AutoSAR SPI

1 基础概念

        此章节主要描述一些SPI和AutoSAR SPI得基本概念。在解读和设计之前，我们需要清楚这些基本概念（对SPI有接触，前往第二章节）。

1.1 SPI

        SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种同步的串行通信协议，用于在微控制器与外部设备（如传感器、存储器、显示器等）之间进行数据交换。SPI协议由摩托罗拉（Motorola）最早提出，并被广泛应用于各种嵌入式系统中。

SPI通过四个主要的信号线进行通信：

MOSI (Master Out Slave In)：主设备输出，从设备输入。数据从主设备传输到从设备。

MISO (Master In Slave Out)：主设备输入，从设备输出。数据从从设备传输到主设备。

SCK (Serial Clock)：时钟信号，由主设备产生，控制数据的传输速率。

SS/CS (Slave Select/Chip Select)：从设备选择信号，告诉从设备通信开始。

示例：主设备 MCU，从设备 Peripheral。

传输属性：

1 片选极性（CS/SS Polarity）：

        总线IDLE下，CS默认电平，由该配置确定哪种电平表示通讯。当主设备将CS拉低（或拉高）时，表示通信开始，拉高（或拉低）时通信结束。

2 时钟极性（CPOL，Clock Polarity）：

        时钟极性决定时钟信号（SCK）在空闲状态下得电平。

        CPOL = 0 SCK 默认低电平

        CPOL = 1 SCK 默认高电平

        该配置与CPHA一起决定采样边沿设置，详细见CPHA。

3 时钟相位（CPHA，Clock Phase）：

        时钟相位决定数据在时钟的哪个边沿被采样（上升沿或下降沿）。

        CPHA = 0 数据在时钟信号的第一个边沿被采样

        CPHA = 1 数据在时钟信号得第二个边沿被采样

        当CPOL = 0，表示SCK默认为低电平，若CPHA = 0，表示在SCK第一个边沿采样，即SCK在低电平时，产生得第一个边沿必定是高电平，所以CPOL=0 CPHA=0，数据采样边沿为上升沿，那么数据切换边沿为下降沿。

        CPOL与CPHA可组成四种形式，详细波形见示例图。

4 位序（Bit Order）：

        位序决定数据在SPI总线上传输时的位顺序，通常有两种方式：

        MSB（Most Significant Bit）先传输：最高有效位（MSB）首先发送，最低有效位（LSB）最后发送。

        LSB（Least Significant Bit）先传输：最低有效位（LSB）首先发送，最高有效位（MSB）最后发送。

        取值：MSB First / LSB First。

5 数据宽度（Data Width）：

        数据宽度指每次传输的数据位数。SPI协议支持可变的数据宽度，通常是8位（一个字节），根据不同的硬件平台，宽度可以在1到32位之间配置。

波形示例：

2 AutoSAR SPI

2.1 定义

        对于通信而言，目的只有一个，将某段数据发送出去。

        其重点无非两处：数据、发出去（或收回来）

        在AutoSAR中，SpiDriver被赋予更多特性和定义，我们先看下最基础得定义。

        从数据结构上，AutoSAR定义了Sequence、Job、Channel得概念。

        从传输方式上，AutoSAR定义了Asynchronous和Synchronous得传输方式。

2.1.1 Structure

        在这里我们讲着重介绍AutoSAR得数据结构。

        Sequence、Job、Channel是AutoSAR下得数据结构实例，暂时我们可以认定这之间是一种包含关系（后续澄清）。

        （Sequence 和 Job 主要用于搭建数据和发送间得关系，并不存放真实数据）

AutoSAR SWS示例：

示例结构：

1，Channel

        Channel我们可以理解为一个数据缓冲区，实际数据得载体，接收和发送得数据均由Channel缓存。

2，Job

        Job 包含 一个或多个 Channel，以及链接一个ExternalDevice（Spi硬件配置）。

3，Sequence

        Sequence 包含一个或多个 Job，是传输得实例，即收发数据接口参数是 SequenceID。

这里列举一个收发数据得实例：

        通过SyncTransmit接口发送Sequence 0 和 Sequence 1

        SyncTransmit（0）及 SyncTransmit （1）得发送过程：

        在这里我们产生一些疑问：

        1，在发送Sequence 0时，使用了哪个SPI？

        2，CPOL，CPHA在哪里设置？

        3，片选在哪里设定？

        在AutoSAR 配置项中，通过ExternalDevice配置硬件特性，包括SpiHardUnit选择，CPOL、POHA配置等，ExternalDevice同Seq、Job等一至，可配置一到多。

        在Job配置中，除了链接Channel，还会链接ExternalDevice。也就是说，同一个Job下得所有Channel数据发送，具有相同得硬件属性。

        需要注意，每个Job仅能有一种ExternalDevice属性

如图：

        Job 0 收发数据继承ExternalDevice 0 所有硬件属性。

        Job 1 、Job 2 收发数据集成ExternalDevice 1 所有硬件属性。

        所以，在不同Job之间可配置不同 Chip Select、CPOL、CPHA 等。

这种方式可以固定或交叉构成多种格式配置。

重点：澄清上面得一件事情。

Sequence、Job、Channel 间并不存在真实得包含关系，他们是并列得，这些定义，以及ExternalDevice得配置均通过链接得方式，构建成联系。

在AutoSAR中，Spi得Sequence ID、Job ID等，都具有唯一标识。

他们可根据配置需求交叉索引。

每个Sequence具有唯一得JobList，Sequence 通过 JobList 链接必要得Job。

每个Job具有唯一得ChannelList，Job 通过 ChannelList 链接必要得Channel。

2.1.2 Function

        在AutoSAR中，Spi已经从数据结构上被抽象出Sequence、Job 和 Channel得概念，因此收发数据仅有唯二得两个接口：Spi_AsyncTransmit 和 Spi_SyncTransmit，他们仅有一个统一得参数 Sequence ID。

Std_ReturnType Spi_AsyncTransmit( Spi_SequenceType Sequence )

Std_ReturnType Spi_SyncTransmit( Spi_SequenceType Sequence )

       （两接口差异，我们会在后面展开描述）

        由上述章节，我们知道传输某个Sequence，实际是将该Sequence下所有Channel中数据发送出去。那随之而来得一个问题，我们得数据，如何被放置于Channel中？在AutoSAR中，提供了三个接口，来处理这个过程。

Std_ReturnType Spi_WriteIB( 
    Spi_ChannelType Channel, 
    const Spi_DataBufferType* DataBufferPtr ) 

Std_ReturnType Spi_ReadIB( 
    Spi_ChannelType Channel, 
    Spi_DataBufferType* DataBufferPointer ) 

Std_ReturnType Spi_SetupEB( 
    Spi_ChannelType Channel, 
    const Spi_DataBufferType* SrcDataBufferPtr, 
    Spi_DataBufferType* DesDataBufferPtr,  Spi_NumberOfDataType Length ) 

这里要补充一个Channel相关知识点

AutoSAR 制定了两种 Channel 类型，IB & EB。

IB：内部分配缓冲区，即配置创建Channel时，自动生成对应得内存。

EB：外部缓冲区，用户通过接口将已有的缓冲区指针绑定到Channel上。

        通俗得讲，IB缓冲区在配置过程自动生成，用户直接通过两个接口读写缓冲区。EB缓冲区为用户创建得数组或内存段，通过SetupEB讲内存地址指针注册到Channel中，Spi在传输过程中，直接去缓冲区地址内读写。

我们举例一个实际得数据接收发送过程：

Eeample.A : IB-Sync

Eeample.B : EB-Sync

Eeample.C : IB&EB-Sync

2.1.3 传输模式

        AutoSAR SPI规定了两种传输方式，同步传输（SyncTransmit）和异步传输（AsyncTransmit）。直白得讲，同步传输接口会阻塞等待传输完成，才退出接口调用；而异步传输仅挂起传输任务，随后退出接口调用。

异步传输在启动传输或挂起传输后，立即退出当前程序，传输过程由IRQ或Main Function调度。

2.2 机制

        该章节主要阐述不同得异步传输过程。包括IRQ，Main Function，DMA。

1，通过AsyncTransmit接口发送数据，若当前SPI为IDLE状态时，启动传输，发送Sequence下的第一个Job，进入JobTransmit；若当前状态为BUSY，则不应该去干扰正在发送得消息，将准备发送的Sequence加入到发送队列中。

2，JobTransmit过程，已知Job中包含特有的硬件属性，这个过程初始化硬件模块，准备发送JobList下第一个Channel数据。

3，ChannelTransmit过程，获取Channel中数据（IB EB存在方式不同），准备数据传输。

4，对于IRQ方式传输，需要CPU将数据Copy到TFIFO中，等待数据传输及产生中断。

5，当产生中断后，读取RFIFO值到接收缓冲区，同时判断当前Channel数据是否传输完成，若未完成，继续copy数据到TFIFO。

6，在中断时，发现当前Channel数据已发送完成，则回调Job层接口，准备发送下一个Channel数据（当前Job包含多个Channel）。

7，同理，当前Job中Channel全部传输完成后，通知JobEnd接口，通过回调上层接口，准备发送下一个Job数据。

8，以此类推，直至发送队列为空。

DMA传输方式与IRQ方式得上层相同，唯一不同位置在Write FIFO过程。DMA不需要管理Channel下数据发送过程，每次DMA传输Callback都标志着一个Channel数据发送成功，可直接选择处理下一个Channel数据发送。

2.3 实现