【海思】Hi3531A SPI功能的详细配置以及使用

目录

• 一、前言
• 二、SPI管脚信息获取
  • 2.1 SPI_SCLK、SPI_SDI、SPI_SDO管脚复用寄存器
  • 2.2 片选SPI_CSN0-SPI_CSN3管脚寄存器
• 三、配置和使能与SPI相关的管脚
  • 3.1 海思himm工具配置管脚
• 四、用户态APP使用SPI
  • 4.1 示例
  • 4.2 效果

一、前言

因为部门的一个负责海思驱动开发的老同事另谋高就了，部门又暂时找不到人来对接他的任务，所以领导就让我这个菜鸟来硬着头皮顶上了。在这我也对这位老同事表示深刻的感谢，在对接的期间，那么耐心教导我，让我这个刚出来社会不久、又没怎么接触过海思平台的菜鸟学习到了很多东西。

回归正题：部门在海思3531A产品调试的时候发现SPI通信不正常，使用示波器发现SPI的CS片选引脚怎么也拉不低，SCLK（时钟）、SDI（数据输入引脚）和SDO（数据输出引脚）的信号也不正常。在我不停地阅读官方资料和询问大神们，最终调好了。

所以接下来，本文章会针对 海思SPI配置的问题 来记录下我调试的整一个过程，包括官方资料的阅读。

二、SPI管脚信息获取

在一个新的平台上面开发，我们首先需要阅读官方的资料，并获取到自己需要的资料。这里主要是针对与 SPI配置 相关的资料查找。

2.1 SPI_SCLK、SPI_SDI、SPI_SDO管脚复用寄存器

因为涉及到SPI的使用（如果不熟悉SPI通信协议的，可以先去搜索了解下先），那就会涉及到管脚的使用，所以我们先找到芯片的管脚信息表，这个管脚信息表一般芯片平台的官方资料里面都会有，而且一般都会放在硬件的目录下。海思平台的管脚信息表的路径是 00.hardware\chip\document_cn\HI3531AV100_PINOUT_CN.xlsx ，打开可以看到这个表格有很多页，这些页的内容包括管脚的功能/复用功能、默认值、特性以及管脚复用寄存器等信息。

我们在HI3531AV100_PINOUT_CN.xlsx这个表格的《1.管脚信息表》页找到SPI管脚。

• 《1.管脚信息表》页列说明：

Pin Num	Pin Name	Voltage(V)	Default	IO Type	Mux Control Register Name	Drive&Slew Control Register Name	Function n
管脚号	管脚名称	管脚输入或输出的高/低电平	默认的管脚是输入/输出高还是低等。	IO口的类型	复用寄存器名称，有的话就代表该管脚有复用功能。如果不是硬件复用可在《3.管脚复用寄存器》页查找该名称，可以看到该管脚的复用寄存器地址以及功能描述；如果是硬件复用，则可以在《5.硬件复用关系》页查找到。	这是管脚的驱动能力寄存器，可在《4.管脚驱动能力寄存器》页查看。	这是对应管脚的功能描述。

• 我们可以看到寄存器部分 HI3531AV100_PINOUT_CN.xlsx 表格就只是说了管脚复用的一些寄存器，那么其他管脚的寄存器呢？一般其他的寄存器文档也是会在这个目录下的，海思平台的这个文档是在 00.hardware\chip\document_cn\Hi3531A H.264编解码处理器用户指南.pdf 。

通过上面管脚信息表，我们发现和SPi相关的有7个管脚，而且都是复用管脚，其中四个是片选管脚，其他则是SPi的时钟(SPI_SCLK)、数据输入(SPI_SDI)、数据输出(SPI_SDO)管脚。我们需要使用SPI的功能，那么就需要正确配置每个引脚。

接下来我们先根据上面的复用管脚的复用寄存器名称，到《3.管脚复用寄存器》页或者《5.硬件复用关系》页里面找：

1. 片选管脚SPI_CSN0-SPI_CSN3：

片选管脚是硬件复用的，这一般不需要软件来进行配置，需要硬件工程师来配合。通过个人的调试经验来说，需要用到的的片选管脚硬件上不要接上拉电阻或者下拉电阻，否则海思芯片有可能会无法控制该片选管脚。

1. SPI_SCLK、SPI_SDI、SPI_SDO管脚复用寄存器:

通过上图得知，SPI_SCLK、SPI_SDI、SPI_SDO管脚的默认值都不是和SPI通信相关的，所以我们需要配置这些管脚为SPI功能，也就是要往寄存器写0x01的值。

2.2 片选SPI_CSN0-SPI_CSN3管脚寄存器

在HI3531AV100_PINOUT_CN.xlsx 表格中，SPI_SCLK、SPI_SDI、SPI_SDO管脚的寄存器的地址和值都找到了，但是片选管脚的寄存器呢？不在这个表格，那就是在上面提到的 00.hardware\chip\document_cn\Hi3531A H.264编解码处理器用户指南.pdf 文档中了。打开文档，我们发现该片选的寄存器是在 3.系统/3.5.系统控制器/3.5.5.外设控制寄存器 的目录中，是外设功能选择寄存器2（MISC_CTRL5）控制的片选：

• 外设控制寄存器概览：

• MISC_CTRL5寄存器：

这样的话我么就知道片选引脚的寄存器地址是 0x1212 0014、对应的值也可以通过上图MISC_CTRL5寄存器得知了。

三、配置和使能与SPI相关的管脚

到了这里，SPI所有引脚的寄存器地址和对应的值都知道了，那这些应该怎么配置呢？

先不要着急，我们先来打开 01.software\board\document_cn\Hi3531A SDK 安装以及升级使用说明.txt 这个文档（当我们第一次拿到官方SDK的时候就应该看这个来进入着手，里面内容写得不是很详细，但是覆盖面挺大的。01.software\board\document_cn这个目录下的文档都是与软件开发相关的文档），看一下有没有和管脚配置的相关的引导。

可以发现是有说到与管脚配置相关的说明，而且正好是复用管脚的使用。通过以上的文字可知，很有可能我们的相关管脚就是在mpp/ko目录下的sh脚本中配置的，我们到SDK的mpp/ko目录看下sh脚本。其中pinmux_vicap_i2c_i2s.sh脚本的内容如下：

#!/bin/sh

echo "run $0 begin!!!";
#I2C
himm 0x120F01CC 0x1;  # 0：GPIO19_6  01：I2C0_SDA
himm 0x120F01D0 0x1;  # 0：GPIO19_7  01：I2C0_SCL
himm 0x120F0148 0x2;  # 0: GPI13_0   01: SPI_SCLK  2:I2C1_SCL #刚好是SPI_SCLK复用寄存器的地址，这里设置为了I2C1_SCL功能
himm 0x120F014C 0x2;  # 0: TEST_CLK  01: SPI_SDO   2:I2C1_SDA #是SPI_SDO复用寄存器的地址，这里设置为了I2C1_SDA功能

#VICAP
himm 0x120F0000 0x2;
himm 0x120F0024 0x2;
himm 0x120F0048 0x2;  # 0:GPIO21_2  01:VI_ADC_REFCLK0   2:VI1_CLK
himm 0x120F004c 0x2;
himm 0x120F0070 0x2;
himm 0x120F0094 0x2;  # 0:GPIO21_5  01:VI_ADC_REFCLK1   2:VI3_CLK
himm 0x120F0098 0x2;
himm 0x120F00bc 0x2;
himm 0x120F00E0 0x2;  # 0:GPIO12_1  01:VI_ADC_REFCLK2   2:VI5_CLK
himm 0x120F00e4 0x2;
himm 0x120F0108 0x2;
himm 0x120F012C 0x2;  # 0:GPIO20_6  01:VI_ADC_REFCLK3   2:VI7_CLK

#UART
himm 0x120F0200 0x3;   # 0: GPIO18_2  1:VOU_SLV_DAT11   2:UART1_RTSN   3:UART0_RTSN
himm 0x120F0204 0x3;   # 0: GPIO18_3  1:VOU_SLV_DAT10   2:UART1_CTSN   3:UART0_CTSN

#I2S
himm 0x120F0130 0x1; # 0: GPIO11_0   1: I2S0_BCLK_RX
himm 0x120F0134 0x1; # 0: GPIO11_1   1: I2S0_WS_RX
himm 0x120F0138 0x1; # 0: GPIO11_2   1: I2S0_SD_RX

himm 0x120F013C 0x1; # 0: GPIO11_3   1: I2S1_BCLK_RX
himm 0x120F0140 0x1; # 0: GPIO11_4   1: I2S1_WS_RX
himm 0x120F0144 0x1; # 0: GPIO11_5   1: I2S1_SD_RX

himm 0x120F01AC 0x1; # 0: GPIO11_6   1: I2S2_BCLK_RX
himm 0x120F01B0 0x1; # 0: GPIO11_7   1: I2S2_WS_RX
himm 0x120F01B4 0x1; # 0: GPIO12_0   1: I2S2_SD_RX
himm 0x120F01B8 0x1; # 0: GPIO12_3   1: I2S2_SD_TX     2:SLAVE_MODE
himm 0x120F01BC 0x1; # 0: GPIO12_4   1: I2S2_MCLK      2:BOOT_SEL1

himm 0x120F0198 0x1; # 0: GPIO12_5   1: I2S3_BCLK_TX
himm 0x120F019C 0x1; # 0: GPIO12_6   1: I2S3_WS_TX
himm 0x120F01A0 0x1; # 0: GPIO12_7   1: I2S3_SD_TX     2:PCIE_REFCLK_SEL

echo "run $0 end!!!";

通过这个配置文件，我们可以看到是用himm来配置引脚属性的，这是海思的一款工具。而且可以看到SPI有两个管脚的功能被复用成了I2C了，所以我们需要重新配置管脚的功能。那怎么修改呢？本文章也是会使用himm工具来配置，接下来讲解下himm工具的使用。

3.1 海思himm工具配置管脚

海思提供的himm工具，能在linux命令行中，直接对gpio进行操作。此工具可以在已经编译好的SDK中 osdrv/tools/board/reg-tools-1.0.0/bin 这个目录下可以看到。

我们看一看himm工具的本质，ls -al

-rwxr-xr-x 1 root  root  45540 Nov 20 23:57 btools
lrwxrwxrwx 1 root  root      6 Nov 20 23:57 himm -> btools

可以看到himm工具其实就是btools可执行文件，因此如果板子上没有这个工具，则我们只需要将btools放到板子上，并且建立链接，做好之后就可以使用了。

himm执行的格式：

himm 寄存器地址 需要设置的值

那现在我们就用himm来配置SPI管脚，通过第二章，我们都知道SPI相关的寄存器地址和相关的功能了。现在我将管脚配置成SPI功能、使用片选0管脚并且低电平有效，对应寄存器的地址和值如下：

寄存器	寄存器地址	value
SPI_SCLK管脚复用寄存器	0x120F0148	0x1
SPI_SDO管脚复用寄存器	0x120F014C	0x1
SPI_SDI管脚复用寄存器	0x120F0150	0x1
片选CS外设功能选择寄存器2	0x12120014	0x0

使用的配置指令如下：

himm 0x120F0148 0x1;  # 0: GPI13_0   01: SPI_SCLK  2:I2C1_SCL
himm 0x120F014C 0x1;  # 0: TEST_CLK  01: SPI_SDO   2:I2C1_SDA
himm 0x120F0150 0x1;  # 0: TEST_CLK  01: SPI_SDO   2:I2C1_SDA
himm 0x12120014 0x0;

以上的指令可以直接在板子上终端输入，但是这是一次性的设置，重启之后配置就不在了，如下图：

为了每次启动都有效，我们可以把以上的配置指令添加到上面提及到的mpp/ko/pinmux_vicap_i2c_i2s.sh脚本里面，然后编译根文件系统到板子上即可，也可以直接在板子上修改这个脚本：/nand/ko/pinmux_vicap_i2c_i2s.sh，如下图：

四、用户态APP使用SPI

我们配好了SPI管脚，那么在上层应用app怎么使用这个SPI功能呢？既然这个芯片有这个SPI的硬件功能，那么一般来说都会有直接使用它的软件接口。该SPI的使用指南就在 01.software\board\document_cn\外围设备驱动 操作指南.pdf 这个文档里，我们跳到 5.SPI操作指南 的章节阅读，你就知道怎么操作啦。

看到 5.3.1 SPI读写命令示例 这里的时候，我们可以看到上面说的四个片选管脚并不是一个SPI控制器来控制的，Hi3531A的SPI控制器0有1个片选、控制器1有3个片选，我们在到开发板看一看 ls /dev/ 是不是有两个SPI的驱动，一个是spidev0.0，另外一个是spidev0.1。也就是说，如果你使用spidev0.0的驱动节点，那么就只能使用片选0；如果是使用spidev0.1，则可以选择片选1-3。所以在配置片选的时候，要注意这一点。

4.1 示例

下面示例是用户态的SPI读写程序（也可以参考 外围设备驱动 操作指南.pdf 文档的示例），隔500ms发送一次1-9的数据：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/spi/spidev.h>	

unsigned char isExit = 0;
unsigned char mode = 0;
unsigned char bits = 8;
unsigned int speed = 9*1000*1000;
unsigned short delay = 0;
unsigned char cs_change = 1;

static unsigned int m_spi_write(int fd, int len, unsigned char* sbuf, unsigned char* rbuf);

void interrupt(int sig)
{
	isExit = 1;
}

static unsigned int m_spi_write(int fd, int len, unsigned char* sbuf, unsigned char* rbuf)
{
    int ret;
    struct spi_ioc_transfer tr;

    tr.tx_buf = (unsigned long)sbuf;
    tr.rx_buf = (unsigned long)rbuf;
    tr.len = len;
    tr.delay_usecs = delay;
    tr.speed_hz = speed;
    tr.bits_per_word = bits;
	tr.cs_change = cs_change;

    ret = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &tr);
    if(ret < 1){
		printf("spi_write error\n");
		return -1;
    }

    return tr.len;
}

int spi_init(unsigned char *arg)
{
    int fd = 0;
    int ret = 0;
    unsigned int reg_value = 0;

    fd = open(arg, O_RDWR);
    if (fd<0)
    {
        printf("Open /dev/spidev0.0 dev error!\n");
        return -1;
    }

    printf("Open /dev/spidev0.0 dev success!\n");

    ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MODE, &mode);
    if(ret == -1){
		printf("set spi WR mode error\n");
		return -1;
    }

    ret = ioctl(fd, SPI_IOC_RD_MODE, &mode);
    if(ret == -1){
        printf("set spi RD mode error\n");
        return -1;
    }   

    ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits);
    if(ret == -1){
		printf("set spi write bits per word error\n");
		return -1;
    }

    ret = ioctl(fd, SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD, &bits);
    if(ret == -1){
		printf("set spi read bits per word error\n");
		return -1;
    }

    ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed);
    if(ret == -1){
		printf("set spi write Max speed error\n");
		return -1;
    }

    ret = ioctl(fd, SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ, &speed);
    if(ret == -1){
		printf("set spi write Max speed error\n");
		return -1;
    }

    printf("int spi success, mode:%d, bits:%d, speed:%d MHz\n", mode, bits, speed/1000000);

    return fd;
}

int main(int argc , char* argv[])
{
    int i = 0, fd = -1;
	unsigned int rsize = 0;;
	unsigned char sbuf[1024] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
	unsigned char rbuf[1024] = {0};

	if(argc != 2){
		printf("pls input ./hisi2mcu /dev/spidev0.0 or /dev/spidev0.1");
		return -1;
	}

	signal(SIGINT, interrupt);
	signal(SIGTERM, interrupt);

    fd = spi_init((unsigned char *)argv[1]);
    if(fd < 0){
		printf("spi_init error\n");
		return -1;
    }

    while(1)
    {
		if(isExit == 1)
			break;

		memset(rbuf, 0, sizeof(rbuf));

		rsize = m_spi_write(fd, strlen(sbuf), sbuf, rbuf);
		printf("hisi recv szie = %d\n", rsize);

		if(rsize == 0)
			continue;

		for(i=0; i<rsize; ++i)
		{
			printf("0x%02x ", rbuf[i]);

			if((i+1)%9 == 0)
				printf("\n");
		}

		printf("\n");
		usleep(500*1000);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

4.2 效果

使用示波器来采集SPI管脚的输出，如下图：

因为没有从设备发送数据，所以输入引脚是空的。