外部高速ADC接続方法 その2

以前に外部高速ADC接続方法検討として、MISOがパラレルになっている外付けADCをどうSTM32マイコンと接続するか検討しました。アナログデバイセズのサイトでも接続方法について解説がありました。AnalogDevicesのLTC2358、LTC2458といったADCではMISOがパラレルになっており、アナログデバイセズのサイトでも接続方法の中でもSolution4を適用できます。

以前の外部高速ADC接続方法検討では複数SPIを同時に利用するためにDMA転送は必須と説明しましたが、厳密にいえば必須ではありません。HALライブラリを使用した場合には必須ですが、アナログデバイセズのサイトの例をみて頂ければ分かる通り、HALライブラリを使用せずに直接SPIのレジスタ、バッファにアクセスすることで同時に複数のSPIをDMA転送を使用せずに通信することが可能です。

アナログデバイセズのサイトの各SolutionではSTM32F4を使用してコード例を記載していますが、STM32H7等ではレジスタ等が異なるため、そのまま適用できません。今回はSTM32H7等でHALライブラリを使用せずに直接SPIのレジスタ、バッファにアクセスする方法について紹介します。

SPI1をFull-Duplex Master、SPI2をRX-only Slaveとして、SPI1とSPI2を同時に使用する場合を紹介します。ADCのSDOラインが2つ以上ある場合はRX-only Slaveを増やして対応することが可能です。

■SPI初期化

初期化ではHALライブラリをそのまま使用します。設定のポイントとして、SPI1をマスタ、SPI2をスレーブとして設定する他にNSSを共にソフトウェアに設定する点です。

void MX_SPI1_Init(void)
{

 hspi1.Instance = SPI1;
 hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
 hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
 hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
 hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
 hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
 hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
 hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_8;
 hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
 hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
 hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
 hspi1.Init.CRCPolynomial = 0x0;
 hspi1.Init.NSSPMode = SPI_NSS_PULSE_DISABLE;
 hspi1.Init.NSSPolarity = SPI_NSS_POLARITY_LOW;
 hspi1.Init.FifoThreshold = SPI_FIFO_THRESHOLD_01DATA;
 hspi1.Init.TxCRCInitializationPattern = SPI_CRC_INITIALIZATION_ALL_ZERO_PATTERN;
 hspi1.Init.RxCRCInitializationPattern = SPI_CRC_INITIALIZATION_ALL_ZERO_PATTERN;
 hspi1.Init.MasterSSIdleness = SPI_MASTER_SS_IDLENESS_00CYCLE;
 hspi1.Init.MasterInterDataIdleness = SPI_MASTER_INTERDATA_IDLENESS_00CYCLE;
 hspi1.Init.MasterReceiverAutoSusp = SPI_MASTER_RX_AUTOSUSP_DISABLE;
 hspi1.Init.MasterKeepIOState = SPI_MASTER_KEEP_IO_STATE_DISABLE;
 hspi1.Init.IOSwap = SPI_IO_SWAP_DISABLE;
 if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)
 {
  Error_Handler();
 }

}

void MX_SPI2_Init(void)
{

 hspi2.Instance = SPI2;
 hspi2.Init.Mode = SPI_MODE_SLAVE;
 hspi2.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES_RXONLY;
 hspi2.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
 hspi2.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
 hspi2.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
 hspi2.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
 hspi2.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
 hspi2.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
 hspi2.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
 hspi2.Init.CRCPolynomial = 0x0;
 hspi2.Init.NSSPMode = SPI_NSS_PULSE_DISABLE;
 hspi2.Init.NSSPolarity = SPI_NSS_POLARITY_LOW;
 hspi2.Init.FifoThreshold = SPI_FIFO_THRESHOLD_01DATA;
 hspi2.Init.TxCRCInitializationPattern = SPI_CRC_INITIALIZATION_ALL_ZERO_PATTERN;
 hspi2.Init.RxCRCInitializationPattern = SPI_CRC_INITIALIZATION_ALL_ZERO_PATTERN;
 hspi2.Init.MasterSSIdleness = SPI_MASTER_SS_IDLENESS_00CYCLE;
 hspi2.Init.MasterInterDataIdleness = SPI_MASTER_INTERDATA_IDLENESS_00CYCLE;
 hspi2.Init.MasterReceiverAutoSusp = SPI_MASTER_RX_AUTOSUSP_DISABLE;
 hspi2.Init.MasterKeepIOState = SPI_MASTER_KEEP_IO_STATE_DISABLE;
 hspi2.Init.IOSwap = SPI_IO_SWAP_DISABLE;
 if (HAL_SPI_Init(&hspi2) != HAL_OK)
 {
  Error_Handler();
 }

}

■SPIの通信

SPIの通信部分ではHALライブラリを使用せずにレジスタ、バッファに直接アクセスすることで同時にSPIを使用することができます。

HAL_GPIO_WritePin(CS_Port,CS_Pin,0);

//今回は6バイトの送受信を行うため、サイズに6を設定します。

MODIFY_REG(SPI1_HANDLE.Instance->CR2, SPI_CR2_TSIZE, 6);
MODIFY_REG(SPI2_HANDLE.Instance->CR2, SPI_CR2_TSIZE, 6);

//SPI通信有効化

__HAL_SPI_ENABLE(&SPI1_HANDLE);
__HAL_SPI_ENABLE(&SPI2_HANDLE);

//SPIスタート、マスタのみ
SET_BIT(SPI1_HANDLE.Instance->CR1, SPI_CR1_CSTART);//Only Master

//送信バッファに送信データを格納。なお、FIFIOは最大16Byte

for(size_t spiIndex=0;spiIndex<6;spiIndex++)
{

  *(__IO uint8_t *)&SPI1_HANDLE.Instance->TXDR = WriteData[0][spiIndex];
  *(__IO uint8_t *)&SPI2_HANDLE.Instance->TXDR = 0x00;

}

//送信後、受信バッファに格納されるまで待機

while ((SPI1_HANDLE.Instance->SR & SPI_FLAG_EOT) == RESET);

//受信バッファの読み出し

for(size_t spiIndex=0;spiIndex<6;spiIndex++)
{

   ReadData[0][spiIndex]=*(__IO uint8_t *)&SPI1_HANDLE.Instance->RXDR;
   ReadData[1][spiIndex]=*(__IO uint8_t *)&SPI2_HANDLE.Instance->RXDR;

}

//各エラーフラグクリア
SPI1_HANDLE.Instance->IFCR=0xFFFFFFFF;
SPI2_HANDLE.Instance->IFCR=0xFFFFFFFF;

//SPI通信無効化

__HAL_SPI_DISABLE(&SPI1_HANDLE);
__HAL_SPI_DISABLE(&SPI2_HANDLE);

HAL_GPIO_WritePin(CS_Port,CS_Pin,1);

HALライブラリを使用せずに直接SPIのレジスタ、バッファにアクセスすることで同時に複数のSPI通信する方法を紹介しました。STM32F4シリーズ等では送信受信でバッファが共通のDRレジスタとなっていましたが、STM32H7シリーズ等では送受信で個別のバッファとなっています。アナログデバイセズのサイトではADCの接続方法に限らず、様々なレポートが公開されており、非常に興味深いと思いました。