• I.MX6U-ALPHA开发板（SPI实验）

    文章目录

    一、SPI协议详解

    ​ 1、SPI相比I2C最大的优势有两点：一个是速度快，最高可以大几十M，甚至上百MHz，第二个就是SPI是个全双工。
    ​ 2、SPI接口和I2C一样，一个SPI接口可以连接多个SPI外设，SPI通过CS引脚/数据线，片选引脚来选择和哪个SPI外设通信。SPI通信前先将指定的SPI外设对应的CS引脚拉低来选中此设备。
    ​ 3、ALPHA开发板上通过ECSPI3接口连接了一个6轴传感器，引脚如下：
    ​ ECSPI3_SCLK : UART2_RX
    ​ ECSPI3_MOSI：UART2_CTS
    ​ ECSPI3_SS0：UART2_TXD
    ​ ECSPI3_MISO: UART2_RTS
    ​ 6ULL一个SPI主接口有4个硬件片选，分别为SS0~SS3。
    ​ 4、根据CPOL和CPHA可以设置四种工作模式，一般使用CPOL=0、CPHA=0。

    二、6ULL SPI接口详解

    ​ 1、6ULL的SPI接口叫做ECSPI，支持全双工、主丛可配置。
    ​ 2、4个硬件片选信号，可以使用软件片选，这样一个SPI接口所能连接的外设就无限制了。
    ​ 1、RXDATA寄存器为接收到的数据。
    ​ 2、TXDATA寄存器为发送数据寄存器。
    ​ 3、CONREG寄存器为配置寄存器，bit0置1，使能SPI。Bit3置1，表示当向TXFIFO写入数据以后马上开启SPI突发访问，也就是发送数据。Bit7:4设置SPI通道主从模式，bit7为通道3，bit4为通道0，我们使用到了SS0，也就是通道0，因此需要设置bit4为1。Bit19：18设置为00，我们使用到SS0，也就是通道0。Bit31:30设置突发访问长度，我们设置为7，也就是8bit突发长度，一个字节。
    ​ 4、CONFIGREG寄存器的bit0为PHA，设置为0，表示 串行时钟的第一个跳变沿开始采集数据。设置bit4为PO，设置为0，表示SCLK空闲的时候为低电平。Bit8设置0。Bit12设置 为0。Bit16设置为0，表示空闲的时候数据线为高。Bit20设置为0，表示SCLK空闲的时候为低。
    ​ 5、STATREG寄存器，bit0表示TXFIFO为空，我们在发送数据之前要等待TXFIFO为空，也就是等待bit0为1。Bit3表示RXFIFO是否有数据，为1的时候示RXFIFO至少有1个字的数据，我们在接收数据的时候要等到bit3为1。
    ​ 6、PERIODREG寄存器，bit14:0设置wait states时间，我们设置为0X2000。Bit15设置wait states的时钟源为SPI CLK，将此位设置0。Bit21:16表示片选信号的延时，可设置0-63，这里设置为0.
    ​ 7、SPI时钟设置！
    ​ SPI时钟源最终来源于pll3_sw_clk=480MHz/8=60MHz，设置CSCDR2寄存器的bit18为0，也就是ECSPI时钟源为60MHz。bit24:19设置为0，表示1分频，因此最终进入到SPI外设的时钟源为60MHz
    ​ ECSPI模块还需要对时钟进行两级分频，由ECSPI_CONREG寄存器设置。Bit15:12设置前级分频，可以设置00xf，表示116分频。Bit11:8设置2级分频，设置2^n分频，n=0~15.

    三、ICM20608简介

    ICM-20608 是 InvenSense 出品的一款 6 轴 MEMS 传感器，包括 3 轴加速度和 3 轴陀螺仪。

    ICM-20608 尺寸非常小，只有 3x3x0.75mm，采用 16P 的 LGA 封装。ICM-20608 内部有一个 512字节的 FIFO。陀螺仪的量程范围可以编程设置，可选择±250，±500，±1000 和±2000°/s，加速度的量程范围也可以编程设置，可选择±2g，±4g，±8g 和±16g。陀螺仪和加速度计都是 16 位的 ADC，并且支持 I2C 和 SPI 两种协议，使用 I2C 接口的话通信速度最高可以达到400KHz，使用 SPI 接口的话通信速度最高可达到 8MHz。I.MX6U-ALPHA 开发板上的 ICM-20608 通过 SPI 接口和 I.MX6U 连接在一起。ICM-20608 特性如下：

    ①、陀螺仪支持 X,Y 和 Z 三轴输出，内部集成 16 位 ADC，测量范围可设置：±250，±500，±1000 和±2000°/s。

    ②、加速度计支持 X,Y 和 Z 轴输出，内部集成 16 位 ADC，测量范围可设置：±2g，±4g， ±4g，±8g 和±16g。

    ③、用户可编程中断。

    ④、内部包含 512 字节的 FIFO。

    ⑤、内部包含一个数字温度传感器。

    ⑥、耐 10000g 的冲击。

    ⑦、支持快速 I2C，速度可达 400KHz。

    ⑧、支持 SPI，速度可达 8MHz。

    四、实验程序编写

    ​ 1、我们在使用浮点计算的时候程序卡死了，因为我们没有开始6UL的硬件浮点运算。我们在编译的时候没有使用浮点。解决此问题需要两点：
    ​ ①、开启6UL的硬件浮点单元
    ​ ②、编译的是时候指定硬件浮点。
    ​

    //bsp_spi.h
#ifndef _BSP_SPI_H
#define _BSP_SPI_H

#include "imx6ul.h"

/* 函数声明 */
void spi_init(ECSPI_Type *base);
unsigned char spich0_readwrite_byte(ECSPI_Type *base, unsigned char txdata);

#endif


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    //bsp_spi.c
#include "bsp_spi.h"
#include "bsp_gpio.h"
#include "stdio.h"

//初始化SPI
//base	: 要初始化的SPI
void spi_init(ECSPI_Type *base)
{
	/* 配置CONREG寄存器
	 * bit0 : 		1 	使能ECSPI
	 * bit3 : 		1	当向TXFIFO写入数据以后立即开启SPI突发。
	 * bit[7:4] : 	0001 SPI通道0主模式，根据实际情况选择，
	 *            	   	开发板上的ICM-20608接在SS0上，所以设置通道0为主模式
	 * bit[19:18]:	00 	选中通道0(其实不需要，因为片选信号我们我们自己控制)
	 * bit[31:20]:	0x7	突发长度为8个bit。 
	 */
	base->CONREG = 0; /* 先清除控制寄存器 */
	base->CONREG |= (1 << 0) | (1 << 3) | (1 << 4) | (7 << 20); /* 配置CONREG寄存器 */

	/*
     * ECSPI通道0设置,即设置CONFIGREG寄存器
     * bit0:	0 通道0 PHA为0
     * bit4:	0 通道0 SCLK高电平有效
     * bit8: 	0 通道0片选信号 当SMC为1的时候此位无效
     * bit12：	0 通道0 POL为0
     * bit16：	0 通道0 数据线空闲时高电平
     * bit20:	0 通道0 时钟线空闲时低电平
	 */
	base->CONFIGREG = 0; 		/* 设置通道寄存器 */
	
	/*  
     * ECSPI通道0设置，设置采样周期
     * bit[14:0] :	0X2000  采样等待周期，比如当SPI时钟为10MHz的时候
     *  		    0X2000就等于1/10000 * 0X2000 = 0.8192ms，也就是连续
     *          	读取数据的时候每次之间间隔0.8ms
     * bit15	 :  0  采样时钟源为SPI CLK
     * bit[21:16]:  0  片选延时，可设置为0~63
	 */
	base->PERIODREG = 0X2000;		/* 设置采样周期寄存器 */

	/*
     * ECSPI的SPI时钟配置，SPI的时钟源来源于pll3_sw_clk/8=480/8=60MHz
     * 通过设置CONREG寄存器的PER_DIVIDER(bit[11:8])和POST_DIVEDER(bit[15:12])来
     * 对SPI时钟源分频，获取到我们想要的SPI时钟：
     * SPI CLK = (SourceCLK / PER_DIVIDER) / (2^POST_DIVEDER)
     * 比如我们现在要设置SPI时钟为6MHz，那么PER_DIVEIDER和POST_DEIVIDER设置如下：
     * PER_DIVIDER = 0X9。
     * POST_DIVIDER = 0X0。
     * SPI CLK = 60000000/(0X9 + 1) = 60000000=6MHz
	 */
	base->CONREG &= ~((0XF << 12) | (0XF << 8));	/* 清除PER_DIVDER和POST_DIVEDER以前的设置 */
	base->CONREG |= (0X9 << 12);					/* 设置SPI CLK = 6MHz */
}

//SPI通道0发送/接收一个字节的数据
//base	: 要使用的SPI
//txdata	: 要发送的数据
unsigned char spich0_readwrite_byte(ECSPI_Type *base, unsigned char txdata)
{ 
	uint32_t  spirxdata = 0;
	uint32_t  spitxdata = txdata;

    /* 选择通道0 */
	base->CONREG &= ~(3 << 18);
	base->CONREG |= (0 << 18);

  	while((base->STATREG & (1 << 0)) == 0){} /* 等待发送FIFO为空 */
		base->TXDATA = spitxdata;
	
	while((base->STATREG & (1 << 3)) == 0){} /* 等待接收FIFO有数据 */
		spirxdata = base->RXDATA;
	return spirxdata;
}


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    //bsp_icm20608.h

#ifndef _BSP_ICM20608_H
#define _BSP_ICM20608_H

#include "imx6ul.h"
#include "bsp_gpio.h"


/* 宏定义 */
#define ICM20608_CSN(n)    (n ? gpio_pinwrite(GPIO1, 20, 1) : gpio_pinwrite(GPIO1, 20, 0))   /* SPI片选信号	 */

#define ICM20608G_ID			0XAF	/* ID值 */
#define ICM20608D_ID			0XAE	/* ID值 */

/* ICM20608寄存器 
 *复位后所有寄存器地址都为0，除了
 *Register 107(0X6B) Power Management 1 	= 0x40
 *Register 117(0X75) WHO_AM_I 				= 0xAF或0xAE
 */
/* 陀螺仪和加速度自测(出产时设置，用于与用户的自检输出值比较） */
#define	ICM20_SELF_TEST_X_GYRO		0x00
#define	ICM20_SELF_TEST_Y_GYRO		0x01
#define	ICM20_SELF_TEST_Z_GYRO		0x02
#define	ICM20_SELF_TEST_X_ACCEL		0x0D
#define	ICM20_SELF_TEST_Y_ACCEL		0x0E
#define	ICM20_SELF_TEST_Z_ACCEL		0x0F

/* 陀螺仪静态偏移 */
#define	ICM20_XG_OFFS_USRH			0x13
#define	ICM20_XG_OFFS_USRL			0x14
#define	ICM20_YG_OFFS_USRH			0x15
#define	ICM20_YG_OFFS_USRL			0x16
#define	ICM20_ZG_OFFS_USRH			0x17
#define	ICM20_ZG_OFFS_USRL			0x18

#define	ICM20_SMPLRT_DIV			0x19
#define	ICM20_CONFIG				0x1A
#define	ICM20_GYRO_CONFIG			0x1B
#define	ICM20_ACCEL_CONFIG			0x1C
#define	ICM20_ACCEL_CONFIG2			0x1D
#define	ICM20_LP_MODE_CFG			0x1E
#define	ICM20_ACCEL_WOM_THR			0x1F
#define	ICM20_FIFO_EN				0x23
#define	ICM20_FSYNC_INT				0x36
#define	ICM20_INT_PIN_CFG			0x37
#define	ICM20_INT_ENABLE			0x38
#define	ICM20_INT_STATUS			0x3A

/* 加速度输出 */
#define	ICM20_ACCEL_XOUT_H			0x3B
#define	ICM20_ACCEL_XOUT_L			0x3C
#define	ICM20_ACCEL_YOUT_H			0x3D
#define	ICM20_ACCEL_YOUT_L			0x3E
#define	ICM20_ACCEL_ZOUT_H			0x3F
#define	ICM20_ACCEL_ZOUT_L			0x40

/* 温度输出 */
#define	ICM20_TEMP_OUT_H			0x41
#define	ICM20_TEMP_OUT_L			0x42

/* 陀螺仪输出 */
#define	ICM20_GYRO_XOUT_H			0x43
#define	ICM20_GYRO_XOUT_L			0x44
#define	ICM20_GYRO_YOUT_H			0x45
#define	ICM20_GYRO_YOUT_L			0x46
#define	ICM20_GYRO_ZOUT_H			0x47
#define	ICM20_GYRO_ZOUT_L			0x48

#define	ICM20_SIGNAL_PATH_RESET		0x68
#define	ICM20_ACCEL_INTEL_CTRL 		0x69
#define	ICM20_USER_CTRL				0x6A
#define	ICM20_PWR_MGMT_1			0x6B
#define	ICM20_PWR_MGMT_2			0x6C
#define	ICM20_FIFO_COUNTH			0x72
#define	ICM20_FIFO_COUNTL			0x73
#define	ICM20_FIFO_R_W				0x74
#define	ICM20_WHO_AM_I 				0x75

/* 加速度静态偏移 */
#define	ICM20_XA_OFFSET_H			0x77
#define	ICM20_XA_OFFSET_L			0x78
#define	ICM20_YA_OFFSET_H			0x7A
#define	ICM20_YA_OFFSET_L			0x7B
#define	ICM20_ZA_OFFSET_H			0x7D
#define	ICM20_ZA_OFFSET_L 			0x7E

/*
 * ICM20608结构体
 */
struct icm20608_dev_struc
{
	signed int gyro_x_adc;		/* 陀螺仪X轴原始值 			*/
	signed int gyro_y_adc;		/* 陀螺仪Y轴原始值 			*/
	signed int gyro_z_adc;		/* 陀螺仪Z轴原始值 			*/
	signed int accel_x_adc;		/* 加速度计X轴原始值 			*/
	signed int accel_y_adc;		/* 加速度计Y轴原始值 			*/
	signed int accel_z_adc;		/* 加速度计Z轴原始值 			*/
	signed int temp_adc;		/* 温度原始值 				*/

	/* 下面是计算得到的实际值，扩大100倍 */
	signed int gyro_x_act;		/* 陀螺仪X轴实际值 			*/
	signed int gyro_y_act;		/* 陀螺仪Y轴实际值 			*/
	signed int gyro_z_act;		/* 陀螺仪Z轴实际值 			*/
	signed int accel_x_act;		/* 加速度计X轴实际值 			*/
	signed int accel_y_act;		/* 加速度计Y轴实际值 			*/
	signed int accel_z_act;		/* 加速度计Z轴实际值 			*/
	signed int temp_act;		/* 温度实际值 				*/
};

struct icm20608_dev_struc icm20608_dev;	/* icm20608设备 */


/* 函数声明 */
unsigned char icm20608_init(void);
void icm20608_write_reg(unsigned char reg, unsigned char value);
unsigned char icm20608_read_reg(unsigned char reg);
void icm20608_read_len(unsigned char reg, unsigned char *buf, unsigned char len);
void icm20608_getdata(void);


#endif


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    //bsp_icm20608.c
#include "bsp_icm20608.h"
#include "bsp_delay.h"
#include "bsp_spi.h"
#include "stdio.h"

struct icm20608_dev_struc icm20608_dev;	/* icm20608设备 */

//初始化ICM20608
//返回0 初始化成功，其他值 初始化失败
unsigned char icm20608_init(void)
{	
	unsigned char regvalue;
	gpio_pin_config_t cs_config;

	/* 1、ESPI3 IO初始化 
 	 * ECSPI3_SCLK 	-> UART2_RXD
 	 * ECSPI3_MISO 	-> UART2_RTS
 	 * ECSPI3_MOSI	-> UART2_CTS
 	 */
	IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART2_RX_DATA_ECSPI3_SCLK, 0);
	IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART2_CTS_B_ECSPI3_MOSI, 0);
	IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART2_RTS_B_ECSPI3_MISO, 0);
	
	/* 配置SPI   SCLK MISO MOSI IO属性	
	 *bit 16: 0 HYS关闭
	 *bit [15:14]: 00 默认100K下拉
	 *bit [13]: 0 keeper功能
	 *bit [12]: 1 pull/keeper使能 
	 *bit [11]: 0 关闭开路输出
 	 *bit [7:6]: 10 速度100Mhz
 	 *bit [5:3]: 110 驱动能力为R0/6
	 *bit [0]: 1 高转换率
 	 */
	IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART2_RX_DATA_ECSPI3_SCLK, 0x10B1);
	IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART2_CTS_B_ECSPI3_MOSI, 0x10B1);
	IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART2_RTS_B_ECSPI3_MISO, 0x10B1);

	
	IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART2_TX_DATA_GPIO1_IO20, 0);
	IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART2_TX_DATA_GPIO1_IO20, 0X10B0);
	cs_config.direction = kGPIO_DigitalOutput;
	cs_config.outputLogic = 0;
	gpio_init(GPIO1, 20, &cs_config);
	
	/* 2、初始化SPI */
	spi_init(ECSPI3);	

	icm20608_write_reg(ICM20_PWR_MGMT_1, 0x80);		/* 复位，复位后为0x40,睡眠模式 			*/
	delayms(50);
	icm20608_write_reg(ICM20_PWR_MGMT_1, 0x01);		/* 关闭睡眠，自动选择时钟 					*/
	delayms(50);

	regvalue = icm20608_read_reg(ICM20_WHO_AM_I);
	printf("icm20608 id = %#X\r\n", regvalue);
	if(regvalue != ICM20608G_ID && regvalue != ICM20608D_ID)
		return 1;
		
	icm20608_write_reg(ICM20_SMPLRT_DIV, 0x00); 	/* 输出速率是内部采样率					*/
	icm20608_write_reg(ICM20_GYRO_CONFIG, 0x18); 	/* 陀螺仪±2000dps量程 				*/
	icm20608_write_reg(ICM20_ACCEL_CONFIG, 0x18); 	/* 加速度计±16G量程 					*/
	icm20608_write_reg(ICM20_CONFIG, 0x04); 		/* 陀螺仪低通滤波BW=20Hz 				*/
	icm20608_write_reg(ICM20_ACCEL_CONFIG2, 0x04); 	/* 加速度计低通滤波BW=21.2Hz 			*/
	icm20608_write_reg(ICM20_PWR_MGMT_2, 0x00); 	/* 打开加速度计和陀螺仪所有轴 				*/
	icm20608_write_reg(ICM20_LP_MODE_CFG, 0x00); 	/* 关闭低功耗 						*/
	icm20608_write_reg(ICM20_FIFO_EN, 0x00);		/* 关闭FIFO						*/
	return 0;
}

	
//写ICM20608指定寄存器
//reg  : 要读取的寄存器地址
//value: 要写入的值
void icm20608_write_reg(unsigned char reg, unsigned char value)
{
	/* ICM20608在使用SPI接口的时候寄存器地址
	 * 只有低7位有效,寄存器地址最高位是读/写标志位
	 * 读的时候要为1，写的时候要为0。
	 */
	reg &= ~0X80;	
	
	ICM20608_CSN(0);						/* 使能SPI传输			*/
	spich0_readwrite_byte(ECSPI3, reg); 	/* 发送寄存器地址		*/ 
	spich0_readwrite_byte(ECSPI3, value);	/* 发送要写入的值			*/
	ICM20608_CSN(1);						/* 禁止SPI传输			*/
}	

//读取ICM20608寄存器值
//reg	: 要读取的寄存器地址
//返回读取到的寄存器值
unsigned char icm20608_read_reg(unsigned char reg)
{
	unsigned char reg_val;	   	

	/* ICM20608在使用SPI接口的时候寄存器地址
	 * 只有低7位有效,寄存器地址最高位是读/写标志位
	 * 读的时候要为1，写的时候要为0。
	 */
	reg |= 0x80; 	
	
   	ICM20608_CSN(0);               					/* 使能SPI传输	 		*/
  	spich0_readwrite_byte(ECSPI3, reg);     		/* 发送寄存器地址  		*/ 
  	reg_val = spich0_readwrite_byte(ECSPI3, 0XFF);	/* 读取寄存器的值 			*/
 	ICM20608_CSN(1);                				/* 禁止SPI传输 			*/
  	return(reg_val);               	 				/* 返回读取到的寄存器值 */
}

//读取ICM20608连续多个寄存器
//reg	: 要读取的寄存器地址
//返回读取到的寄存器值
void icm20608_read_len(unsigned char reg, unsigned char *buf, unsigned char len)
{  
	unsigned char i;
	
	/* ICM20608在使用SPI接口的时候寄存器地址，只有低7位有效,
	 * 寄存器地址最高位是读/写标志位读的时候要为1，写的时候要为0。
	 */
	reg |= 0x80; 
		
   	ICM20608_CSN(0);               				/* 使能SPI传输	 		*/
  	spich0_readwrite_byte(ECSPI3, reg);			/* 发送寄存器地址  		*/   	   
 	for(i = 0; i < len; i++)					/* 顺序读取寄存器的值 			*/
 	{
		buf[i] = spich0_readwrite_byte(ECSPI3, 0XFF);	
	}
 	ICM20608_CSN(1);                			/* 禁止SPI传输 			*/
}

//获取陀螺仪的分辨率
//返回获取到的分辨率
float icm20608_gyro_scaleget(void)
{
	unsigned char data;
	float gyroscale;
	
	data = (icm20608_read_reg(ICM20_GYRO_CONFIG) >> 3) & 0X3;
	switch(data) {
		case 0: 
			gyroscale = 131;
			break;
		case 1:
			gyroscale = 65.5;
			break;
		case 2:
			gyroscale = 32.8;
			break;
		case 3:
			gyroscale = 16.4;
			break;
	}
	return gyroscale;
}

//获取加速度计的分辨率
//返回获取到的分辨率
unsigned short icm20608_accel_scaleget(void)
{
	unsigned char data;
	unsigned short accelscale;
	
	data = (icm20608_read_reg(ICM20_ACCEL_CONFIG) >> 3) & 0X3;
	switch(data) {
		case 0: 
			accelscale = 16384;
			break;
		case 1:
			accelscale = 8192;
			break;
		case 2:
			accelscale = 4096;
			break;
		case 3:
			accelscale = 2048;
			break;
	}
	return accelscale;
}


//读取ICM20608的加速度、陀螺仪和温度原始值

void icm20608_getdata(void)
{
	float gyroscale;
	unsigned short accescale;
	unsigned char data[14];
	
	icm20608_read_len(ICM20_ACCEL_XOUT_H, data, 14);
	
	gyroscale = icm20608_gyro_scaleget();
	accescale = icm20608_accel_scaleget();

	icm20608_dev.accel_x_adc = (signed short)((data[0] << 8) | data[1]); 
	icm20608_dev.accel_y_adc = (signed short)((data[2] << 8) | data[3]); 
	icm20608_dev.accel_z_adc = (signed short)((data[4] << 8) | data[5]); 
	icm20608_dev.temp_adc    = (signed short)((data[6] << 8) | data[7]); 
	icm20608_dev.gyro_x_adc  = (signed short)((data[8] << 8) | data[9]); 
	icm20608_dev.gyro_y_adc  = (signed short)((data[10] << 8) | data[11]);
	icm20608_dev.gyro_z_adc  = (signed short)((data[12] << 8) | data[13]);

	/* 计算实际值 */
	icm20608_dev.gyro_x_act = ((float)(icm20608_dev.gyro_x_adc)  / gyroscale) * 100;
	icm20608_dev.gyro_y_act = ((float)(icm20608_dev.gyro_y_adc)  / gyroscale) * 100;
	icm20608_dev.gyro_z_act = ((float)(icm20608_dev.gyro_z_adc)  / gyroscale) * 100;

	icm20608_dev.accel_x_act = ((float)(icm20608_dev.accel_x_adc) / accescale) * 100;
	icm20608_dev.accel_y_act = ((float)(icm20608_dev.accel_y_adc) / accescale) * 100;
	icm20608_dev.accel_z_act = ((float)(icm20608_dev.accel_z_adc) / accescale) * 100;

	icm20608_dev.temp_act = (((float)(icm20608_dev.temp_adc) - 25 ) / 326.8 + 25) * 100;
}



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