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【STM32C0评测】6、SPI回环测试

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qintian0303 发布时间:2025-5-4 00:00
       这一次我们探索另一种常见的串行通讯方式——SPI(串行外设接口)。SPI 作为一种高速、全双工、同步的通信总线,在众多嵌入式系统和电子设备中都有着广泛的应用。而为了对 SPI 接口的功能进行全面且有效的测试,我们本次将采用一种独特且实用的测试方法——Loopback(回环)测试。       在 SPI 通信架构中,主要涉及到四个关键的信号引脚:SCK(串行时钟)、MOSI(主设备输出/从设备输入)、MISO(主设备输入/从设备输出)以及 CS(从设备选择)。主设备通过 SCK 引脚提供时钟信号,控制数据的传输节奏;MOSI 引脚用于主设备向从设备发送数据;MISO 引脚则负责从设备向主设备回传数据;CS 引脚用于主设备选择与之通信的从设备。
8 \: ?: E  y- n" s0 A       而 Loopback 测试方法,其核心精髓在于构建一个自环通路,让 SPI 通信在不依赖外部从设备的情况下,也能快速验证 SPI 接口的基本功能是否正常运作。具体实现方式是将 SPI 主设备的 MOSI 引脚与 MISO 引脚进行短接。这样一来,主设备发送出去的数据,无需经过外部设备的中转,直接通过短接的线路被自身接收,从而形成一个完整的闭环验证系统。这种方式有这一些显著优势:: M1 T- p! Z* U7 q: m
高效排除硬件连接问题3 T8 V0 Q6 ]3 V, e& f: E
       在实际的复杂电子系统中,硬件连接问题往往是导致通信故障的常见因素之一。外部设备可能由于接触不良、线路受到电磁干扰、引脚虚焊等多种原因,使得 SPI 通信无法正常进行。而通过 Loopback 测试,我们可以将问题范围迅速缩小到 SPI 控制器本身。因为在这种测试模式下,数据传输完全在主设备内部完成,无需考虑外部设备的连接状态。如果测试能够顺利通过,就说明 SPI 控制器的硬件部分基本工作正常,从而排除了因硬件连接问题导致的通信失败的可能性,为后续的故障排查提供了明确的方向。
8 i* o9 I4 `  M全面验证协议配置
( \1 A7 `" p& B1 t6 v) y5 g       SPI 通信协议具有多种可配置的参数,这些参数的正确设置对于通信的成功至关重要。例如,时钟极性(CPOL)决定了串行时钟信号在空闲状态时的电平高低;时钟相位(CPHA)则规定了数据采样和变化的时刻与时钟信号边沿的关系;数据位宽可以是 8 位、16 位甚至更宽,影响着每次传输的数据量;传输方向也有全双工和半双工之分,决定了数据是否可以同时进行双向传输。Loopback 测试为验证这些关键参数配置是否正确提供了一个绝佳的平台。在测试过程中,我们可以按照预定的协议配置发送特定格式的数据,然后检查主设备接收到的数据是否与发送的数据一致。如果数据能够准确无误地被接收,就说明当前的协议配置是正确的;反之,如果出现数据错误或通信异常,我们就可以根据测试结果有针对性地调整协议参数,直到找到正确的配置组合。
/ P* ~3 g! o! Z2 q, @  F显著简化调试流程
7 [& ?! N# l- V: Y+ ?       在开发初期,准备外部从设备往往需要花费大量的时间和精力。不仅要确保从设备的硬件连接正确无误,还需要对从设备进行相应的编程和配置,以使其能够与主设备进行正常的通信。而 Loopback 测试则完全摒弃了这一繁琐的过程,无需准备外部从设备,大大节省了测试准备时间。开发人员可以在开发环境搭建完成后,立即进行 SPI 接口的基本功能测试,快速验证硬件基础功能是否正常。这使得开发人员能够更加专注于 SPI 控制器本身的功能实现和优化,提高了开发效率,缩短了产品的开发周期。3 Y, J. z8 w, g; o- P& u
       要实现Loopback测试最主要的硬件部分就是引脚短接,本开发板上连接了很多的外设器件,那么我们想要短接只能找一下能用的外接接口:
; E+ a5 H" S  s, E2 |+ c
1.png
- p9 x7 b% ^! m) M9 S
7 R7 F1 v! N5 b  @: e  p
      最有效的就是使用arduino接口,CN5对应的就有SPI对应的是D11和D12,注意这个不是MCU的引脚,对应的引脚是PA6和PA7
  R; @" L$ D) u7 K      进一步查看STM32CubeMX可以看到,这里我们选择SPI1:
* t! Q9 M! \, }2 ]+ J' r% X
2.png / Q2 ]& D7 B* I9 ^1 Z; Y
& I  y; t+ @. y- A
      实物连接如下:, L- Z  ~6 o7 q1 [3 H9 r# c
3.png
: T5 i$ P! V$ |! \6 S5 R

- r" l( D7 V4 w% G. u      接下来我们进行SPI的配置,) f: t+ Z: }* E$ U
4.png & A: k; U  D7 e5 P% m5 F

9 z  p1 a) X1 L" }      接下来编写一下SPI测试程序:7 Y, R; K' y+ p* d& t$ k: q8 D" Y
  1. void SPI_Loopback_Test(void)
    . c9 ~" D7 A, g3 Q! }; X" Q1 l
  2. {
    ( D; J( H! Y: ]+ t/ s7 S
  3.   uint8_t tx_buffer[16] = {0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,. J" T, M$ K7 v; e
  4.                            0x09,0x0A,0x0B,0x0C,0x0D,0x0E,0x0F,0x10};
    * E( F4 b7 B2 O$ f* t0 R5 z
  5.   uint8_t rx_buffer[16] = {0};
    : K4 _: {0 w  b. C( h: m
  6.   0 u+ K7 }, q/ C: x* g
  7.   // 发送并接收数据
    - y2 C0 m& h4 _4 i" v( f3 J5 C
  8.   HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi3, tx_buffer, rx_buffer, 16, 100);
    & N- C0 c' X! W, R, C$ r
  9.   
    6 O" k$ e7 f7 n& X- ~" j% e
  10.   // 验证数据一致性2 v# k4 l& C7 j0 c2 s
  11.   if(memcmp(tx_buffer, rx_buffer, 16) == 0) {8 J) [. q; n  ]5 Z% ~/ a
  12.     // 数据匹配,测试通过
    ! H3 V) c/ n, [$ T- {+ Q8 J
  13.     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&rx_buffer, 16, 0xFFFF);9 H8 M+ C6 O! q6 s# }, q3 m
  14.   }
    * c( _* I, L5 Q1 I8 Q& V. [1 h. J
  15. }
复制代码
     效果如下:
9 ?$ N4 ~) K" A& y: \0 r
5.png
+ f  B  a+ U' Q/ _5 w( s6 H
  ~2 X- N0 L1 s# @5 ^* ?9 o
      可以看到数据收到后通过串口发送了出来,和传输的数据是一样的(后16个),其实SPI还有很多用处,很多外设模块使用的都是SPI接口,有时候只发送(比如一些TFT的控制),更多的是传感器,不过需要注意很多从机的传感器是需要主机提供时钟的,也就是说在读取的时候也需要主机给时钟驱动,还有一点就是SPI的频率不能太高,本次我使用2分频(SPI频率24MHz)就SPI通信失败了,没有收到数据,将分频提高到32(1.5MHz)就通信成功了。
$ k. d% i1 T0 t( _* l  \& [* W
& h: U& e1 p6 A! {
. Y2 J8 X" F$ v1 m6 o4 ^

1 |$ f  U1 k2 H* N/ d; x9 K) v  Q. L' x) u
+ U- Q( R5 }$ `, w: w

" j" n9 z/ K4 c/ o8 \" R& H
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