前言：

本文是根据哔哩哔哩网站上“正点原子[第二期]Linux之ARM（MX6U）裸机篇”视频的学习笔记，在这里会记录下正点原子 I.MX6ULL 开发板的配套视频教程所作的实验和学习笔记内容。本文大量引用了正点原子教学视频和链接中的内容。

引用：

正点原子IMX6U仓库 (GuangzhouXingyi) - Gitee.com

《【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.5.2.pdf》

正点原子资料下载中心 — 正点原子资料下载中心 1.0.0 文档

SPI学习参考资料：

简述SPI通信协议-01_cpha选择为第一个边沿-CSDN博客

SPI中的CPHA,CPOL详解-CSDN博客

一文搞懂SPI通信协议_spi协议-CSDN博客

摩托罗拉 《SPI Block Guide V03.06》 手册

链接：https://pan.baidu.com/s/1_mvR5AD0-OBI2bYyx2i4Sw?pwd=f4bo 
提取码：f4bo

正文：

本文是 “正点原子[第二期]Linux之ARM（MX6U）裸机篇--第24讲 SPI驱动。本节将参考正点原子的视频教程第24讲和配套的正点原子开发指南文档进行学习。

0. 概述

通I2C一样，SPI是很常用的通信接口，也可以通过SPI来连接众多的传感器。相比I2C接口，SPI接口的通信速度很快，I2C最多400KHz，但是SPI可以到达即使MHz。I.MX6U 也有4个SPI接口，可以通过这4个SPI接口来连接一些SPI外设。I.MX6U-ALHPA使用SPI3接口连接了一个6周传感器 ICM-20608，本章我们就来学习如何使用I.MX6U的SPI接口来驱动ICM-20608，读取ICM-20608的六轴数据。

1. I.MX6U 的SPI接口

I.MX6U 处理器的SPI接口在《I.MX6ULL参考手册》的第20章 "Chapter 20Enhanced Configurable SPI (ECSPI)"章节，

I.MX6U ECSPI 接口的硬件框图如下：

• ECSPI有64个32位的TXFIFO 缓冲区
• ECSPI有64个32位的RXFIFO 缓冲区
• 通过ECSPI 硬件接口的 FIFOx 缓冲区可以减少数据传输时的中断数量从而提高传输速率

I.MX6U ECSPI 硬件接口的特向如下：

• 全双工，同步，串行接口
• 主机/从机模式
• 4个CS（Chip Seclect）片选信号线来支持多个外部设备
• 持续传输模式允许任意长度的数据传输
• Tx和Rx方向分别有32位的 64 条目的FOFO缓冲器
• 时钟极性（Polarity），时钟相位（Phase）和时钟频率可以配置
• DMA支持
• 最大运行频率可以达到参考时钟频率

2. I.MX6U ECSPI 时钟

从I.MX6U的时钟树（Clock Tree）可以找到 ECSPI 接口的时钟来源于 PLL3_480MHz，并且经过一个固定值为8的分频，所以从时钟树CCM进入到到 ESPAI 接口的时钟频率为

ESAPI = PLL3_480Mhz/8 = 60MHz

在ECSAPI时钟树可以看到，ECSAPI的时钟源选择还需要配置一个多路选择器 CCM_CSCDR2 [ECSPI_CLK_SEL] 和一个分频器 CCM_CSCDR2[ECSPI_CLK_PODF] 。

这个CCM_CSCDR2 寄存器的结构如下图所示：

这里配置为1分频，时钟源选择为PLL3_60M

CCM_CSCDR2寄存器的 bit[24:19] 设置为0表示1分频，bit[18]=0 表示时钟源选择 PLL3_60M

3. I.MX6U ECSPI 寄存器

I.MX6U ECSPI 寄存器主要有如下这些寄存器。

本节实验中正点原子的示例教程里不使用SPI的DMA和中断，所以我们需要的寄存器有：

• ECSPIx_RXDATA：Tx要发送数据
• ECSPIx_TXDATA：Rx接收到的数据
• ECSPIx_CONREG：控制寄存器
• ECSPIx_CONFIGREG：控制寄存器
• ECSSPIx_STATREG：状态寄存器

3.1 ECSPIx_RXDATA寄存器

ECSPIx_RXDATA 是32位的 Rx 接收数据寄存器，在读取Rx数据之前需要先检查 RR （Read Ready）标志位是否为1.

3.2 ECSPIx_TXDATA寄存器

ECSPIx_TXDATA 是32位的 Tx 发送数据寄存器，写到TxDATA寄存器的数据被存放到ECSPI的TX FIFO中，如果TXFIFO不满软件就可以向这个寄存器写值。

3.3 ECSPIx_CONREG 寄存器

ECSPI_CONREG 寄存器允许软件来使能/复位 ECSPI接口，设置时钟分频值，设置传输长度（Bust-Length）。我们需要使用的位如下：

• EN bit[0]：为1使能ECSPI接口，为0去使能接口并对ECSPI进行复位。
• HT bit[1]: 硬件翻转，手册说I.MX6ULL不支持该功能
• XCH bit[2]：指示空闲或者Busy，本实验设置该位值为0。
• SMC bit[3]：传输开始模式，值为1的时候需要SPI_RDY信号来控制传输开始，值为0时TXFIFO中写数据立即传输开始，本实验设置该位为0。
• CHANNEL_MODE bit[7:4]：一个ECSPI接口支持4个通道（Channel），这里是选择4个通道的工作模式为主机模式（Master）还是从机模式（Slave），本实验使用 Channel 0，所以该位设置为0x1.
• POST_DIVDER bit[11:8]：后级分频，值范围为0~15对应2的（0~15）次方分频。
• PRE_DIVIDER bit[15:12]：前级分频，值范围为0~15对应1~16分频。
• DRCTL bit[17:16]：本实验不使用
• BUSRT_LENGTH bit[31:20]：每次突发传输长度，值范围为0~0XFFF，对应1到0x1000 bit 位，本实验设置每次突发传输长度为8位，所以设置值为7。

3.4 ECSPI_CONFIGREG寄存器

ECSPIx_CONFIGREG 寄存器允许软件来配置SPI通道的运行模式，串行时钟的极性（CPOL: Clock Polarity），串行时钟的相位（Clock Phase），数据发送波形模式（SPI Wave From）。本实验中用到的寄存器如下：

• SCLK_PHA bit[3:0]：ECSPI接口支持4个通道(channel) ，通道0~3，配置通道0~3的 CPHA 时钟相位。
• SCLK_POL bit[3:0]：ECSPI接口支持4个通道(channel) ，通道0~3，配置通道0~3的 CPOL时钟极性。
• SS_CTL bit[11:8]：SPI Wave From 波形模式，配置SPI发送数据时 single bust 单突发模式，还是Multi bust 多突发模式，单突发模式每次发送数据之后等待用户再次写入数据，多突发模式会发送一个burst之后自动拉高拉低SS线并再次发送TXFIFO中的下一个数据知道TXFIFO为空。本实验选择多突发模式。
• DATA_CTL(bit19:16)：设置 DATA 信号线空闲状态电平， DATA_CTL[3:0]分别对应通道3~0，为 0 的话 DATA 空闲状态为高电平，为 1 的话 DATA 空闲状态为低电平。
• SCLK_CTL bit[23:20]：设置 SCLK 信号线空闲状态电平， SCLK_CTL[3:0]分别对应通道3~0，为 0 的话 SCLK 空闲状态为低电平，为 1 的话 SCLK 空闲状态为高电平

3.5 ECSPIx_STATREG

ECSPIx_STATREG 状态寄存器指示ECSPI接口的 TxFIFO和 RXFIFO的状态，本实验我们需要使用的是：

• TC(bit7)：传输完成标志位，为 0 表示正在传输，为 1 表示传输完成。
• RO(bit6)： RXFIFO 溢出标志位，为 0 表示 RXFIFO 无溢出，为 1 表示 RXFIFO 溢出。
• RF(bit5)： RXFIFO 空标志位，为 0 表示 RXFIFO 不为空，为 1 表示 RXFIFO 为空。
• RDR(bit4)： RXFIFO 数据请求标志位，此位为 0 表示 RXFIFO 里面的数据不大于
• RX_THRESHOLD，此位为 1 的话表示 RXFIFO 里面的数据大于 RX_THRESHOLD。
• RR(bit3)： RXFIFO 就绪标志位，为 0 的话 RXFIFO 没有数据，为 1 的话表示 RXFIFO 中至少有一个字的数据。
• TF(bit2)： TXFIFO 满标志位，为 0 的话表示 TXFIFO 不为满，为 1 的话表示 TXFIFO 为满。
• TDR(bit1)： TXFIFO 数据请求标志位，为 0 表示 TXFIFO 中的数据大于 TX_THRESHOLD，为 1 表示 TXFIFO 中的数据不大于 TX_THRESHOLD
• TE(bit0)： TXFIFO 空标志位，为 0 表示 TXFIFO 中至少有一个字的数据，为 1 表示 TXFIFO为空。

3.6 ECSPI_PERIODREG

寄存器 ECSPIx_PERIODREG，这个是 ECSPI 的采样周期寄存器。寄存器 ECSPIx_PERIODREG 用到的重要位如下：

• CSD_CTL(bit21:16)： 片选信号延时控制位，用于设置片选信号和第一个 SPI 时钟信号之间的时间间隔，范围为 0~63。
• CSRC(bit15)： SPI 时钟源选择，为 0 的话选择 SPI CLK 为 SPI 的时钟源，为 1 的话选择32.768KHz 的晶振为 SPI 时钟源

关于 ECSPI 的寄存器就介绍到这里，关于这些寄存器详细的描述，请参考《I.MX6ULL 参
考手册》第 805 页的 20.7 小节。

4. ICM-20608 6轴传感器

ICM-20608 是 InnvenSence 出品的一款6轴 MEMS传感器，包括3轴加速度和3周陀螺仪。ICM20608 的尺寸非常小，只有3X3X0.57ms，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，可以选择±250，±500，±1000和±2000 °/s，加速度计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接口的话通信速率可以达到400KHz，使用SPI接口的话通信速度可以高达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：

• 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。
• 加速度计支持X，Y 和 Z 轴输出，内部集成16为ADC，测量范围可设置，±2g，±4g，±8g和±16g。
• 用户可编程中断
• 内部包含了512字节的FIFO
• 内部包含一个数字温度传感器
• 难受1000g的冲击
• 支持快速I2C，速度可以达到400KHz。
• 支持SPI，速度可以到达 8MHz。

ICM-20608的3轴方向如下图所示：

ICM-20608的结构框图如下图所示：

术语表

英文单词	中文解释	英文词源（词根）
gyroscope	陀螺仪；[航] 回转仪	gyroscope:陀螺仪 gyro-, 旋转。-scope, 看，见telescope. 后用做科技名词。
accelerometer	加速度计；（飞机、火箭的）加速器	accelerate +‎ -meter FR

如果使用I2C接口的话 IMC-20608 的 AD0 引脚决定I2C设备从地址的最后一位，如果AD0为0的话ICM-20608从设备的地址是0x68，如果AD0为1的话ICM-20608从设备的地址为0x69。本章我们使用SPI接口，根上一章使用AP3216C一样，ICM-20608也是通过读写寄存器来配置和读取传感器数据，使用SPI接口读写寄存器需要16个时钟周期获证更多（如果写操作包括多个字节的话），第一个字节包含要读写的寄存器地址，寄存器地址最高位是读写标志位，如果是读的话寄存器地址最高位要为1，如果是写的话寄存器地址最高位要为0，剩下的7位才是实际的寄存器地址，寄存器地址后面跟着的就是读写的数据。下表列出了本实验用到的一些寄存器和位，关于ICM-20608的详细寄存器和位的介绍请参考ICM-20608寄存器手册。

ICM-20608 6轴传感器的Datasheet数据手册，介绍其SPI通信读写寄存器数据的命令序列如下：

• ICM-20608也是通过读写寄存器来配置和读取传感器数据，使用SPI接口读写寄存器需要16个时钟周期获证更多（如果写操作包括多个字节的话）
• 第一个字节包含要读写的寄存器地址，寄存器地址最高位是读写标志位，如果是读的话寄存器地址最高位要为1，如果是写的话寄存器地址最高位要为0，剩下的7位才是实际的寄存器地址
• 寄存器地址后面跟着的就是读写的数据

本实验用到的一些ICM-20608寄存器和位：

ICM-20608 的介绍就到这里，关于 ICM-20608 的详细介绍请参考 ICM-20608 的数据手册和
寄存器手册。

英文术语：

英文	中文解释	术语结束
DLPF filter block	DLPF是数字低通滤波器（Digital Low-Pass Filter）的缩写。	DLPF是数字信号处理技术的一种，主要用于降低采集信号中的噪音。在工程和科研领域，它被用来提取原始信号中的有效部分，并消除高频和噪音成分，以保证信号的可靠性和准确性。具体来说，DLPF能够滤除信号的高频成分，保留低频部分，从而达到降噪和滤波效果。这种技术在多个领域都有应用，例如半导体芯片、通信和医学电子。在医学影像系统中，DLPF能提升图像的清晰度和信噪比，方便医生和病人的诊断。在通信领域，DLPF也有助于提升通话质量
SMPLRT_DIV	Sample Rate Divider	SMPL 是Sample的缩写，采样 RT 是Rate的缩写 SMPLRT合起来是SampleRate 采样率的缩写 DIV，是Divider 的缩写
latch	弹簧锁， 碰锁， 门闩 锁存器，	作为名词时，Latch通常指的是“门闩”、“碰锁”或“弹簧锁”，这是一种用于固定门或窗的装置 作为动词时，Latch的意思是“用闩把...闩上”或“用碰锁把...锁上”，即使用门闩或碰锁将门、窗等固定或锁住 此外，Latch在电子领域也有特定的应用。在数码电子直路中，Latch是一种用于保存二进制数据的组合逻辑电路，即锁存器。它是数字电路中最基本的记忆元件之一，被广泛应用于数字系统中的寄存器、缓存、捕获和比较器等部件中3。锁存器的主要功能是“锁住”某个输入信号的值，在时钟边沿或控制信号变化时将待锁住的信息存储在内部
Transitioned	“Transitioned”是英文单词“transition”的过去式和过去分词形式，主要有以下几层含义	转变、变迁：它通常用来描述某种状态、形式或位置的改变或过渡。例如，一个人从一种职业过渡到另一种职业，或者一个社会从一个阶段转变到另一个阶段，都可以使用“transitioned”来描述这种变化
FS_SEL	Full Scale Select	ICM-20608 X/Y/Z 轴加速度计的量程范围选择，可选择±2g，±4g，±8g和±16g

5. 硬件原理

正点原子I.MX6U ALPHA 开发板上使用的ICM-20608 6轴MEMS 陀螺仪角速度和加速度传感器的SPI接口进行通信，在I.MX6U-ALPHA 开发板底板的电路原理图中使用如下引脚：

从电路原理图得到ICM-20608 MEMS传感器使用的SPI引脚对应的I.MX6U IOMUX 接口复用如下：

SPI信号线	SPI信号线功能	IO引脚	IOMUX复用
ECSPI3_SS0	片选	UART2_TXD	ALT8
ECSPI3_SCLK	时钟	UART2_RXD	ALT8
ECSPI3_MISO	主设备输入	UART2_RTS	ALT8
ECSPI3_MOSI	主设备输出	UART2_CTS	ALT8

6. SPI驱动程序源码编写

6.1 ICM20608 SPI 接口特性

ICM20608 SPI 接口的CPOL（Clock Polarity时钟极性）和CPHA（Clock Phase时钟相位）从数据手册中可以找到，如下图，ICM20608 SPI 接口的 CPOL=1, CPHA=1 。