Spi память что это
Следует знать, что в режиме SPI поддерживаются только команды чтения/записи в режиме одного блока или нескольких блоков (в режиме MMC поддерживается режим последовательной чтения/записи). Размер блока для чтения/записи может быть размером в сектор карты памяти и размером в 1 байт. Поддержка операций частичного чтения/записи блока данных хранится в регистре CSD карты памяти.
Чуть не забыли поговорить о регистрах, которые содержит карта памяти стандарта MMC(SD). Этих регистров чуть больше, чем перечислю я, но те, которые я не укажу либо не особо нужны, либо не доступны в режиме SPI. Основными регистрами, которые представляют для нас интерес являются следующие:
— CID (Card identification data): содержит данные, по которым можно идентифицировать карту памяти (серийный номер, ID производителя, дату изготовления и т.д.)
— CSD (Card-specific data): содержит всевозможную информацию о карте памяти (от размера сектора карты памяти до потребления в режиме чтения/записи).
— OCR (Operation Conditions Register): содержит напряжения питания карты памяти, тип питания карты памяти, статус процесса инициализации карты.
Многие, наверное, заметили, что в таблице пропущены некоторые команды. Как я говорил ранее, в режиме SPI недоступны некоторые функции, которые доступны в режиме MMC. Поэтому некоторые команды так же не доступны. Так же из таблицы видно, что у всех команд в поле «Resp» присутствует аббревиатура R1(2, 3, 7 и др.). Это и есть так называемый ответ карты на посылаемую ей команду. Приведу небольшой пример обмена информацией с картой памяти для иллюстрации описанного выше.
Стоит отметить, что в протоколе MMC весь обмен данными завершается полем CRC, которое является необходимым. Что касается режима SPI, то по умолчанию при переходе в этот режим, контроль CRC отключен. Исключение составляют команды CMD0 и CMD8, поскольку они отправляются в карту, которая еще находится в режиме MMC, поэтому поле CRC для этих команд должно быть верным. Поскольку CMD0 отправляется единожды и все 6 байт этой команды известны заранее и не меняются, то в поле CRC для любой команды мы будем отправлять CRC для команды CMD0 (оно равняется 0x95). Что касается CMD8, то поле CRC в ней не является константой и зависит от передаваемых параметров. Хочу заметить, что проверку поля CRC можно активировать и в режиме SPI. Делается это при помощи соответствующей команды (CMD59).
Немного разобравшись с теорией, посмотрим на процесс инициализации карты памяти. Попробую представить это в виде блок-схемы. Вот что получилось у меня вымутить из datasheet’а (излагаю только суть, за вычетом некоторых моментов, которые я распишу после блок-схемы):
Ну вот, скажут некоторые, нарисовал не пойми чего, а вы тут разбирайтесь;) Но все не так уж и плохо. Первое, что необходимо пояснить в этой схеме это то, что карты как бы того не хотелось, бывают разные (поэтому наверное они и называются по разному). И на этой схеме мы видим, что бывает их ни много ни мало, а целых 4: MMC, SD версии 1.х стандартной емкости, SD версии 2.х стандартной емкости и карта SD версии 2.х повышенной емкости (SD карты расширенной емкости или SDHC). Все бы ничего, но все они требуют разной инициализации и это самое обидное. В принципе, есть общий способ инициализации всех их кроме SDHC, но он не есть правильный, поскольку работать с картой SD версии 2.х стандартной емкости и картой MMC как с одинаковыми картами неправильно (отличие в структурах CID и CSD). Конечно, можно построить алгоритм для работы с каждой картой по отдельности, но мы пойдем универсальной дорогой(и самой трудной на первый взгляд).
Из приведенной структуры намечается следующий путь работы (я буду указывать основные моменты, которые необходимо выполнять, но они не указаны на данной схеме). Мы определили, что в разъем картоприемника вставили какую-то фигню. Мы в свою очередь делаем следующее: подаем питание в пределах от 2.7-3.6 В, ожидаем ~1мс (точно не знаю сколько, но чтобы питание устаканилось). SPI настроен как полагается (я думаю все умеют это делать) и вывод _CS карты памяти выставлен в логическую “1”. После этого нам необходимо подать минимум 74 тактовых импульса на линию SCLK SPI. Выполнив все это мы выставляем логический “0” на вывод _CS карты памяти и отсылаем команду CMD0. Из таблицы команд видим, что ответом на CMD0 является R1, структуру которого мы знаем. Немного отступлю от мысли и обращу внимание на то, что все ответы содержат в себе первым байтом R1, 7-й бит которого всегда является 0. Таким образом, мы можем отличать ответы от идущий по линии MISO байтов 0xFF. Итак, приняв R1, проверяем бит «In idle state» на равенство «1». Если это так, то карта находится на этапе инициализации. А вот теперь пришел первый этап определения типа карты памяти. Посылаем команду CMD8, которая указывает карте поддерживаемые МК напряжения питания для ее и спрашивает у выбранной карты может ли она работать в данном диапазоне напряжений, дожидаемся ответа R7. Как видно из блок-схемы, карты памяти стандарта MMC и SD версии 1.х эту команду не поддерживают и, соответственно, в своем ответе будут содержать бит «illegal command». Если сказанное ранее верно, то установленная карта либо MMC, либо SD версии 1.х. Теперь пришло время распознать, какая именно из этих двух типов карт вставлена в картоприемник. Для этого отправим карте памяти команду ACMD41, которая инициирует процесс инициализации карты. Эта команда посылается в цикле либо для ее выполнения взводится таймер, по которому проверяется ответ на эту команду. В любом случае, карта MMC не поддерживает ACMD41 и вернет «illegal command» в своем ответе. В таком случае вставленная карта есть MMC и для ее инициализации потребуется команда CMD1 (так же посылается в цикле, пока ответ на нее не будет равен 0). Получив ответ на CMD1 равный 0х00 карта MMC готова к работе. Если ответ на ACMD41 не содержит никаких установленных битов (т.е. равен 0х00), то карта SD версии 1.х и она готова к работе. Теперь вернемся чуть выше и предположим, что в ответ на команду CMD8 не содержал бит «illegal command», т.е. у нас карта памяти формата SD версии 2.х стандартной емкости(SDSC версии 2.х) или SDHC. Следующим шагом в таком случае есть отправка команды ACMD41 с параметром, указывающим карте памяти, поддерживает ли наше устройство карты памяти SDHC. Вне зависимости от того, есть поддержка SDHC или ее нет, мы циклически отправляем эту команду карте то тех пор, пока она (карта) не закончит процесс инициализации. Когда ответ от ACMD41 будет равен 0х00, карта памяти проинициализирована и готова к работе. Но для того, чтобы узнать, какая у на карта, мы отправим ей команду CMD58. Ответом от этой команды есть R3, который в свою очередь содержит регистр OCR. Проанализировав OCR на установку бита CSS можно определить тип карты: CCS == 1 – карта SDHC или SDXC, CCS == 0 – карта SDSC. Чтобы не быть голословным, приведу мой участок кода инициализации карты памяти:
Закончив процесс идентификации(тип карты памяти) и инициализации, можно приступать к работе с картой памяти: вычисление объема, чтение и запись данных и т.д.Но это уже вопрос следующей статьи. Жду комментариев и вопросов. Критика и советы оч приветствуются!
P.S. Забегая немного вперед, пару скринов чтения информации с карты памяти:
SPI: Master&Slaves. Источник картинки
Довольно часто при создании различных самоделок на основе микроконтроллера Arduino разработчики как бы «приделывают к телу руки и ноги», то есть присоединяют некую периферию, которая управляется с центрального микроконтроллера. Однако иногда возникают такие ситуации, когда необходимо соединить «два мозга друг с другом», то есть соединить два микроконтроллерa. Об этом мы и поговорим в этой статье.
Для коммуникации существует несколько вариантов, и один из них называется SPI.
SPI (англ. Serial Peripheral Interface, SPI bus — последовательный периферийный интерфейс, шина SPI) — последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, предназначенный для обеспечения простого и недорогого высокоскоростного сопряжения микроконтроллеров и периферии. SPI также иногда называют четырёхпроводным (англ. four-wire) интерфейсом.
Автор: Cburnett, Источник картинки
В отличие от стандартного последовательного порта (англ. standard serial port), SPI — это синхронный интерфейс, в котором любая передача синхронизирована с общим тактовым сигналом, генерируемым ведущим устройством (процессором). Принимающая (ведомая) периферия синхронизирует получение битовой последовательности с тактовым сигналом. К одному последовательному периферийному интерфейсу ведущего устройства-микросхемы может присоединяться несколько микросхем. Ведущее устройство выбирает ведомое для передачи, активируя сигнал «выбор кристалла» (англ. chip select) на ведомой микросхеме.
Периферия, которая не была выбрана процессором, не будет принимать участия в передаче по SPI.
Интерфейс
В SPI используются четыре цифровых сигнала:
- MOSI — выход ведущего, вход ведомого (англ. Master Out Slave In). Служит для передачи данных от ведущего устройства ведомому.
- MISO — вход ведущего, выход ведомого (англ. Master In Slave Out). Служит для передачи данных от ведомого устройства ведущему.
- SCLK или SCK — последовательный тактовый сигнал (англ. Serial Clock). Служит для передачи тактового сигнала для ведомых устройств.
- CS или SS — выбор микросхемы, выбор ведомого (англ. Chip Select, Slave Select).
- MISO: SOMI, SDO (на устройстве), DO, DON, SO, MRSR.
- MOSI: SIMO, SDI (на устройстве), DI, DIN, SI, MTST.
- SCLK: SCK, CLK, SPC (SPI serial port clock).
- SS: nCS, CS, CSB, CSN, NSS, nSS, STE, SYNC.
Топология систем связи на базе SPI
В простейшем случае к ведущему устройству подключено единственное ведомое устройство и необходим двусторонний обмен данными. В таком случае используется трёхпроводная схема подключения. Интерфейс SPI позволяет подключать к одному ведущему устройству несколько ведомых устройств, причём подключение может быть осуществлено несколькими способами.
Первый способ дает возможность реализовать радиальную структуру связи (топология типа «звезда»), его принято считать основным вариантом подключения нескольких ведомых устройств:
Автор: Cburnett, Источник картинки
В этом случае для обмена более чем с одним ведомым устройством, ведущее устройство должно формировать соответствующее количество сигналов выбора ведомого устройства (SS). При обмене данными с ведомым устройством, соответствующий ему сигнал SS переводится в активное (низкое) состояние, при этом все остальные сигналы SS находятся в неактивном (высоком) состоянии. Выводы данных MISO ведомых устройств соединены параллельно, при этом они находятся в неактивном состоянии, а перед началом обмена один из выходов (выбранного ведомого устройства) переходит в активный режим.
Второй способ позволяет выполнять структуру связи типа «кольцо»:
Автор: Cburnett, Источник картинки
Электронная начинка:
Источник картинки
Недостатки
- Необходимо больше выводов, чем для интерфейса I²C.
- Ведомое устройство не может управлять потоком данных.
- Нет подтверждения приёма данных со стороны ведомого устройства (ведущее устройство может передавать данные «в никуда»).
- Нет определённого стандартом протокола обнаружения ошибок.
- Отсутствие официального стандарта, что делает невозможным сертификацию устройств.
- По дальности передачи данных интерфейс SPI уступает таким стандартам, как UART и CAN.
- Наличие множества вариантов реализации интерфейса.
- Нет поддержки горячего подключения устройств.
Скетч ниже предназначен для управления AD5206, многоканальным цифровым потенциометром. Устройство является достаточно интересным и служит для изменения сопротивления в цепи электронным способом, а не вручную. Если кому интересно, можете почитать подробные спецификации этого потенциометра здесь.
Одним из его применений может быть изменение яркости светодиодов за счёт плавной регулировки сопротивления.
Говоря о технических особенностях этого устройства, можно сказать, что этот цифровой потенциометр имеет возможность установки 256 позиций и является шестиканальным (то есть поддерживает 6 подключаемых устройств, например, светодиодов). Его возможности позволяют заменить механические потенциометры, номиналами 10, 50 или 100 кОм.
Каждый из 6 переменных резисторов потенциометра выведен на корпус микросхемы в виде 3 контактов, и логика подключения к ним ничем не отличается от подключения обычных переменных резисторов.
Назначение пинов на корпусе микросхемы можно посмотреть на рисунке ниже:
Источник картинки
Принципиальную схему соединений светодиодов с микросхемой и пинами Arduino Uno можно увидеть на рисунке ниже:
Источник картинки
Источник картинки
Код довольно простой, он реализует сказанное выше и работает следующим образом: плавно изменяется сопротивление на каждом из 6 каналов, пробегая по каждой из 256 позиций, заставляя светодиоды сначала плавно ярко «разгореться», а потом — также плавно погаснуть. Все требующиеся пояснения содержатся в комментариях к коду.
Как мы уже упоминали в самом начале, интерфейс SPI позволяет не только управлять каким-то ещё одним устройством, но и осуществлять полноценную связь в рамках модели ведущий/ведомый между двумя и более ардуинами.
Код, приведённый ниже, работает следующим образом: ардуины связаны друг с другом через SPI. Каждая из них имеет подключённую кнопку-замыкатель. Если происходит нажатие кнопки на ведущем устройстве — включается белый диод на подчинённой ардуине. И, соответственно, если нажимается кнопка на ведомом устройстве, то загорается красный светодиод на ведущей ардуине. Сам пример взят здесь, можете почитать более подробно, если интересно. Все требующиеся пояснения содержатся в комментариях к коду.
Результат работы кода:
Из интересных моментов в этом примере, на мой взгляд, можно выделить, что используется делитель частоты синхронизации SPI. В данном случае используется делитель на 8, то есть связь между ардуинами осуществляется на скорости в 2 МГц (однако значение по умолчанию обычно равно SPI_CLOCK_DIV4, одна четверть от частоты контроллера).
Всего возможны 7 вариантов делителей частоты:
- SPI_CLOCK_DIV2
- SPI_CLOCK_DIV4
- SPI_CLOCK_DIV8
- SPI_CLOCK_DIV16
- SPI_CLOCK_DIV32
- SPI_CLOCK_DIV64
- SPI_CLOCK_DIV128
Режимы работы интерфейса SPI
Возможны четыре режима синхронизации. Режим определяется комбинацией бит CPHA и CPOL:
- CPOL = 0 — исходное состояние сигнала синхронизации — низкий уровень.
- CPOL = 1 — исходное состояние сигнала синхронизации — высокий уровень.
- CPHA = 0 — выборка данных производится по переднему фронту (переключению) сигнала синхронизации. То есть по переключению из основного в противоположное ему.
- CPHA = 1 — выборка данных производится по заднему фронту (переключению) сигнала синхронизации.То есть по переключению обратно к основному из противоположного.
- режим 0 (CPOL = 0, CPHA = 0),
- режим 1 (CPOL = 0, CPHA = 1),
- режим 2 (CPOL = 1, CPHA = 0),
- режим 3 (CPOL = 1, CPHA = 1).
Преимущества
- Полнодуплексная передача данных по умолчанию.
- Более высокая пропускная способность по сравнению с I²C или SMBus.
- Возможность произвольного выбора длины пакета, длина пакета не ограничена восемью битами.
- Простота аппаратной реализации.
- Используется только четыре вывода, что гораздо меньше, чем для параллельных интерфейсов.
- Однонаправленный характер сигналов позволяет при необходимости легко организовать гальваническую развязку между ведущим и ведомыми устройствами.
- Максимальная тактовая частота ограничена только быстродействием устройств, участвующих в обмене данными.
Приём и передача данных в SPI
Передача осуществляется пакетами. Длина пакета, как правило, составляет 1 байт (8 бит), при этом известны реализации SPI с иной длиной пакета, например, 4 бита. Ведущее устройство инициирует цикл связи установкой низкого уровня на выводе выбора подчинённого устройства (SS) того устройства, с которым необходимо установить соединение. При низком уровне сигнала SS:
- схемотехника ведомого устройства находится в активном состоянии,
- вывод MISO переводится в режим «выход»,
- тактовый сигнал SCLK от ведущего устройства воспринимается ведомым и вызывает считывание на входе MOSI значений, передаваемых от ведущего битов и сдвиг регистра ведомого устройства.
Подлежащие передаче данные ведущее и ведомое устройства помещают в сдвиговые регистры. После этого ведущее устройство генерирует импульсы синхронизации на линии SCLK, что и приводит к взаимному обмену данными. Передача данных идёт бит за битом от ведущего по линии MOSI и от ведомого по линии MISO.
Передача осуществляется, начиная со старших битов, но некоторые производители допускают изменение порядка передачи битов программными методами. После передачи каждого пакета данных ведущее устройство, в целях синхронизации ведомого устройства, может перевести линию SS в высокое состояние.
Синхронизация в SPI
Частота следования битовых интервалов в линиях передачи данных определяется синхросигналом SCK, который генерирует ведущее устройство, ведомые устройства используют синхросигнал для определения моментов изменения битов на линии данных, при этом ведомые устройства никак не могут влиять на частоту следования битовых интервалов.
Как в ведущем устройстве, так и в ведомом устройстве есть счётчик импульсов синхронизации (битов). Счётчик в ведомом устройстве позволяет последнему определить момент окончания передачи пакета. Счётчик сбрасывается при выключении подсистемы SPI, такая возможность всегда имеется в ведущем устройстве. В ведомом устройстве счётчик обычно сбрасывается деактивацией интерфейсного сигнала SS.
Так как действия ведущего и ведомого устройства тактируются одним и тем же сигналом, то к стабильности этого сигнала не предъявляется никаких специальных требований, за исключением ограничения на длительность полупериодов, которая определяется максимальной рабочей частотой более медленного устройства. Это позволяет использовать SPI в системах с низкостабильной тактовой частотой, а также облегчает программную эмуляцию ведущего устройства.
Преимущества и недостатки интерфейса SPI
Комментарии ( 35 )
Шикарная статья. Конденсаторы, нарисованы там же где у меня стоят. Я так понимаю, бит QE в AsProgrammer не используются и дорабатывать необязятельно. К сожалению, современная техника изобилует флешками, в которых портятся прошивки и их надо перепрошивать. Авторегистраторы, ноутбуки, мониторы, стиральные машины и многое другое. Как мне кажется, микросхемы, которые программируются напряжением 12В гораздо менее подвержены риску потерять прошивку.
>> бит QE в AsProgrammer не используются и дорабатывать необязятельно
Здесь главное, иметь возможность его сбросить, если он мешает программированию.
Если вы посмотрите на мой лог файл прошивки, увидите:
Sreg: 00000000(0x00), 00000010(0x02), 01100000(0x60)
Второй бит в регистре SREG установлен, это и есть бит QE. Вроде бы я не должен иметь возможность работы с флешкой в режиме QuadSPI, но AsProgrammer прекрасно с ней работает. Возможно я просто где то ошибся, просто особо глубоко не копал, убедился что работает и на этом успокоился. Вот если б не заработало, прошлось бы копать дальше.
Недоговорил:
>> Второй бит в регистре SREG установлен, это и есть бит QE.
Второй бит в регистре SREG2, девятый бит если считать SREG 24-разрядным регистром.
К сожалению, современная техника изобилует флешками, в которых портятся прошивки и их надо перепрошивать.
Как мне кажется, микросхемы, которые программируются напряжением 12В гораздо менее подвержены риску потерять прошивку.
Вроде ж низковольтные флешки прошиваются не непосредственно напряжением питания, а напругой с встроенного чаржпампа. Причина скорее в том, что современные флешки сделаны по более тонким техпроцессам.
Знаю пару способов поднятия напряжения. На переключаемых конденсаторах и с использованием индуктивности. Каким способом поднимается напряжение во флешках?
Тогда должны быть внешние цепи для подключения этих конденсаторов. Вряд ли внутренних емкостей в кремнии достаточно.
Шикарная статья. Пару раз сталкивался с такой проблемой в технике. взять прошивку было неоткуда и аппараты утилизировались.
Мне это нужно не для прошивки микросхем памяти, а для прямой работы с шиной I²C. Чтение информации с часов реального времени (кварцевых генераторов), регулировка контрастности, насыщенности и цветового баланса мониторов, чтение информации с датчиков и диагностики оборудования.
При джампере в положении «1-2» по VID_1A86&PID_5512 подгружается драйвер «USB-EPP/I2C… CH341A». Он создает в диспетчере устройств раздел «Interface» в который и устанавливается.
Как к нему обращаться?
При джампере в положении «2-3» по VID_1A86&PID_5523 подгружается драйвер «USB-SERIAL CH341A». В диспетчере устройств найти его можно в разделе «Порты (COM и LPT)»
Подсказка, из комплекта драйверов в каталог AsProgrammer перетащена CH341DLL.DLL. В сырцах на GitNub есть заголовочный файл к ней…
Пробежал статью по диагонали, очень хорошая плата для ваших целей. Ведь сам чип поддерживает не два режима, как в данном программаторе, а три, и DeviceID у него тоже три.
Наверное заголовочник CH341DLL при желании можно адаптировать к любому обьектно-ориентированному языку, Tifa вот подключил к Object Pascal.
Вы софт запускать не пробовали? Возможно у вас пойдет и русифицированный.
У меня русский софт не пошел, возможно из-за того, что пока нет в наличии какой либо платы с чипом CH341A и драйвера под него не установлены.
Честно говоря не только не пробовал, но и не собираюсь этого делать. Все актуальные для меня вопросы я решил этим программатором.
Результат сборки:
В этой самоделке используется взаимодействие мастера и множества слейвов, которые работают синхронно и образуют вращающимися стрелками текущее время. Кому интересно более подробно почитать о проекте, может это сделать здесь.
Правда следует оговориться, что здесь для взаимодействия использован более продвинутый способ, где применяется интерфейс I2C, который тратит в 2 раза меньшее количество линий (2 против 4 у SPI). Хотя теоретически эта самоделка вполне могла быть выполнена и с использованием протокола SPI, однако тогда бы количество соединений критически выросло (видимо, именно поэтому автором и был выбран другой, более лаконичный на количество выводов способ).
С кодом этой реализации можно ознакомиться здесь.
Подытоживая, хочу сказать, что возможности протокола SPI не ограничиваются только перечисленными выше примерами. Однако если попытаться обобщить, то основными его назначениями, на мой взгляд, являются возможность расширить количество доступных контактов в рамках самоделок, а также разгрузить используемые микроконтроллеры, «сбрасывая» выполняющуюся задачу на подчинённых.
В этой статье я хочу провести краткий обзор шины SPI (интерфейса, широко распространённого во встраиваемой технике, используемого для подключения различных устройств) и попытаюсь описать процесс создания драйвера протокольного уровня SPI устройства для Linux. Данный документ не претендует на роль полного руководства, а скорее преследует цель указать нужное направление. Так как статья не вошла в размер одного топика, мне пришлось разбить её на две части.
0. Вместо введения
Что это за статья?
Эта статья представляет собой компиляцию информации из различных источников, вольный перевод некоторых частей документации, а также мои собственные комментарии, дополнения и описания возникших проблем.
- Что такое SPI?
- Обзор SPI подсистемы в Linux
- Разработка userspace протокольного SPI драйвера с использованием spidev
- Разработка протокольного SPI драйвера уровня ядра
- Документация
Первый подраздел описывает работу шины SPI, данная часть статьи конкретно к Linux никак не привязана, поэтому её можно читать тем, кому Linux не интересен, а нужно лишь получить информацию об этом интерфейсе.
Второй подраздел описывает структуры и механизмы лежащие в основе работы с SPI в Linux, его нужно прочесть для понимания того, о чём пойдёт речь в третьей и четвёртой частях.
Если вас не интересует мои переводы и дополнения, можете смело переходить сразу к пятой части, там можно найти информацию о том, где получить всю необходимую информацию по данному вопросу.
Если вы видите ссылки в названии какой-либо структуры или функции, можете открыть её в новой вкладке, так вы сможете попасть непосредственно на описание данной структуры/функции в официальной документации к ядру Linux.
Ошибки
Я не волшебник, я только учусь. Если найдёте какие-либо ошибки или неточности, пожалуйста, сообщите мне.
1. Что такое SPI?
Аббревиатура SPI означает «Serial Peripheral Interface» или в русском варианте «последовательный периферийный интерфейс». Название говорит само за себя, данный интерфейс используется для работы с различными периферийными устройствами. Например, это могут быть различные ЦАП/АЦП, потенциометры, датчики, расширители портов ввода/вывода (GPIO), различная память и даже более сложная периферия, такая как звуковые кодеки и контроллеры Ethernet.
С технической точки зрения SPI — это синхронная четырёхпроводная шина. Она представляет собой соединение двух синхронных сдвиговых регистров, которые является центральным элементом любого SPI устройства. Для соединения используется конфигурацию ведущий/ведомый. Только ведущий может генерировать импульсы синхронизации. В схеме всегда только один ведущий (в отличие от той же шины I2C, где возможен вариант с более чем одним ведущим), количество ведомых может быть различно. В общем случае выход ведущего соединяется со входом ведомого, и наоборот, выход ведомого соединяется со входом ведущего. При подаче импульсов синхронизации на выход SCK, данные выталкиваются ведущим с выхода MOSI, и захватываются ведомым по входу MISO. Таким образом если подать количество импульсов синхронизации соответствующее разрядности сдвигового регистра, то данные в регистрах обменяются местами. Отсюда следует что SPI всегда работает в полнодуплексном режиме. А вот нужны ли нам данные, полученные от устройства при записи какого-либо параметра, это уже другой вопрос. Часто бывает что данные полученные от устройства при записи в него данных являются мусором, в таком случае их просто игнорируют, но мы их получим вне зависимости от нашего желания.
Контроллер SPI, как правило, реализуется периферийным блоком в MCU или eMPU. В большинстве чипов он может работать как в режиме ведущего, так и в режиме ведомого. Но на данный момент Linux поддерживает только режим ведущего (Master).
Существует несколько способов включения SPI устройств.
Простейший из них вы видите на рисунке выше (спасибо Wikipedia за рисунки под свободной лицензией GFDL). В данном случае к ведущему все ведомые подключаются параллельно, за исключением сигнала выбора ведомого (~CS). Для каждого ведомого необходим отдельный сигнал выбора ведомого (на рисунке они обозначены как SSx). Для сигналов выбора ведомого могут использоваться как специально предназначенные для этого выходы SPI-контроллера, так и порты ввода/вывода общего назначения (GPIO) микроконтроллера.
- MOSI — Master Output, Slave Input (выход ведущего, вход ведомого). Данный сигнал предназначен для последовательной передачи данных от ведущего к ведомому. Также может называться SDO, DO и т.п.
- MISO — Master Input, Slave Output (вход ведущего, выход ведомого). Данный сигнал предназначен для последовательной передачи данных от ведомого к ведущему. Может называться SDI, DI и т.п.
- SCK — Serial Clock (сигнал синхронизации). Используется для синхронизации при передаче данных. Также может иметь название SCLK, CLK и др.
- ~CS — Chip Select (выбор микросхемы). С помощью данного сигнала происходит активация ведомого устройства. Обычно он является инверсным, то есть низкий уровень считается активным. Иногда его называют ~SS (Slave Select, рус. «выбор ведомого»).
Частным случаем независимого подключения является вариант с одним единственным ведомым. В таком случае может возникнуть желание подтянуть сигнал ~CS к земле, чтобы устройство всегда было в активном состоянии. Но делать это крайне не рекомендуется, так как ведомое устройство может использовать сигнал CS для инициализации или для других служебных целей.
Основное неудобство при независимом подключении ведомых в том, что для каждого из ведомых необходим отдельный сигнал ~CS. Каскадная схема подключения, в зарубежной литературе называемая «daisy-chain» (можно перевести как «гирлянда»), лишена такого недостатка.
Как видно из рисунка выше, здесь используется общий сигнал выбора ведомого для всех ведомых. Выход каждого из ведомых соединяется со входом следующего. Выход последнего ведомого соединяется со входом ведущего, таким образом образуется замкнутая цепь. При таком подключении можно считать что последовательно соединённые устройства образуют один большой сдвиговый регистр. Соответственно, данные можно записать во все устройства «за один присест», предварительно собрав нужный пакет, объединяющий данные для каждого из устройств в порядке соответствующем физическому порядку соединения. Но тут есть один тонкий момент. Во-первых, все микросхемы должны поддерживать такой тип подключения; во-вторых, ядро Linux не поддерживает такой тип подключения, так что если всё же захотите его использовать, то вам придётся модифицировать существующие драйвера, либо же написать собственные.
- CPOL (Clock Polarity) — определяет начальный уровень (полярность) сигнала синхронизации.
CPOL=0 показывает, что сигнал синхронизации начинается с низкого уровня, так что передний фронт является нарастающим, а задний — падающим.
CPOL=1, сигнал синхронизации начинается с высокого уровня, таким образом передний фронт является падающим, а задний — нарастающим. - CPHA (Clock Phase) — фаза синхронизации, определяет по какому из фронтов синхронизирующего сигнала производить выборку данных.
CPHA=0 показывает что необходимо производить выборку по переднему фронту, а
CPHA=1 показывает что выборку данных необходимо производить по заднему фронту.
2. Обзор SPI подсистемы в Linux
Вторая часть — это протокольные драйверы, используемые для работы с различными ведомыми устройствами, которые подключены к шине SPI. Данные драйверы называют «протокольными», потому что они лишь отправляют и получают различные данные от ведомых устройств, при этом не работая напрямую с каким-либо оборудованием. Именно данный тип драйверов нам наиболее интересен, так как позволяет добавить поддержку интересующего ведомого устройства в систему, его то мы и рассмотрим.
Большинство протокольных драйверов представляет собой модули ядра. Например, если устройство представляет собой аудиокодек подключаемый по SPI, то драйвер будет также использовать функции предоставляемые ALSA, а программы (например, madplay) смогут работать с ним посредством символьного устройства /dev/audio, не имея ни малейшего понятия о том как он аппаратно устроен и к какой шине подключен.
Также ядро предоставляет протокольный драйвер общего назначения, называемый spidev, с интерфейсом в виде символьного устройства. Он позволяет совершать полудуплексные обращения к ведомому SPI-устройству посредством стандартных системных вызовов read() и write(), устанавливать режим работы, а также производить полнодуплексный обмен данными посредством ioctl() вызовов.
- userspace драйверы, работающие в пространстве пользователя и представляющие собой обычные программы на любом языке, работающие с SPI устройством посредством чтения/записи соответствующего символьного устройства spidev.
- драйверы, работающие в пространстве ядра и предоставляющие интерфейс для userspace посредством файлов устройств в каталоге /dev, либо с помощью атрибутов в каталоге устройства в sysfs.
tx_buf — указатель на буфер данных в пространстве памяти ядра, которые необходимо передать, либо NULL;
rx_buf — указатель на буфер данных в пространстве памяти ядра, в который данные следует считать, либо NULL;
len — размер буферов rx и tx в байтах;
tx_dma — DMA адрес tx_buf, используется если установлен параметр spi_message.is_dma_mapped;
rx_dma — DMA адрес rx_buf, используется если установлен параметр spi_message.is_dma_mapped;
speed_hz — устанавливает скорость для передачи, отличную от установленной по-умолчанию для устройства. Если данное значение равно 0, то используется скорость по-умолчанию, указанная в поле max_speed_hz структуры spi_device.
bits_per_word — устанавливает количество бит на слово, отличное от определённого по умолчанию. Если данное значение равно 0, то используется значенние по-умолчанию, указанное в поле bits_per_word структуры spi_device.
delay_usecs — время ожидания в микросекундах, после того как был отправлен последний бит передачи и перед тем как сменить состояние chipselect'а, либо начать передачу следующей передачи в очереди. Будьте крайне осторожны с данным параметром, нужно смотреть в какой части драйвера контроллера реализуется задержка. Например, для чипов серии at91 она реализована в обработчике прерывания, так что её использование чревато последствиями.
При инициализации структуры spi_transfer существует очень важный момент, они обязательно должны быть выделены в области памяти доступной для DMA через kmalloc, kzalloc и иже с ними. Если master-драйер использует dma, то при использовании статически объявленных массивов драйвер будет падать при попытке передачи.
При передаче данных по SPI количество записанных бит всегда равно количеству считанных. Протокольные драйверы всегда должны предоставлять указатели на буферы tx_buf и/или rx_buf. В некоторых случаях они могут предоставлять DMA адреса для передаваемых данных.
Возможность переопределения скорости передачи данных и количества бит на слово для каждой передачи в отдельности зависит от конкретной реализации драйвера и аппаратных возможностей контроллера. Например, для контроллера SPI в чипах серии at91 возможность переопределения полей speed_hz и bits_per_word не предусмотрена, поэтому они должны быть всегда установлены в 0, иначе вы получите ошибку при попытке передачи данных.
Если указатель на tx_buf установлен как NULL, то SPI контроллер будет выталкивать нули при заполнении буфера rx_buf. В случае, когда rx_buf установлен в NULL, считываемые данные будут игнорироваться. Количество выталкиваемых (и захватываемых) байтов всегда равно len. Попытка вытолкнуть только часть слова приведёт к ошибке. (Например, при попытке выталкивании трёх байт и длине слова 16 бит или 20 бит, в первом случае будет использовано 2 байта на слово, во втором — 4 байта).
Данные для передачи всегда хранятся в порядке специфичном для данной аппаратной платформы. При отправке/считывании данных происходит автоматическое конвертирование порядка байт из специфичного для SPI (обычно big-endian, за исключением случая когда выставлен параметр SPI_LSB_FIRST) в аппаратно-специфичный порядок для данного CPU. Например, если параметр bits_per_word равен 16, то буферы будут занимать по 2N байт, и содержать по N слов с длиной 16 бит каждое, хранящемся в байтовом порядке, специфичным для данного CPU.
В том случае, если размер слова не является степенью двойки, то представление слова в памяти включает дополнительные биты. Слова, хранящиеся в памяти для протокольного драйвера всегда являются выровненными по правому краю (right-justified), так что дополнительные биты всегда будут являться старшими разрядами.
Для наглядности снова приведу осциллограмму:
В данном случае tx-буфер содержит значение 0xf98e, установленное значение bits_per_word соответствует 12 битам на слово. Устройство работает в SPI_MODE_0. На рисунке синяя линия соответствует выходу MOSI контроллера, а жёлтая — SCK. Здесь хорошо видно что при отправке пришло только 0x098e, старшие четыре бита были отброшены, так как они считаются дополнительными. Если совсем просто, то одно 12-битное слово занимает в памяти два байта, а разница между размером слова в памяти и его действительным размером составляет 2*8 — 12 = 4 бита, которые отбрасываются при передаче.
SPI не поддерживает какого-либо механизма автоматического обнаружения устройств. К тому же, в большинстве случаев, SPI устройства не предусматривают горячее подключение/отключение, поэтому они, как правило, просто распаиваются непосредственно на плате. В связи с этим данные устройства считаются специфичными для конкретной платы (board-specific). Параметры для таких устройств указываются в файле платы: arch/. /mach-*/board-*.c.
Например, вот так будет выглядеть установка параметров для аудиокодека tlv320aic23b для отладочной платы SK-AT91SAM9260:
где modalias – название драйвера ядра, отвечающего за обслуживание устройства (в нашем случае “tlv320aic23b”);
chip_select – номер соответсвующего chip select'а;
max_speed_hz – максимальная частота в Гц;
mode – режим SPI, определяемый константами SPI_MODE_0… SPI_MODE_3, также через операцию битового “или” могут быть добавлены флаги SPI_CS_HIGH (устанавливает активным высокий уровень для chipselect-а ), SPI_NO_CS (передача данных без активации CS в принципе). Полный список возможных флагов можно посмотреть в описании структуры spi_device;
bus_num – номер шины (как правило, соответсвует номеру SPI контроллера в даташите на MCU/eMPU).
Также структура spi_board_info содержит следующие поля, не инициализированные в примере выше:
const void *platform_data – данное поле предназначено для хранения указателя на данные специфичные для конкретного драйвера;
void *controller_data – для некоторых контроллеров необходима информация о настройке устройства, например, DMA;
int irq – зависит от подключения устройства.
Все поля структуры spi_board_info устанавливают соответствующие поля структуры spi_device.
В случае необходимости установки параметров для других SPI устройств, в масив добавляются ещё аналогичые элементы.
Данные структуры хранят информацию, которая не может быть всегда определена драйверами. Информация, которая может быть определена функцией probe() драйвера (например, количество бит на слово), в данную структуру не включается.
Стоит заметить, что всё же существует возможность горячего подключения ведомых SPI устройств. В этом случае используют функцию spi_busnum_to_master() для получения указателя на структуру spi_master по номеру шины SPI и дальнейшего перебора устройств на шине. Но данная тема выходит за рамки данной статьи.
SPI (англ. Serial Peripheral Interface, SPI bus — последовательный периферийный интерфейс, шина SPI) — последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, разработанный компанией Motorola для обеспечения простого и недорогого сопряжения микроконтроллеров и периферии. SPI также иногда называют четырёхпроводным (англ. four-wire) интерфейсом.
SPI является синхронным интерфейсом, в котором любая передача синхронизирована с общим тактовым сигналом, генерируемым ведущим устройством (процессором, контроллером). Принимающая (ведомая) периферия синхронизирует получение битовой последовательности с тактовым сигналом. К одному последовательному периферийному интерфейсу ведущего устройства-микросхемы может присоединяться несколько микросхем. Ведущее устройство выбирает ведомое для передачи, активируя сигнал «выбор кристалла» (англ. chip select) на ведомой микросхеме. Периферия, не выбранная контроллером, не принимает участия в передаче по SPI.
В SPI используются четыре цифровых сигнала:
MOSI (SI, DO, SDO, DOUT) — выход ведущего, вход ведомого (англ. Master Out Slave In). Служит для передачи данных от ведущего устройства ведомому.
MISO (SO, DI, SDI, DIN) — вход ведущего, выход ведомого (англ. Master In Slave Out). Служит для передачи данных от ведомого устройства ведущему.
SCLK (DCLOCK, CLK, SCK) — последовательный тактовый сигнал (англ. Serial Clock). Служит для передачи тактового сигнала для ведомых устройств.
CS или SS — выбор микросхемы, выбор ведомого (англ. Chip Select, Slave Select).
Установка данных при передаче и выборка при приеме всегда выполняются по противоположным фронтам синхронизации. Это необходимо для гарантирования выборки данных после надежного их установления. Если к этому учесть, что в качестве первого фронта в цикле передачи может выступать нарастающий или падающий фронт, то всего возможно четыре варианта логики работы интерфейса SPI. Эти варианты получили название режимов SPI и описываются двумя параметрами:
- CPOL=0 показывает, что сигнал синхронизации начинается с низкого уровня, так что передний фронт является нарастающим, а задний — падающим.
- CPOL=1, показывает, что сигнал синхронизации начинается с высокого уровня, таким образом передний фронт является падающим, а задний — нарастающим.
- CPHA=0 показывает, что необходимо производить выборку по переднему фронту
- CPHA=1 показывает, что выборку данных необходимо производить по заднему фронту.
Пунктирной линией показывает момент передачи данных.
Режим 0 / Mode 0
В этом режиме пассивным уровнем линии SCK является «0», а передача дынных производится по заднему (падающему) фронту.
Режим 1 / Mode 1
В этом режиме пассивным уровнем линии SCK является «0», а передача дынных производится по переднему (нарастающему) фронту.
Режим 2 / Mode 2
В этом режиме пассивным уровнем линии SCK является «1», а передача дынных производится по переднему (нарастающему) фронту.
Режим 3 / Mode 3
В этом режиме пассивным уровнем линии SCK является «1», а передача дынных производится по заднему (падающему) фронту.
От теории перейдем к практике.
Как всегда начнем с объявления необходимых переменных.
Для начала проведем настройку линий интерфейса. В принципе все это можно сделать в первоначальной настройке контроллера, но для примера вынесем все в отдельную функцию. Данную функцию можно запустить один раз при настройке контроллера.
Для начала обмена необходимо перевести линию CS (SS) в «0».
Окончанием связи служит перевод линии CS в «1».
Ну и конечно же функции Передачи и Приема.
Память Atmel DataFlash AT45DB081D.
- Страничная Flash память;
- Емкость — 8 Мбит;
- Организация — 4096 страниц по 256 или 264 байта;
- Высокоскоростной SPI интерфейс обмена;
- Напряжение питания от 2,5 или 2,7 до 3,6 В;
- Максимальное входное напряжение до 6,25 В, что позволяет подключать ее напрямую к 5-ти вольтовому контроллеру;
- Два буфера SRAM памяти по 256 или 264 байта каждый;
- Принцип работы «чтение-модификация-запись»;
- Программная и аппаратная защита от записи.
Несколько особенностей при работе с данной памятью.
1. По умолчанию вся память организована по 264 байта на страницу. Ее можно реорганизовать на 256 байт на страницу, НО это возможно сделать только один раз и обратно на 264 сменить не удастся. Так что не будем на этом заморачиваться, тем более что это никак нам не мешает. Также у памяти есть специальные 4 байта в которые можно записать идентификатор (например серийный номер изделия), но запись в них так же однократная и перезаписи не подлежит.
- RESET — аппаратный сброс микросхемы;
- WP (Write Protection) — аппаратная защита от перезаписи.
3. Обмен данными происходит по 4-х проводному интерфейсу SPI. Микросхема может работать в режимах SPI 0 и 3, а также двух собственных режимах Atmel. Чтобы во всем этом не разбираться будем использовать обычный SPI mode 0.
4. Так как память страничная, то как такового доступа к отдельным ячейкам нет. Все операции чтения/записи происходят по принципу «чтение-модификация-запись» с использованием 2 специальных буферов. Использование 2 буферов помогает ускорить и упростить некоторые операции (пока один буфер записывается в память, второй заполняется новыми данными).
5. После подачи питания и перед обращением к памяти необходимо сделать гарантированную задержку в 20 миллисекунд.
Особенности страничной памяти.
- определить страницу и расположение на странице интересующего нас байта (адресация сквозная так что это не так сложно);
- считать необходимую страницу во внутренний буфер;
- прочитать из внутреннего буфера необходимые данные (или весь буфер).
- первоначально нужно определить страницу памяти в которую нужно записать данные, и расположение начала записи на странице. Так же нужно удостовериться что массив данных не выйдет за пределы страницы (если выходит то массив нужно разбить на 2 и записать на разные страницы памяти);
- считать содержимое нужной страницы памяти во внутренний буфер;
- начиная с определенного места произвести «модификацию» в буфере;
- записать буфер в страницу памяти.
Написано может быть и чуть не понятно, но в общем работа с памятью сводится к последовательному заполнению внутреннего буфера. В случае его полного заполнения производится запись в страницу памяти. В дальнейшем буфер снова заполняется с начала.
Адрес байта в памяти записывается тремя байтами:
x x x P P P P P P P P P P P P B B B B B B B B B
где x x x — резерв (не используется, =0);
P P P P P P P P P P P P — адрес страницы (12 бит), может принимать значения от 0 до 4095;
B B B B B B B B B — адрес байта на странице (9 бит), может принимать значения от 0 до 263/255.
В качестве примера вычислим расположение байта под номером 353 246.
Для определения номера страницы разделим число на 264:
353246 / 264 = 1338,053 = 1338 = 01010 0111010
А теперь определим адрес байта на странице:
353246 — (1338*264) = 353246 — 353232 = 14 = 000001110
Таким образом получается адрес: 00001010 01110100 00001110 или 0Ah 74h 0Eh.
Ну что же приступаем, глядишь на деле все и проясниться.
Итак, первая команда которую необходимо рассмотреть — это Status Register Read (D7h). Она необходима для определения готовности памяти. Так как внутренний процесс записи может занимать продолжительное время, то для определения его окончания нужно считать Status регистр и проверить в нем старший бит RDY, если там «1» то память готова.
Оформим это в отдельную функцию.
Использовать ее можно вот так:
А для определения окончания записи, вот так:
Команда очистки памяти.
Этот процесс достаточно длительный и может занимать от 7 до 22 секунд.
Рассмотрим остальные команды на примере чтения пяти байт из памяти, начиная с адреса 353246 (адрес страницы — 1338, адрес байта — 14) в массив unsigned char MEMbuff[5];. Работать будем через Buffer 1.
1. Считать необходимую страницу во внутренний буфер. Адрес страницы 1338 = 00001010 01110100 или 0Ah 74h, остальные биты «0».
2. Прочитать из внутреннего буфера необходимые данные, начиная с адреса 14 = 00001110 или 0Eh, остальные биты «0».
1 Dummy Byte — 1 пустой (произвольный) байт необходим памяти для подготовки данных, этакая небольшая временная задержка.
После этих двух операций пять считанных байт, начиная с адреса 353246, будут записаны в массив MEMbuff.
А теперь попробуем записать те же пять байт в ту же область памяти. На этот раз работать будем через Buffer 2.
1. Считать необходимую страницу во внутренний буфер. Адрес страницы 1338 = 00001010 01110100 или 0Ah 74h, остальные биты «0».
Примечание: если требуется просто записать данные на страницу, не заботясь об уже имеющихся на ней данных, то можно этот этап пропустить. Тогда при записи буфера обратно в страницу все остальные ячейки будут переписаны содержимым буфера.
2. Начиная с адреса 14 = 00001110 или 0Eh, произвести «модификацию» в буфере 2.
Хотя в даташите ничего не сказано про 1 Dummy Byte, правильно память заработала только с ним.
3. Записать буфер 2 в страницу памяти.
Проверка.
Так как модели для протеуса не нашлось, будем экспериментировать в железе.
Для индикации работы подключим к RC2 анод светодиода, катод на землю.
Проверочная программа.
1. Зажигает светодиод. Выполняет очистку памяти. После окончания очистки гасит светодиод.
2. Записывает 5 байт в память.
3. Читает 5 байт из памяти.
4. Считанные данные записываются в EEPROM память контроллера. Светодиод начинает мигать.
Для проверки необходимо прошить программу в контроллер, дождаться когда начнет мигать светодиод, выключить контроллер и считать EEPROM.
Микросхемы памяти серий 24хх (EEPROM), 25хх (Serial Flash) широко используются в электронике. Такие чипы присутствуют в составе практически любой конструкции современной бытовой и промышленной аппаратуры, где есть процессоры и/или микроконтроллеры. Данный программатор имеет возможность работы с обоими типами памяти.
В комплект поставки входят сам программатор и переходная плата с двумя посадочными местами под микросхемы памяти в SOIC корпусе.
Они дублируют имеющиеся на нижней стороне платы программатора, и если на плату программатора микросхемы памяти нужно обязательно припаивать, на переходнике можно попробовать прижать микросхему прищепкой или держателем для бумаг.
Так-же на переходнике есть посадочное место для разьема PLD-8 (в комплект не входит, я впаял 2хPLS-4), предназначенного для подключения прищепки или шлейфа программирования.
Аппаратная часть (Hardware).
Программатор выполнен на базе микроконтроллера «USB Bus Convert Chip» серии CH341A. Он рассчитан на физическое подключение к порту USB 2.0 компьютера, при подключении через хаб-удлиннитель программатор у меня работал с ошибками (может у меня хаб такой). Модуль программирования памяти собран на плате размерами 63х27мм (без учета USB разьема, с разьемом 84х27мм) из черного стеклотекстолита.
В распоряжении автора есть два экземпляра этого программатора, приобретенные в разное время, визуально их можно отличить по названию, один (более ранний) называется "CH341A Mini Programmer", второй "CH341A MinProgramment". Схемы одинаковые, различаются только цветом светодиода "RUN". На первом зеленый, на втором желтый.
Некоторые схемные обозначения на конкретном программаторе могут немного отличаться, например самовосстанавливающийся предохранитель F1 (fuse) может обозначаться как R1. В инете встречались упоминания, что в эту позицию иногда ставят резистор нулевого сопротивления т.е. перемычку. У меня как и положено на обоих стоят предохранители ~400mA, сопротивление 0,92Ом, маркировка на корпусе «5». Также на плате часто отсутствует схемное обозначение резисторной сборки PR1. Более грамотное обозначение схемных элементов программатора можно посмотреть на изображении верхней стороны платы от магазина WAVGAT (на AliExpress):
Особых отличий от даташита схема не имеет, разве что на блокировочных конденсаторах по питанию сильно экономили. Питание 5V от USB подается на вывод 28, на выходе 9 внутреннего стабилизатора блокировочный конденсатор.
Т.к. на выводах ввода/вывода напряжение соответствует 5V уровням, в основном это устройство на 5V, правда в инете много упоминаний и о программировании им микросхем на 3.3V без каких либо ошибок и отрицательных последствий. Выход отдельного стабилизатора AMS1117-3.3 в схеме не задействован и просто выведен на выходной ZIF разьем и на контакт боковой гребенки SPI.
В даташите указан способ сделать уровни на выходах совместимыми с 3.3V. Для этого необходимо соединить выводы 28 и 9 и подать на них 3.3V, при этом внутренний стабилизатор просто не используется. Но при этом 3.3V уровни также будут на на переходнике USB RS232, что иногда не приемлемо. Также на Ali сушествует другая версия этого программатора, скомпонованная немного по другому и выполненая на зеленом текстолите. Читал, что там на вывод 28 подается 3.3V от внешнего стабилизатора, но выводы 28 и 9 не соединены, и это нормально работает. В любом случае, уровни на переходнике USB RS232 и здесь будут 3.3V.
Если планируется программирование флешек 1.8V через основной разьем необходимо дополнительно приобрести модуль 1.8V-adapter. Бонусом является то, что переделать его для поддержки и уровней 3.3V несложно, надо лишь закоротить вход/выход стабилизатора 1.8V дополнительным джампером.
Теперь при наличии джампера адаптер работает с логическими уровнями 3.3V, при отсутствии — 1.8V.
Минус тут в том, что стоимость адаптера не намного меньше, чем самого программатора. Но если он уже есть, почему бы его не использовать по полной?
Если для программирования будет использована боковая гребенка SPI, можно поступить проще. На Ali много предложений 4-канального двунаправленного преобразователя уровней на МОП транзисторах за очень небольшие деньги.
Работа этого преобразователя подробно описана в статье "Согласование логических уровней 5В и 3.3В устройств". Схема отличается от рассмотренной в статье только номиналами резисторов (сопротивление меньше — увеличено быстродействие и энергопотребление). За счет добавления дополнительных джампера J1 и двух кремниевых диодов, можно будет программировать как 3.3V, так и 1.8V флешки.
Программная часть (Software), драйвер.
Перед применением программатора необходимо инсталировать в Windows его драйвер(а), легко находятся в инете, я брал из архива программы AsProgrammer. Программатор поддерживает два режима, они переключаются аппаратно джампером J1. Применен интересный прием, при переключении джампера у чипа меняется Device ID на шине USB. Это вынуждает Windows найти подходящий по VID/PID драйвер и подключить его.
При джампере в положении «1-2» по VID_1A86&PID_5512 подгружается драйвер "USB-EPP/I2C… CH341A". Он создает в диспетчере устройств раздел "Interface" в который и устанавливается.
В этом случае чтение, верификация, запись чипов памяти должны осуществляться непосредственно через ZIF-панель программатора CH341A или через боковой разьем Р2 с интерфейсом SPI.
При джампере в положении «2-3» по VID_1A86&PID_5523 подгружается драйвер "USB-SERIAL CH341A". В диспетчере устройств найти его можно в разделе "Порты (COM и LPT)". Там же можно посмотреть и номер присвоенного СОМ порта.
При этом программирование может производиться только через интерфейс RS232 TTL на разьеме Р1 (там же где и джампер), если целевое устройство поддерживает такой способ (встроенный загрузчик или монитор).
Программная часть (Software), программа прошивальщик.
Программа не требует установки, включает в архив драйверы для обоих режимов программирования СН341А.
Log-файл работы программы с флешкой W25Q128FW, 16Мб, 1.8V через "1.8V-adapter":
Используется программатор: CH341
Sreg: 00000000(0x00), 00000010(0x02), 01100000(0x60)
Используется программатор: CH341
Читаю флэшку…
Готово
Время выполнения: 0:02:49
Используется программатор: CH341
Стираю флэшку…
Готово
Время выполнения: 0:01:03
Используется программатор: CH341
Записываю флэшку с проверкой…
Готово
Время выполнения: 0:24:45
За все время работы с данной программой (прошивал ~5 вариантов BIOS) ни одного сбоя или ошибки.
Линуксоидам использовать стороннюю программу нет необходимости, стандартный прошивальщик Flashrom полностью поддерживает данный программатор (должен быть собран с поддержкой ключа "-ch341a").
WARNING: If the /WP or /HOLD pins are tied directly to the power supply or ground during standard SPI or Dual SPI operation, the QE bit should never be set to a 1.
Как по мне, проще сделать это на переходнике 1.8V-adapter, если задействовать его вторую незанятую половину разьема. Тем более при применении адаптера переделка на плате программатора становится бесполезной, порты у трансмиттера используются как однонаправленные.
Доработка 2. Увеличение кол-ва блокировочных конденсаторов по питанию.
Участник сообщества «AlexX1810» предложил добавить на плату программатора три блокировочных конденсатора 0.1 мкФ. По его словам улучшается стабильность работы программатора.
Если ориентироваться по схеме, первый конденсатор между 6-7 контактами разьема Р1 (5V), второй между 5-6 контактами разьема Р2 (3.3V), третий между 15-16 контактами ZIF панельки (7-8 контакты разьема I2C, 3.3V). Все впаяны со стороны контактов.
У меня во время использования программатора сбоев не было, но хуже во всяком случае не будет.
Читайте также: