STM32で遊ぶ (11) - SPI

I2C接続のOLEDと同様にSPI接続のOLEDも表示させてみました。
OLEDのコントローラーはSH1106になります。

SPI信号は
　SPI1_NSS
　SPI1_SCK
　SPI1_MOSI
の3本を使用しました。

データシートより各信号のピン番号を調べると
　PA4
　PA5
　PA7
に割り当たっています。
https://www.st.com/ja/microcontrollers-microprocessors/stm32f446re.html

また、ボード(NUCLEO-F446RE)上の端子位置はこちらのデータシートより調べます。
https://www.stmcu.jp/design/hwdevelop/nucleo/51836/

OLEDへは送信のみなので、それほど複雑な設定は必要無いのですが、データとクロックエッジの関係は適切に設定する必要がありました。

SH1106のデータシートによると、クロック(SCL)とデータ(SI)の関係はこのように記載されています。

RM0390 - Reference manualによりますとSPI_CR1レジスタの「CPHA」と「CPOL」の組み合わせで4パターンのタイミングを作ることができますので、どちらも「1」を設定することでSH1106向けのタイミングとなります。

また、SCK周波数はSPIが接続されているAPB2が90MHzなのでSPI_CR1レジスタのBRへ0x7を設定することで256分周で約350KHzとしています。

使用したSPL関数は、データ送信のSPI_I2S_SendDataと、ステータスリードのSPI_I2S_GetFlagStatusの2つのみです。

void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data);
FlagStatus SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t SPI_I2S_FLAG);

ほか、OLEDに対するDCとRESは
　PB4 (DC)
　PB5 (RES)
を使用しました。
※ 後で気が付いたのですが、PB4はデバッガのリセットとしても使用されているのでブレークやステップ実行を行う際はPB6などに変更した方が良いです。

以上の設定で、いつもの馬の表示プログラムで組み上げてみました。

▶main.c

#include "stm32f4xx.h"
#include "stm32f4xx_spi.h"

extern unsigned char oled_data[8][1024];

int main(void){

  // Clock Enable
  RCC->AHB1ENR |= (RCC_AHB1ENR_GPIOBEN | RCC_AHB1ENR_GPIOAEN);
  RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_SPI1EN;

  // PB4 - DC
  // PB5 - RES
  GPIOB->MODER  = ((0x1 << 10) | (0x1 << 8));  // Output mode
  GPIOB->PUPDR  = ((0x0 << 10) | (0x0 << 8));  // No-pull
  GPIOB->OTYPER = ((0x0 <<  5) | (0x0 << 4));  // Output push-pull

  // PA4 - SPI1_NSS
  // PA5 - SPI1_SCK
  // PA7 - SPI1_MOSI
  GPIOA->MODER  |= ((0x2<<14)|(0x2<<10)|(0x2<< 8));  // Alternate function mode
  GPIOA->PUPDR  |= ((0x0<<14)|(0x0<<10)|(0x0<< 8));  // No-Pull
  GPIOA->OTYPER |= ((0x0<< 7)|(0x0<< 5)|(0x0<< 4));  // Output push-pull
  GPIOA->AFR[0] |= ((0x5<<28)|(0x5<<20)|(0x5<<16));  // AF5

  SPI1->I2SCFGR = ((0x0 << 12) & SPI_I2SCFGR_ASTRTEN) |
                  ((0x0 << 11) & SPI_I2SCFGR_I2SMOD)  |  // SPI mode (0:SPI / 1:I2S)
                  ((0x0 << 10) & SPI_I2SCFGR_I2SE)    |
                  ((0x0 <<  9) & SPI_I2SCFGR_I2SCFG)  |
                  ((0x0 <<  7) & SPI_I2SCFGR_PCMSYNC) |
                  ((0x0 <<  4) & SPI_I2SCFGR_I2SSTD)  |
                  ((0x0 <<  3) & SPI_I2SCFGR_CKPOL)   |
                  ((0x0 <<  1) & SPI_I2SCFGR_DATLEN)  |
                  ((0x0 <<  0) & SPI_I2SCFGR_CHLEN);

  SPI1->CR2     = ((0x0 << 7) & SPI_CR2_TXEIE)        |  // Tx buffer empty interrupt enable
                  ((0x0 << 6) & SPI_CR2_RXNEIE)       |  // Rx buffer empty interrupt enable
                  ((0x0 << 5) & SPI_CR2_ERRIE)        |  // Error interrupt enable
                  ((0x0 << 4) & ((uint8_t)0x10))      |  // Frame format (0:Motorola / 1:TI)
                  ((0x1 << 2) & SPI_CR2_SSOE)         |  // SS output enable
                  ((0x0 << 1) & SPI_CR2_TXDMAEN)      |  // Tx buffer DMA enable
                  ((0x0 << 0) & SPI_CR2_RXDMAEN);        // Rx buffer DMA enable

  SPI1->CR1     = ((0x1 << 15) & SPI_CR1_BIDIMODE)    |  // 1-line bidirectional data mode selected
                  ((0x1 << 14) & SPI_CR1_BIDIOE)      |  // Output enabled (transmit-only mode)
                  ((0x0 << 13) & SPI_CR1_CRCEN)       |  // CRC Disable
                  ((0x0 << 12) & SPI_CR1_CRCNEXT)     |
                  ((0x0 << 11) & SPI_CR1_DFF)         |  // 8-bit data frame format
                  ((0x0 << 10) & SPI_CR1_RXONLY)      |
                  ((0x0 <<  9) & SPI_CR1_SSM)         |  // Software slave management disabled
                  ((0x0 <<  8) & SPI_CR1_SSI)         |
                  ((0x0 <<  7) & SPI_CR1_LSBFIRST)    |  // MSB first
                  ((0x1 <<  6) & SPI_CR1_SPE)         |  // SPI Enable
                  ((0x7 <<  3) & SPI_CR1_BR)          |  // 90M / 256 = 350KHz
                  ((0x1 <<  2) & SPI_CR1_MSTR)        |  // Master
                  ((0x1 <<  1) & SPI_CR1_CPOL)        |  // Reference manual Figure 311
                  ((0x1 <<  0) & SPI_CR1_CPHA);          // Reference manual Figure 311

  // Reset De-assert --> Assert --> De-assert
  GPIOB->ODR |=  (0x1 << 5); for(int i=0; i<200; i++){ asm("nop"); }
  GPIOB->ODR &= ~(0x1 << 5); for(int i=0; i<200; i++){ asm("nop"); }
  GPIOB->ODR |=  (0x1 << 5); for(int i=0; i<200; i++){ asm("nop"); }

  GPIOB->ODR &= ~(0x1 << 4);  // Command
  // Display On
  SPI_I2S_SendData(SPI1, 0xaf); while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_BSY));

  while(1){
    for(int j=0; j<8; j++){

      for(int p=0; p<8; p++){
        GPIOB->ODR &= ~(0x1 << 4);  // Command
        // Column
        SPI_I2S_SendData(SPI1, 0x10); while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_BSY));
        SPI_I2S_SendData(SPI1, 0x02); while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_BSY));
        // Page
        SPI_I2S_SendData(SPI1, (0xb0 | (uint16_t)(p))); while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_BSY));

        GPIOB->ODR |= (0x1 << 4);  // Data
        for(int i=0; i<128; i++){
          SPI_I2S_SendData(SPI1, oled_data[j][128 * p + i]);
          while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_BSY));
        }
      }

    }
  }

  return(0);
}

問題なく動きました。

ついでに先日購入した激安USBロジアナで波形を観測してみました。

SCKも約350KHzで想定通りの周波数になっています。

最後に、今までSPI OLEDのリセットは適当な時間でアサートしていましたが、この機会にきちんと調べてみました。
SH1106のデータシートによると、アサート時間10usec以上、デアサート時間2usec以上と記載されています。

プログラムではnopを200回入れて、アサートとデアサート時間を作っています。

GPIOB->ODR &= ~(0x1 << 5); for(int i=0; i<200; i++){ asm("nop"); }
GPIOB->ODR |=  (0x1 << 5); for(int i=0; i<200; i++){ asm("nop"); }

ロジアナで調べると14.5usecあるので問題なさそうです。

[参考記事]

• OLED 0.96インチで遊ぶ (1) - SSD1306
• OLED 0.96インチで遊ぶ (6) - PICから表示
• OLED 0.96インチで遊ぶ (7) - PICから表示
• STM32で遊ぶ (2) - SW4STM32
• STM32で遊ぶ (5) - クロック構成
• STM32で遊ぶ (6) - GPIO AFモード