第五十二章：CH32V103应用教程——SPI-CRC校验

草帽王子 · 发表于 2021-4-29 19:28:11

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本帖最后由草帽王子于 2021-9-10 17:43 编辑

本章教程主要在SPI通信方式下使用CRC校验以保证通信的可靠性。

1、SPI简介及相关函数介绍

关于SPI CRC校验，其用于保证全双工通信的可靠性。数据的发送和接收分别使用单独的CRC计算器。通过对每一个接收位进行可编程的多项式运算来计算CRC。CRC的计算是在由SPI控制寄存器1（SPIx_CTLR1）中的CPHA和CPOL位定义的采样时钟边沿进行的。

注意：该SPI接口提供了两种CRC计算方法，取决于所选的发送和/或接收的数据帧格式：8位数据帧采用CR8；16位数据帧采用CRC16。

CRC计算是通过设置SPI控制寄存器1（SPIx_CTLR1）中的CRCEN位启动的。设置CRCEN位时同时复位SPI接收CRC寄存器和SPI发送CRC寄存器(SPIx_RCRCR和SPI_TCRCR)。当设置了SPI控制寄存器1（SPIx_CTLR1）的CRCNEXT位， SPI_TCRCR的内容将在当前字节发送之后发出。

在传输SPI_TCRCR的内容时，如果在移位寄存器中收到的数值与SPI_RCRCR的内容不匹配，则SPI_SR寄存器的CRCERR标志位被置1。
如果在TX缓冲器中还有数据， CRC的数值仅在数据字节传输结束后传送。在传输CRC期间，CRC计算器关闭，寄存器的数值保持不变。

SPI通信可以通过以下步骤使用CRC：
● 设置CPOL、CPHA、LSBFIRST、BR、SSM、SSI和MSTR的值；
● 在SPI_CRCR寄存器输入多项式；
● 通过设置SPIx_CTLR1寄存器CRCEN位使能CRC计算，该操作也会清除寄存器SPI_RCRCR和SPI_TCRCR；
● 设置SPIx_CTLR1寄存器的SPE位启动SPI功能；
● 启动通信并且维持通信，直到只剩最后一个字节或者半字；
● 在把最后一个字节或半字写进发送缓冲器时，设置SPIx_CTLR1的CRCNEST位，指示硬件在发送完成最后一个数据之后，发送CRC的数值。在发送CRC数值期间，停止CRC计算；
● 当最后一个字节或半字被发送后，SPI发送CRC数值， CRCNEST位被清除。同样，接收到的CRC与SPI_RCRCR值进行比较，如果比较不相配，则设置SPI_SR上的CRCERR标志位，当设置了SPIx_CTLR2寄存器的ERRIE时，则产生中断。

注意：当SPI模块处于从设备模式时，请注意在时钟稳定之后再使能CRC计算，否则可能会得到错误的CRC计算结果。事实上，只要设置了CRCEN位，只要在SCK引脚上有输入时钟，不管SPE位的状态，都会进行CRC的计算。

当SPI时钟频率较高时，用户在发送CRC时必须小心。在CRC传输期间，使用CPU的时间应尽可能少；为了避免在接收最后的数据和CRC时出错，在发送CRC过程中应禁止函数调用。必须在发送/接收最后一个数据之前完成设置CRCNEXT位的操作。

当SPI时钟频率较高时，因为CPU的操作会影响SPI的带宽，建议采用DMA模式以避免SPI降低的速度。

当CH32V103配置为从模式并且使用了NSS硬件模式，NSS引脚应该在数据传输和CRC传输期间保持为低。

当配置SPI为从模式并且使用CRC的功能，即使NSS引脚为高时仍然会执行CRC的计算(译注：当NSS信号为高时，如果SCK引脚上有时钟脉冲，则CRC计算会继续执行)。例如：当主设备交替与多个从设备进行通信时，将会出现这种情况(译注：此时要想办法避免CRC的误操作)。

在不选中一个从设备(NSS信号为高)转换到选中一个新的从设备(NSS信号为低)的时候，为了保持主从设备端下次CRC计算结果的同步，应该清除主从两端的CRC数值。

按照下述步骤清除CRC数值：
1. 关闭SPI模块(SPE=0);
2. 清除CRCEN位为’0’；
3. 设置CRCEN位为’1’；
4. 使能SPI模块(SPE=1)。

2、硬件设计

本章教程主要在第46章基础上进行，需用到两个开发板，主设备使用MOSI引脚，从设备使用MISO引脚进行通讯。

此处使用外设为SPI1，主设备MOSI对应引脚为PA7引脚，从设备MISO对应引脚为PA6引脚，将主设备PA7引脚与从设备PA6引脚连接起来，此外还需将两个开发板SPI1对应的SCK引脚PA5连接起来。

此外，由于两个开发板需要同时进行上电传输，因此将两个开发板的3.3V引脚和GND引脚进行连接。

3、软件设计

本章教程主要在第46章基础上进行，增加了CRC校验步骤，具体程序如下：
spi.h文件

#ifndef __SPI_H
#define __SPI_H
#include "ch32v10x_conf.h"
/* SPI Mode Definition */
#define HOST_MODE 0
#define SLAVE_MODE 1
/* SPI Communication Mode Selection */
#define SPI_MODE HOST_MODE
//#define SPI_MODE SLAVE_MODE
#define Size 4
extern u16 TxData[Size];
extern u16 RxData[Size];
void SPI_1Lines_HalfDuplex_Init(void);
#endif

复制代码

spi.c文件

#include "spi.h"
/* Global Variable */
u16 TxData[Size] = { 0x01, 0x02, 0x03, 0x04};
u16 RxData[Size];
/*******************************************************************************
* Function Name : SPI_1Lines_HalfDuplex_Init
* Description : Configuring the SPI for half-duplex communication.
* Input : None
* Return : None
*******************************************************************************/
void SPI_1Lines_HalfDuplex_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE );
#if (SPI_MODE == HOST_MODE)
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
#elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
#endif
#if (SPI_MODE == HOST_MODE)
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_1Line_Tx;
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
#elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_1Line_Rx;
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Slave;
#endif
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_16b;
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_64;
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
SPI_Init( SPI1, &SPI_InitStructure );
SPI_CalculateCRC( SPI1, ENABLE ); //开启CRC计算
SPI_Cmd( SPI1, ENABLE );
}

复制代码

spi.c文件主要包括1个函数：SPI_1Lines_HalfDuplex_Init函数。SPI_1Lines_HalfDuplex_Init函数主要进行主机发送从机接收配置。

在这种配置下，主机需要用到SCK引脚和MOSI引脚，从机需要用到SCK引脚和MISO引脚，此处，由于用到SPI1，对应SCK引脚为PA5，MOSI引脚为PA7，MISO引脚为PA6，因此，在SPI_1Lines_HalfDuplex_Init函数中首先对主机和从机对应GPIO引脚进行初始化配置，此处需要注意，由于是主机发送从机接收，需要将PA7设置为复用推挽输出模式，PA6设置为浮空输入模式。

此外，由于主机作为发送，从机作为接收，此处在SPI_1Lines_HalfDuplex_Init函数中需要对SPI进行主机发送和从机接收初始化配置，此配置可根据CH32V103应用手册主模式和从模式配置步骤进行，主要对SPI通信的通信方向、主从模式、数据帧大小、时钟极性、时钟相位、NSS引脚使用方式、波特率等进行配置，可对照手册参考标准库函数ch32v10x_spi.c文件中SPI_Init函数进行配置。

main.c文件

/********************************** (C) COPYRIGHT *******************************
* File Name : main.c
* Author : WCH
* Version : V1.0.0
* Date : 2020/04/30
* Description : Main program body.
*******************************************************************************/
#include "debug.h"
#include "spi.h"
/*
*@Note
使用CRC错误校验，Master/Slave 模式收发例程：
Master：SPI1_SCK(PA5)、SPI1_MOSI(PA7)。
Slave ：SPI1_SCK(PA5)、SPI1_MISO(PA6)。
本例程演示使用CRC错误校验，Master 发，Slave 收。
注：两块板子分别下载 Master 和 Slave 程序，同时上电。
硬件连线：PA5 —— PA5
PA7 —— PA6
*/
/*******************************************************************************
* Function Name : main
* Description : Main program.
* Input : None
* Return : None
*******************************************************************************/
int main(void)
{
u8 i=0,crcval;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);
Delay_Init();
USART_Printf_Init(115200);
printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
SPI_1Lines_HalfDuplex_Init();
#if (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
printf("SLAVE Mode\r\n");
Delay_Ms(1000);
#endif
#if (SPI_MODE == HOST_MODE)
printf("HOST Mode\r\n");
Delay_Ms(2000);
#endif
while(1)
{
#if (SPI_MODE == HOST_MODE)
while( i<4 )
{
if( i<3 )
{
if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE ) != RESET ) //发送缓冲区非空
{
SPI_I2S_SendData( SPI1, TxData[i] ); //发送数据
i++;
}
}
else
{
if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE ) != RESET ) //发送缓冲区非空
{
//SPI_TransmitCRC函数通过控制SPIx_CTLR1寄存器的CRCNEXT位实现，当将CRCNEXT位置1，SPIx_TCRCR寄存器的内容将在当前字节发送之后发出。
SPI_TransmitCRC( SPI1 );
SPI_I2S_SendData( SPI1, TxData[i] ); //发送数据
i++;
}
}
}
while( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE ) != RESET ) //发送缓冲区非空
{
if(SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_BSY ) == RESET) //SPI不在通讯状态
{
SPI_Cmd( SPI1, DISABLE );
crcval = SPI_GetCRC( SPI1, SPI_CRC_Tx ); //获取SPI1发送CRC寄存器的值
printf( "CRC:%02x\r\n", crcval );
while(1);
}
}
#elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
while( i<4 )
{
if( i<3 )
{
if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE ) != RESET ) //接收缓冲区为空
{
RxData[i] = SPI_I2S_ReceiveData( SPI1 ); //接收数据
i++;
}
}
else if( i == 3)
{
//在发送或者接收最后一个数据之前需将SPI控制寄存器1（SPIx_CTLR1）CRCNEXT位置1
SPI_TransmitCRC( SPI1 );
if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE ) != RESET )
{
RxData[i] = SPI_I2S_ReceiveData( SPI1 );
i++;
}
}
else
{
if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE ) != RESET )
{
RxData[i] = SPI_I2S_ReceiveData( SPI1 );
i++;
}
}
}
crcval = SPI_GetCRC( SPI1, SPI_CRC_Rx ); //获取SPI1接收CRC寄存器的值
printf( "CRC:%02x\r\n", crcval );
for( i=0; i<4; i++ )
{
printf( "Rxdata:%02x\r\n", RxData[i] );
}
while(1);
#endif
}
}

复制代码

main.c文件主要进行主机和从机下的数据发送和接收。并将接收数据与发送数据进行对比，当发送数据与接收数据相同，输出same，若不同，输出different。

4、下载验证

将编译好的程序分别在主机模式和从机模式下下载到两个开发版，并将主机的引脚与从机的引脚一一对应进行连接，开发板上电后，串口打印如下：

主机打印：