Air780EPM SPI 硬件电路说明

一、SPI 基本概念

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种高速的同步串行通信协议，常用于短距离、全双工设备间通信。

其特点包括：

四线制：CLK（时钟线）、MOSI（主设备输出/从设备输入）、MISO（主设备输入/从设备输出）、CS（从设备片选）。
全双工：支持同时发送和接收数据。
主从模式：一个主设备（Master）可控制多个从设备（Slave），通过片选信号（CS）选择目标设备。

在 Air780EPM 中，SPI 接口通过特定 GPIO 引脚实现，需结合 LuatOS 的 API 进行配置。

二、SPI 功能支持

Air780EPM 的 SPI 功能特性如下：

1. 硬件支持

接口数量：支持 4 路标准 4 线 SPI 接口；
- 1 路推荐用于 SPI LCD，
- 1 路推荐用于 SPI Camera，
- 1 路推荐用于 SPI 以太网，
- 1 路用户自定义使用。
用户自定义使用的 SPI 通道的 GPIO 映射关系：
- CLK（时钟线）：GPIO35（VDD_EXT 电压域）。
- MOSI（主输出/从输入）：GPIO34（VDD_EXT 电压域）。
- MISO（主输入/从输出）：GPIO33（VDD_EXT 电压域）。
- CS（片选）：GPIO32（VDD_EXT 电压域）。
电压兼容性：SPI 接口电压可通过 IO_SEL 引脚配置为 1.8V 或 3.3V，需注意与外设的电平匹配，否则需添加电平转换电路。

2. 软件支持

协议兼容性：支持标准 SPI 协议（主模式）。
工作模式：
- 主模式（Master）：支持。
- 从模式（Slave）：不支持（暂不支持）。
速率支持：
- 最大时钟频率：25.6MHz（需外设支持）。
- 典型应用频率：1MHz~10MHz（需根据外设能力调整）。
LuatOS API：
- 提供 spi.setup()、spi.send()、spi.receive() 等函数控制 SPI 通信。

3. 功能特性

FIFO 和 DMA 支持：
- 支持 16 字节 FIFO 缓存，提升数据传输效率。
- 支持 DMA 模式，减少 CPU 占用率。
数据位数：支持 8 位、16 位等数据宽度（需外设匹配）。

三、开发注意事项

以下是使用 Air780EPM 和 LuatOS 进行 SPI 开发时的关键注意事项：

1. 硬件设计

信号线配置：
- 确保 SPI 引脚（CLK、MOSI、MISO、CS）正确连接，避免与其他复用功能（如 UART、I2C、PWM、GPIO 等）冲突。
电平匹配：
- 若外设为 5V 电平，需通过电平转换芯片（如 TXB0104）转换至 3.3V 或 1.8V，保持与 VDD_EXT 电平一致。
信号完整性：
- SPI 线需远离高频干扰源（如电源线、射频模块）。
- 高速通信时，SCLK 线长度应 ≤10cm，避免信号反射或延迟。

2. 软件配置

初始化步骤：

-- 配置SPI接口（ID=1，主模式，时钟频率1MHz，模式0（CPOL=0, CPHA=0））
spi.setup(1, 1e6, spi.MODE0)  -- 模式0,根据外设需求选择

低功耗模式：
- SPI 接口在模块休眠时会掉电，需在唤醒后重新初始化。

3. 调试与常见问题

通信失败排查：
1. 检查时钟频率：外设最大支持速率需 ≥ 配置速率（如外设仅支持 5MHz，需设置 spi.setup(1, 5e6, ...)）。
2. 数据格式匹配：确保 CPOL/CPHA 模式与外设一致（参考外设数据手册）。
3. CS 信号状态：确认 SS 引脚在通信期间保持低电平。
4. 信号完整性：用示波器检查 CLK、MOSI、MISO 波形是否正常。

4. 其他关键点

GPIO 复用：
- 确保 SPI 引脚（GPIO32~35）未被其他功能（如 UART、I2C、PWM、GPIO 等）占用。
DMA 与 FIFO 优化：
- 高速传输时启用 DMA 模式：
```
spi.set_dma(1, **true**)  -- 开启 DMA 模式
```
- 避免FIFO溢出，需合理设置缓冲区大小。
固件版本：
- 使用支持SPI功能的LuatOS固件。

四、硬件电路示例

以Air780EPM上SPI接口的以太网芯片CH390H为例，说明SPI接口的常用用法；

1. 硬件电路

2. 软件代码

有关CH390H的代码太长，仅截取一段有关SPI0的代码作为示例；

LAN（CH390H）完整示例代码：demo/780EPM_1.3版本开发板 ch390h联网测试/lan/lan.lua · 合宙Luat/LuatOS-Air780EPM - Gitee.com

sys.taskInit(function ()
-- sys.wait(3000)
local result = spi.setup(
0,--串口 id
**nil**,
0,--CPHA
0,--CPOL
8,--数据宽度
25600000--,--频率
-- spi.MSB,--高低位顺序    可选，默认高位在前
-- spi.master,--主模式     可选，默认主
-- spi.full--全双工       可选，默认全双工
)
log.info("main", "open",result)
if result ~= 0 then--返回值为 0，表示打开成功
log.info("main", "spi open error",result)
return
end

五、参考资料

1. Air780EPM数据手册：获取GPIO复用表和SPI硬件参数。

2. LuatOS官方文档：查询SPI API的具体用法（如https://docs.openluat.com/air780epm/luatos/api/）。

六、总结

在Air780EPM中使用SPI接口需注意硬件电平匹配、软件配置细节及低功耗模式下的复位问题。

通过合理设计和调试，可高效连接多种外设，扩展物联网应用功能。