[Embedded] SPI (Serial Peripheral Interface) - 1

이전 포스팅에 이어 SPI 에 좀 더 알아보자. SPI_receive (uint8_t received_data = 0xAB; ) 는 앞선 예제에서 데모용으로 사용된 placeholder 다. 실제 SPI_receive 구현에서 수신된 데이터는 고정된 값이 아니며 이러한 방식으로 하드코딩되지 않는다. 대신 SPI_receive 는 SPI 데이터 레지스터 또는 SPI 전송이 발생할 때 자동으로 채워지는 하드웨어 버퍼에서 읽는다. 실제 구현에서 일반적으로 작동하는 방식은 아래와 같다.

 

1. SPI Registers or BUffers
   : SPI 마스터가 SPI_send 를 통해 데이터를 전송하면 클록 신호가 MOSI 라인을 통해 데이터를 전송하고 동시에 MISO 라인에서 들어오는 데이터를 전송한다. 슬레이브로부터 도착한 데이터는 하드웨어 레지스터 또는 버퍼에 저장되며, 많은 마이크로 컨트롤러에서 SPI_DR (SPI Data Register) 와 같은 이름으로 불린다.
2. SPI_receive Reading from Hardware
   : SPI_receive 는 고정값이나 더미값을 반환하는 대신 이 레지스터에서 데이터를 가져온다.
3. Polling or Interrupts
   : 대부분의 경우 SPI 드라이버는 폴링 또는 인터럽트를 사용해 데이터가 수신되었는지를 확인한다. 이렇게 하면 버퍼에 유효한 바이트가 있을 때만 데이터를 읽을 수 있다.

다음은 일반 마이크로컨트롤러로 작업하고 해당 마이크로 컨트롤러의 SPI 레지스터에 액세스할 수 있다고 가졍하여 SPI_receive 가 구현되는 보다 현실적이고 하드웨어 지향적인 예시다.

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

#define SPI_DR *((volatile uint8_t*)0x4001300C) // Hypothetical SPI Data Register address
#define SPI_SR *((volatile uint8_t*)0x40013008) // Hypothetical SPI Status Register address
#define SPI_SR_RXNE 0x01  // Hypothetical flag indicating data is ready to be read

void SPI_init() {
    // Initialize SPI hardware here (set up pins, speed, mode, etc.)
    printf("SPI initialized.\n");
}

void SPI_send(uint8_t data) {
    // Write data to SPI data register to start transmission
    SPI_DR = data;
    printf("Sent data: 0x%02X\n", data);
    
    // Optionally, wait until data is transmitted (implementation-specific)
}

uint8_t SPI_receive() {
    // Wait until the RX buffer is full (indicated by RXNE flag in status register)
    while (!(SPI_SR & SPI_SR_RXNE)) {
        // Polling until data is ready to be read
    }
    // Read received data from SPI data register
    uint8_t received_data = SPI_DR;
    printf("Received data: 0x%02X\n", received_data);
    return received_data;
}

int main() {
    SPI_init();
    
    uint8_t request_command = 0x55; // Hypothetical command to request data
    SPI_send(request_command);

    // Now receive the response from the slave
    uint8_t received_data = SPI_receive();
    printf("Received byte from slave: 0x%02X\n", received_data);
    
    return 0;
}

 

Explanation of the Realistic SPI_receive Implementation

1. SPI_SR and SPI_DR Registers
   1. SPI_DR (Datag Register) 는 슬레이브로부터 시프트된 데이터 바이트가 저장된다.
   2. SPI_SR (Status Register) 는 데이터가 완전히 수신되어 읽을 준비가 되었음을 나타내는 SPI_SR_RXNE (Receive Not Empty) 플래그가 있다.
2. Polling Loop in SPI_receive
   1. while (!(SPI_SR & SPI_SR_RXNE)) 라인은 RXNE 플래그가 설정될 때까지 기다린다 (즉, SPI 하드웨어가 전체 바이트를 수신했음을 의미).
   2. 플래그가 설정되면 들어오는 바이트가 저장되어 있는 SPI_DR 에서 데이터를 읽는다.
3. Why This Is Necessary
   : 실제 SPI 하드웨어에서는 슬레이브로부터 데이터가 수신되면 SPI_DR 이 자동으로 채워지므로 SPI_receive 는 고정된 값이나 하드코딩된 데이터를 사용할 수 없다. 대신 RXNE 플래그를 확인해 데이터가 준비되었는지 확인한 다음 SPI_DR 에서 직접 읽는다.

Key Takeways

• Avoid Hard-Coded Values
  : 실제 구현은 고정 값이 아닌 하드웨어 버퍼/레지스터에서 읽는다.
• Hardware-Specific Code
  : 실제 레지스터 이름, 주소 및 플래그는 마이크로 컨트롤러의 특정 SPI 하드웨어에 따라 다르므로 정확한 세부 사항은 마이크로 컨트롤러의 데이터 시트 또는 참조 매뉴얼을 참조해야 한다.
• Polling and Interrupts
  : 이 예제에서는 폴링을 사용하지만 일부 구현에서는 특히 고속 또는 트래픽이 많은 애플리케이션에서 수신된 데이터를 보다 효율적으로 처리하기 위해 인터럽트를 사용할 수 있다.