论上在ZYNQ7020发送完成8个byte后，从机还有两个byte未发送，所以会卡在ZYNQ7020_ReadWrite64B(uint64_t data) 内阻塞，也未能正确拉高PA15。

需要注意此处为16bit的SPI模式，故SPI寄存器是16bit

猜测问题

➡️由于当从机未能正确回传前两个byte的时候，他回传的是上一次发送的前两个byte，此处猜测可能是当回传前两个byte的时候，可能未能正确建立SPI连接，仍发送旧数据

首先采取的手段是将CS拉低后到SPI_CLK时钟建立的setup时间从200ns延长至300ns再到400ns，没有变化；
更改仅接收3个byte，可以看到此时正确地退出了阻塞，证明前面猜测的阻塞原因可能正确，是因为第一次从机回传错误的指针地址导致最后两个byte未被回传，count未更新，一直卡在ZYNQ7020_ReadWrite64B(uint64_t data) 内。
重写函数
尝试，但放弃，采用直接操作寄存器，情况类似。