DragonBoard 410c开发板的SPI接口与外设通讯

在嵌入式系统开发中，常常需要与外部扩展模块进行通信以增强MCU的功能。本文以STM32F769NI Discovery板和MCP23S17扩展模块为例，探讨如何通过SPI接口实现两者之间的通信。MCP23S17是一款16通道的I/O扩展芯片，它可以通过SPI总线控制，将其转换为16个可配置的输入/输出端口，分为两个8位的bank。 STM32F769NI是意法半导体（STMicroelectronics）推出的一款高性能微控制器，内置强大的Cortex-M7内核，支持多种通信接口，包括SPI。在使用STM32与MCP23S17进行SPI通信时，首先需要了解STM32的HAL库，这是一个为开发者提供标准化接口的库，简化了底层硬件操作。 在SPI通信中，STM32作为主设备，MCP23S17作为从设备。SPI接口通常有四个信号线：SCLK（时钟）、MISO（主设备输入，从设备输出）、MOSI（主设备输出，从设备输入）和NSS（片选信号）。在进行SPI通信时，主设备会通过SCLK产生时钟信号，MOSI和MISO用于数据传输，NSS则用于选择从设备。 MCP23S17的数据读写操作是通过SPI接口完成的。每个操作由3个字节组成，第一个字节是寄存器地址，第二个字节为空（用于读操作时接收数据），第三个字节是写入数据（如果有的话）。由于MCP23S17的IOCON.BANK位设为0，其内部寄存器地址是连续的，方便通过枚举变量管理。 在软件设计上，可以创建一个MCP23S17类，该类应包含以下关键组件： 1. `SPIClass *_spi`：一个指向SPI实例的指针，用于处理SPI通信。 2. `uint8_t _reg[22]`：一个数组，用于存储MCP23S17的内部寄存器值。 3. 枚举变量：表示不同功能的寄存器地址，如配置寄存器、IO端口等。 在STM32的HAL库中，可以参考`UART_HandleTypeDef`的结构体定义，创建一个`MCP23S17_HandleTypeDef`结构体，用于封装MCP23S17的相关操作，如初始化、读写寄存器、配置IO等。 为了实现MCP23S17的读写操作，需要编写相应的函数。例如，可以设计一个`MCP23S17_WriteReg(uint8_t reg_addr, uint8_t data)`函数，它接受寄存器地址和要写入的数据，然后通过SPI接口将数据发送到MCP23S17。同时，也需要一个`MCP23S17_ReadReg(uint8_t reg_addr)`函数来读取特定寄存器的值。 在实际应用中，用户可以根据需要配置MCP23S17的IO口，例如设置为输入或输出模式，设定端口的初始状态，以及读取端口的实时状态。通过这种方式，可以灵活地扩展STM32的GPIO功能，满足更复杂的系统需求。 STM32与MCP23S17的SPI通信涉及到HAL库的使用、SPI接口的操作、类的设计以及数据的读写。通过合理的软件抽象和封装，可以有效地管理和控制外部扩展模块，提高项目的可维护性和可扩展性。在实际项目中，开发者需要熟悉STM32的HAL库，理解SPI通信协议，并具备良好的软件设计能力。