SPI接口概述

AT32的SPI接口提供軟件編程配置選項，根據軟件編程配置方式不同，可以分別作為SPI和I2S使用。 本文將分SPI和I2S分別介紹SPI接口作SPI或I2S的功能特性以及配置流程。

AT32 SPI特點：

可編程配置的全雙工或半雙工通信

--全雙工同步通信

--半雙工同步通信(可以根據軟件編程配置選擇傳輸方向：發送或接收)

可編程配置主/從模式

可編程配置的CS模式：硬件/軟件CS模式

可編程配置的時鐘極性和相位

可編程配置的數據傳輸順序(MSB/LSB)

可編程配置的錯誤中斷標志(CS脈沖異常，接收溢出錯誤，主模式錯誤，CRC校驗錯誤)

數據接收/發送均支持DMA

兼容TI的SSP協議(即TI模式)

AT32 I2S特點：

可編程配置的操作模式

--從設備發送

--從設備接收

--主設備發送

--主設備接收

可編程配置的時鐘極性

可編程配置的時鐘頻率(8KHz到192KHz)

可編程配置的數據位數(16位，24位，32位)

可編程配置的聲道位數(16位，32位)

可編程配置的音頻協議

--I2S飛利浦標準

--高字節對齊標準(左對齊)

--低字節對齊標準(右對齊)

--PCM標準(長幀/短幀)

支持I2S全雙工

支持DMA傳輸

在通訊期間可提供頻率固定為256倍Fs(音頻采樣頻率)的外設主時鐘

SPI功能介紹

本章主要介紹SPI基本功能，以及AT32 SPI的各種附加可配置選項。

SPI硬件接口

SPI接口定義如下：

CS：片選引腳(可選)。 通常由主機輸出，從機輸入。 后續CS管理章節作詳細介紹。

SCK：時鐘引腳。 由主機輸出，從機輸入。

MISO：主收從發引腳。 主機則作為接收數據引腳，從機則做為發送數據引腳。

MOSI：主發從收引腳。 主機則作為發送數據引腳，從機則作為接收數據引腳。

以下介紹幾種常見的SPI通信接線方式。

1)如下圖1，是單主單從、全雙工、CS硬件模式的應用接線示意圖。

圖1 SPI單主單從、全雙工、硬件CS管理接線示意

2)如下圖2，是單主單從、全雙工、CS軟件模式的應用接線示意圖。 在CS軟件管理模式下，無需使用CS引腳，主/從機的CS引腳都可以釋放給其他應用使用。 此時，從機對SWCSIL位清0或置1等效于“硬件CS模式”下的CS引腳輸入低電平和高電平。 主機則必須將SWCSIL位置1，以保證正確的處于主機模式。

圖2 SPI單主單從、全雙工、軟件CS管理接線示意

3)如下圖3，是單主多從全雙工接線示意。

主機使用普通I/O口1n輸出以驅動從機1n的片選CS，主機的SCK,MISO,MOSI和從機的SCK,MISO,MOSI引腳一對多連接。 此時SPI主機可以通過I/O1~n的選擇與多個從機進行分時通信。 此時從機必須使用硬件CS模式。 主機可以使用軟件CS模式，主機CS對應的引腳可以釋放給其他應用使用。

圖3 SPI單主多從、全雙工接線示意

4)如下圖4，AT32的SPI增加了SPI半雙工模式，此模式下只需要使用3線即可通信。

主機使用MOSI進行數據收/發。 當主機配置為半雙工發送模式(SLBEN=1，SLBTD=1)時，主機MOSI為輸出引腳，用于發送數據; 當主機配置為半雙工接收模式(SLBEN=1，SLBTD=0)時，主機MOSI為輸入引腳，用于接收數據。

從機使用MISO進行數據收/發。 當從機配置為半雙工發送模式(SLBEN=1，SLBTD=1)時，從機MISO為輸出引腳，用于發送數據; 當從機配置為半雙工接收模式(SLBEN=1，SLBTD=0)時，從機MISO為輸入引腳，用于接收數據。

圖4 SPI單主單從、半雙工接線示意

SPI數據接收和發送

如下圖5，用戶軟件程序可以讀和寫數據寄存器，其他部分全由硬件自動完成。

以全雙工，硬件CS管理，8bit數據格式為例。 收發一筆數據的流程如下：

作為SPI主機時：

軟件使能SPI(SPIEN=1)后，硬件控制CS引腳輸出低電平，以片選從機。 之后軟件往數據寄存器寫入數據，如下圖5的“軟件寫數據寄存器”處，相當于往發送緩沖器寫入待發送數據，之后硬件會自動將發送緩沖器的待發送數據搬運到移位寄存器。 同時將發送緩沖器空標志置1(TDBE=1)，以提醒軟件又可以往數據寄存器寫入下一筆待發送的數據。 之后硬件立即開始在SCK引腳上輸出時鐘信號，并在MOSI引腳上發出待發送數據的第一bit數據。 之后硬件從MISO引腳上讀取待接收數據的第一bit數據并放入移位寄存器中(移位寄存器由于之前發送了1bit數據，此時正好有一bit位置可以存放收到的數據)。 之后硬件會通過移位寄存器自動發送和接收剩下的7bit數據。 之后硬件會將移位寄存器中接收到的8bit數據搬運到接收緩沖器中，并將接收緩沖器滿標志置1(RDBF=1)，以提醒軟件可以通過讀取數據寄存器來讀取剛剛接收到的這筆數據。

作為SPI從機時：

軟件使能SPI(SPIEN=1)后，軟件往數據寄存器寫入數據，相當于往發送緩沖器寫入待發送數據，然后硬件會將發送緩沖器空標志清0(TDBE=0)，以提醒軟件此時發送緩沖器已有待發送數據了。 之后硬件檢測CS引腳和SCK引腳，等待來自主機的片選和時鐘信號。 檢測到片選和時鐘信號之后，硬件自動將發送緩沖器的待發送數據搬運到移位寄存器并在MISO引腳上發出待發送數據的第一bit。 同時將發送緩沖器空標志置1(TDBE=1)，以提醒軟件又可以往數據寄存器寫入下一筆待發送的數據。 之后硬件從MOSI引腳上讀取待接收數據的第一bit數據并放入移位寄存器中(移位寄存器由于之前發送了1bit數據，此時正好有一bit位置可以存放收到的數據)。 之后硬件根據在SCK上的時鐘信號，會在MISO和MOSI引腳上發送和接收剩下的7bit數據。 之后硬件會將移位寄存器中接收到的8bit數據搬運到接收緩沖器中，并將接收緩沖器滿標志置1(RDBF=1)，以提醒軟件可以通過讀取數據寄存器來讀取剛剛接收到的這筆數據。

也可以參考下一小節“SPI時序”來理解SPI收發邏輯。

圖5 SPI數據接收/發送框圖

SPI時序

本節介紹SPI通信時序。 包括全雙工和半雙工的主/從通信時序。

1、SPI全雙工時序

以全雙工、硬件CS管理、單主單從通信為例。

其中主機端相關配置如下：

MSTEN=1：設備為主機;

SLBEN=0：全雙工模式;

CLKPOL=0：SCK空閑輸出低電平;

CLKPHA=0：SCK第一個邊沿開始進行數據捕獲;

FBN=0：幀位個數為8bit;

SWCSEN=0，HWCSOE=1：使用硬件CS管理;

主機發送數據(MOSI)：0xAA,0xCC,0xAA;

從機發送數據(MISO)：0xCC,0xAA,0xCC。

主機端時序見下圖 6 ：

圖6 硬件CS管理-全雙工-主機通信時序

其中從機端相關配置如下：

MSTEN=0：設備為從機

SLBEN=0：全雙工模式;

CLKPOL=0：SCK空閑低電平

CLKPHA=0：SCK第一個邊沿進行數據捕獲

FBN=0：幀位個數為8bit

SWCSEN=0：使用硬件CS管理

主機發送數據(MOSI)：0xAA,0xCC,0xAA

從機發送數據(MISO)：0xCC,0xAA,0xCC

從機端時序見下圖 7 ：

圖7 硬件CS管理-半雙工-從機通信時序

2、SPI半雙工時序

半雙工時序下，有主機發送、從機接收、主機接收、從機發送4種模式。

1)以半雙工、硬件CS管理、主機發送-從機接收通信為例。

其中主機端相關配置如下：

MSTEN=1 ：設備為主機;

SLBEN=1 ：使能單線雙向半雙工模式;

SLBTD=1 ：發送模式;

CLKPOL=0：SCK空閑輸出低電平;

CLKPHA=0：SCK第一個邊沿開始進行數據捕獲;

FBN=0：幀位個數為8bit;

SWCSEN=0，HWCSOE=1：使用硬件CS管理;

主機發送數據：0xAA,0xCC,0xAA;

主機端時序見下圖 8 ：

圖8 硬件CS管理-半雙工-主發時序

其中從機端相關配置如下：

MSTEN=0：設備為從機;

SLBEN=1 ：使能單線雙向半雙工模式;

SLBTD=0 ：接收模式;

CLKPOL=0：SCK空閑低電平;

CLKPHA=0：SCK第一個邊沿進行數據捕獲;

FBN=0：幀位個數為8bit;

SWCSEN=0：使用硬件CS管理;

從機接收數據：0xAA,0xCC,0xAA;

從機端時序見下圖 9 ：

圖9 硬件CS管理-半雙工-從收時序

2)以半雙工、硬件CS管理、主機接收-從機發送通信為例。

其中主機端相關配置如下：

MSTEN=1 ：設備為主機;

SLBEN=1 ：使能單線雙向半雙工模式;

SLBTD=0 ：接收模式;

CLKPOL=0：SCK空閑輸出低電平;

CLKPHA=0：SCK第一個邊沿開始進行數據捕獲;

FBN=0：幀位個數為8bit;

SWCSEN=0，HWCSOE=1：使用硬件CS管理;

主機接收數據：0xAA,0xCC,0xAA;

主機端時序見下圖10：

此模式下，較為特別的是，SPI主機一旦使能(SPIEN=1)，就會連續不斷的輸出時鐘。 因此，主機在接收完需要接收的數據后，需要關閉SPI。 在本例中，接收完連續的3筆數據后，也就是下圖10的箭頭處，需要關閉SPI，輸出多余的時鐘。

另外，如下圖10，此模式下，BF標志始終為低。

圖10 硬件CS管理-半雙工-主收時序

其中從機端相關配置如下：

MSTEN=0：設備為從機;

SLBEN=1 ：使能單線雙向半雙工模式;

SLBTD=1 ：發送模式;

CLKPOL=0：SCK空閑低電平;

CLKPHA=0：SCK第一個邊沿進行數據捕獲;

FBN=0：幀位個數為8bit;

SWCSEN=0：使用硬件CS管理;

從機發送數據：0xAA,0xCC,0xAA;

從機端時序見下圖 11 ：

圖11 硬件CS管理-半雙工-從發時序

SPI數據收發方式

SPI的接收和發送如前文所述，是通過操作數據寄存器來完成的。 而根據操作數據寄存器的方法，SPI有以下3種數據接收發送方式。

輪詢方式

輪詢方式不需要使能SPI中斷和DMA。 只需要在main函數中不斷讀取STS寄存器，并判斷TDBE和RDBF標志是否置起，以確定何時向數據寄存器寫入待發送數據，何時從數據寄存器讀取接收到的數據。 比較耗費CPU資源，不建議使用此方式。 具體請參考“案例1--SPI全雙工輪詢方式通信”一節。

中斷方式

中斷方式需要開啟“發送數據緩沖器空中斷使能”和“接收數據緩沖器滿中斷使能”，即設置TDBEIE=1，RDBFIE=1。 并配置和使能SPI中斷。 之后在SPI中斷里進行數據的發送和接收，避免了輪詢方式的等待耗時，占用CPU資源相對較少。 具體請參考“案例4--SPI半雙工中斷方式通信”或“案例5--SPI半雙工中斷方式通信--加收發切換”一節。

DMA方式

DMA方式需要開啟SPI的DMA接收/發送功能(DMAREN=1，DMATEN=1)。 并配置DMA通道映射到SPI和使能DMA。 之后的接收和發送均由DMA完成，收/發過程不再需要軟件參與，不占用CPU資源。 具體請參考“案例2--SPI全雙工DMA方式通信”一節。

時鐘控制器

SPI協議采用同步傳輸。 作主機時，需要時鐘控制器產生通信時鐘用于SPI接口的數據收發，并且需要將該通信時鐘通過SCK引腳輸出給從機，用于從機的數據收發; 作從機時，需要外部提供通信時鐘，從SCK引腳輸入到SPI接口內部作為通信時鐘使用。 對用戶而言，可軟件配置的主要有極性、相位、分頻系數三個參數。

極性

SPI時鐘極性，即空閑時SCK引腳輸出的電平。 通過配置CLKPOL位來選擇SPI時鐘極性。

如下圖12：CLKPOL=0時，SCK空閑為低電平; CLKPOL=1時，SCK空閑為高電平。

圖12 時鐘極性對比

相位

SPI時鐘相位，即SPI數據捕獲邊緣。 通過配置CLKPHA位來選擇SPI時鐘極性。

如下圖13：

CLKPHA=0時，第一個邊沿為捕獲采樣邊沿。 在本例中(CLKPOL=0)，也就是上升沿為采樣沿; 相對的，本例中下降沿為驅動沿。

CLKPHA=1時，第二個邊沿為捕獲采樣邊沿。 在本例中(CLKPOL=0)，也就是下降沿為采樣沿; 相對的，本例中上升沿為驅動沿。

圖13 時鐘相位對比

分頻系數

SPI時鐘是從APB時鐘分頻得到的，通過配置MDIV[3：0]和MDIV3EN來選擇需要的分頻系數，以確定SPI時鐘。 分頻系數僅主機配置有效。 從機需要外部提供時鐘，因此此項配置無效。

CS管理

SPI CS包含硬件和軟件管理兩種模式，又根據主機/從機的不同，有不同的配置和應用場景。

在CS為輸入模式時(HWCSOE=0)，如下圖14，主機和從機均通過SWCSEN位來選擇SPI實際使用的CS信號來自軟件設置(SWCSIL)還是外部CS引腳電平。

在CS為輸出模式時(HWCSOE=1)，軟件CS模式相關配置無效。

圖14 SPI數據接收/發送框圖

以下分別列出了主機和從機在不同的CS管理模式下的狀態和應用場景。

主機CS管理：

下表1列出了幾種主機CS管理的配置及應用場景。

表1 SPI主機CS管理配置

注：“--”表示此項配置無效，建議保持默認配置。

從機CS管理：

下表2列出了從機CS管理的幾種配置和應用場景。 其中，從模式下HWCSOE配置無效，該位只在主模式下有效。

表2 SPI從機CS管理配置

注：“--”表示此項配置無效，建議保持默認配置。

CRC校驗

AT32 SPI具有獨立的發送和接收CRC計算單元，用戶可通過軟件配置使能此功能。 使能CRC校驗之后：硬件會對發送的數據進行CRC計算，并將計算得到的CRC校驗碼放在SPI_TCRC寄存器中，CRC校驗碼緊接在數據之后發送; 且硬件會在接收一筆數據時對接收到的數據進行CRC計算，并將計算得到的CRC校驗碼放在SPI_RCRC寄存器中，硬件會在一筆連續的數據接收完成后將最后接收到的CRC校驗碼與SPI_RCRC寄存器中的校驗碼進行比較，如果不符，CRC校驗錯誤位(CCERR)會置起，若使能了錯誤中斷(ERRIE=1)，將會產生中斷。

另外，SPI通信方式使用DMA和使用輪詢/中斷方式時，CRC功能的軟件操作步驟有區別，如下：

輪詢 /中斷方式：

①配置CRC多項式：配置SPI_CPOLY寄存器和需要通信的SPI一致(默認值為0x0007);

②使能CRC功能：CCEN=1;

③使能SPI：SPIEN=1;

④發送待發送的數據data_1~data_n;

⑤請求發送CRC校驗碼：NTC=1。

注：NTC置1的時間參考下圖15的⑤段，需要在最后一筆數據(data_n)寫入數據寄存器到發送完成之間。 實際編寫軟件代碼時，建議在data_n寫入數據寄存器之后立即將NTC置1。

⑥硬件自動在data_n發送完成后立即發送CRC校驗碼(此時無需軟件參與)。

輪詢方式使用CRC功能可參考“案例6--SPI CRC功能使用”。

圖15 CRC使用流程(輪詢/中斷方式)

DMA方式：

SPI在使用DMA方式通信時，不需要軟件代碼去設置請求發送CRC校驗碼，即不需要去置位NTC位。 具體步驟如下：

①配置DMA：請參考“案例2--SPI全雙工DMA方式通信”的DMA配置部分;

②配置CRC多項式：配置SPI_CPOLY寄存器和需要通信的SPI一致(默認值為0x0007);

③使能CRC功能：CCEN=1;

④使能SPI：SPIEN=1;

⑤數據及CRC接收完成后需關閉SPI和DMA，之后再開啟，準備下一次通信。

TI模式(TI SSP協議)

AT32 SPI接口支持TI SSP協議，即TI模式。 用戶可以通過將TIEN位置1來使能TI模式。

使能TI模式后，SPI接口將按照TI協議要求產生時鐘SCK，和片選信號CS。 也就是CS軟/硬件管理相關控制位、時鐘極性/相位相關控制位配置無效，請保持默認設置。 使能TI模式后，幀格式(8/16bit)配置、CRC校驗、DMA等功能仍然可以使用。

TI模式下，連續和不連續通信稍有區別。 連續通信時，只有第一筆數據發送時有一個dummy CLK; 不連續通信時，每筆數據都有一個dummy CLK。 參考下圖16和圖17。

TI模式連續通信時序圖見下圖16。 主機發送數據(MOSI)：0xAA,0xCC,0xAA; 從機發送數據(MISO)：0xCC,0xAA,0xCC。

圖16 TI模式連續通信時序圖

TI模式不連續通信時序圖見下圖17。 主機發送數據(MOSI)：0xAA,0xCC,0xAA; 從機發送數據(MISO)：0xCC,0xAA,0xCC。

圖17 TI模式不連續通信時序圖

注：AT32只有部分型號支持TI模式。 AT32F425/F435/F437等型號支持TI模式，AT32F403/F403A/F407/F413/F415等型號不支持TI模式。 具體請參考各型號的RM。

SPI錯誤

AT32的SPI有4種錯誤標志。 這4種錯誤標志共用一個錯誤中斷使能位(ERRIE)。 也就是當ERRIE=1時，產生以下4種錯誤的任一錯誤就會進入SPI錯誤中斷。

CSPAS--CS脈沖異常置位標志

在TI模式下，當SPI作從機使用時，SPI會在數據傳輸期間偵測非預期的CS脈沖，當發生CS脈沖異常置位錯誤，CSPAS被硬件置1，如果開啟了錯誤中斷使能(ERRIE=1)，則會產生錯誤中斷。 之后可以通過軟件讀SPI_STS清除該位。 當偵測到CS脈沖異常時，為避免數據錯誤，軟件應當關閉SPI從機，重新配置SPI主機，再打開SPI從機以重新開始通信。

注：僅在TI模式下，CSPAS錯誤標志才有效。

ROERR-- 接收器溢出錯誤標志

當SPI數據寄存器已暫存一筆待讀數據時，又收到一筆新數據，則會發生接收器溢出錯誤，ROERR被硬件置1，如果開啟了錯誤中斷使能(ERRIE=1)，則會產生錯誤中斷。 發生溢出錯誤之后，SPI_DT寄存器存放的是最早收到的那筆數據，發生溢出錯誤之后收到的數據都被丟棄。

之后依次讀取SPI_DT寄存器和SPI_STS寄存器可清除該標志位。

MMERR-- 主模式錯誤標志

參考“CS管理”一節，當SPI主機為CS輸入模式且CS引腳輸入低電平時，會產生主模式錯誤，MMERR位會被硬件置1，且硬件會強制SPI進入從機模式(MSTEN清0)并關閉SPI(SPIEN清0)。 如果開啟了錯誤中斷使能(ERRIE=1)，則會產生錯誤中斷。

清除MMERR標志位并從錯誤狀態恢復請嚴格按照以下步驟執行：

①拉高CS引腳電平;

②執行一次對SPI_STS寄存器的讀或寫操作;

③執行一次對SPI_CTRL1寄存器的寫操作; (不需要改變SPI_CTRL1的值，只需要寫這個動作)

④之后硬件會自動清除MMERR標志(此步驟不需要軟件代碼參與);

⑤之后軟件可根據需要重新配置主/從模式和使能SPI。

CCERR--CRC****校驗錯誤標志

當使能了CRC功能后，如果接收到的CRC校驗碼(發送方發送的校驗碼)和SPI_RCRC的校驗碼(接收方根據接收到的數據計算的校驗碼)不符，則硬件將CCERR位置1，如果開啟了錯誤中斷使能(ERRIE=1)，則會產生錯誤中斷。

由于發生了CRC校驗錯誤，軟件程序應當丟棄之前接收到的一筆數據，并重新通信。 軟件對CCERR位寫0可清除該標志位。

SPI中斷

如下圖18，SPI有一個全局中斷向量。 SPI中斷有三個中斷源：接收緩沖器滿、發送緩沖器空、通信錯誤(詳見上一節“SPI錯誤”)。 這三個中斷源分別有對應的使能位。

下圖中，3個中斷使能位定義如下：

RDBFIE：接收數據緩沖器滿中斷使能

TDBEIE：發送數據緩沖器空中斷使能

ERRIE：錯誤中斷使能

下圖中，5個標志位定義如下：

ROERR：接收器溢出錯誤

MMERR：主模式錯誤

CCERR：CRC校驗錯誤

RDBF：接收數據緩沖器滿

TDBE：發送數據緩沖器空

圖18 SPI中斷示意

I2S功能介紹

I2S硬件接口

I2S接口定義如下：

WS：聲道選擇。 由主機輸出，從機輸入。

CK：時鐘。 由主機輸出，從機輸入。

MCK：主時鐘輸出(可選)。 在通訊期間可提供頻率固定為256倍Fs的外設主時鐘，僅在作為主機時有效。

SD：數據。 主機/從機接收或發送數據均通過這個引腳。

以下是常見的I2S通信接線方式。

如下圖19，是I2S主發從收的接線示意圖。

圖19 I2S主發從收通信接線示意

如下圖20，是I2S主收從發的接線示意圖。

圖20 I2S主收從發通信接線示意

I2S數據接收和發送

I2S數據收發模塊和上文的SPI共用數據寄存器和DMA映射，如上圖5中的接收/發送緩沖器、移位寄存器也都是共用的，因此軟件代碼操作類似，請參考下文的I2S案例一節。 不過SPI默認是全雙工，而I2S默認是半雙工。 AT32也為用戶提供I2S全雙工功能，后文I2S全雙工一節詳細介紹。

I2S音頻協議

AT32的I2S支持以下4種標準協議：

飛利浦標準：STDSLE=0b00;

高字節對齊標準(左對齊)：STDSLE=0b01;

低字節對齊標準(右對齊)：STDSLE=0b10;

PCM標準：STDSLE=0b11。

其中PCM標準又分為：

1、PCM長幀同步：PCMFSSEL=1;

2、PCM短幀同步：PCMFSSEL=0。

下圖21在“16位數據-32位聲道格式”，I2S時鐘極性為低(I2SCLKPOL=0)條件下對比了幾種音頻標準一幀數據的通信時序。

飛利浦模式下：WS為低電平表示正在傳輸的聲道為左聲道，WS為高電平表示正在傳輸的聲道為右聲道。 數據左對齊，即高位對齊，低位的16個bit被硬件填充為0。

MSB標準下：WS為高電平表示正在傳輸的聲道為左聲道，WS為低電平表示正在傳輸的聲道為右聲道。 數據左對齊，即高位對齊，低位的16個bit被硬件填充為0。

LSB標準下：WS為高電平表示正在傳輸的聲道為左聲道，WS為低電平表示正在傳輸的聲道為右聲道。 數據右對齊，即低位對齊，高位的16個bit被硬件填充為0。

注：LSB標準下，數據發送順序還是高位在前。

PCM標準長幀下：沒有左右聲道之分，WS的脈沖代表同步信號而不是左右聲道。 WS脈沖長度為13個CK長度。

PCM標準短幀下：沒有左右聲道之分，WS的脈沖代表同步信號而不是左右聲道。 WS脈沖長度為1個CK長度。

圖21 I2S各音頻標準時序對比

I2S幀格式

AT32的I2S支持3種數據位個數選擇：

16位：I2SDBN=0b00

24位：I2SDBN=0b01

32位：I2SDBN=0b10

AT32的I2S支持2種聲道位個數選擇：

16位：I2SDBN=0

32位：I2SDBN=1

數據位個數和聲道位個數組合有以下4種幀格式：

①16位數據-16位聲道格式：I2SDBN=0b00，I2SDBN=0;

②16位數據-32位聲道格式：I2SDBN=0b00，I2SDBN=1;

③24位數據-32位聲道格式：I2SDBN=0b01，I2SDBN=1;

④32位數據-32位聲道格式：I2SDBN=0b10，I2SDBN=1;

上述的第②、③幀格式中，由于聲道位個數>數據位個數。 此時硬件會自動將多余的聲道位填充為0。 可參考上圖21中，“16位數據-32位聲道格式”的時序。

上述的①、②幀格式，在接收/發送數據時，僅需要讀取/寫入一次16bit的DT寄存器; 而③、④幀格式，在接收/發送數據時，需要讀取/寫入兩次16bit的DT寄存器。

I2S時鐘控制器

I2S 采樣率( Fs )

常見的音頻的采樣頻率有：192KHz、96kHz、48kHz、44.1kHz、32kHz、22.05kHz、16kHz、11.025kHz、8kHz等。 而實際上AT32的I2S可以產生以上范圍內的任何采樣率。

例如采樣率為192K，則表示每秒可傳輸192K幀音頻數據。 對于飛利浦/MSB/LSB標準而言，一幀音頻數據包含左、右通道兩筆16/32bit的數據; 對于PCM標準而言，一幀數據僅包含一筆16/32bit的數據。

I2S 時鐘( CK )和主時鐘( MCK )

如下圖22，I2S的時鐘從系統時鐘SCLK分頻得來。 不過使用I2S時仍然需要使能掛載在APB時鐘總線上的SPI接口時鐘(SPIxEN=1)，以用于I2S邏輯控制器等。

當需要輸出主時鐘(I2SMCLKOE=1)，聲道位個數為16bit(I2SDBN=0)時：

Fs=SCLK/[(162)((2*I2SDIV)+I2SODD)*8];

當需要輸出主時鐘(I2SMCLKOE=1)，聲道位個數為32bit(I2SDBN=1)時：

Fs=SCLK/[(322)((2*I2SDIV)+I2SODD)*4];

當不需要輸出主時鐘(I2SMCLKOE=0)，聲道位個數為16bit(I2SDBN=0)時：

Fs=SCLK/[(162)((2*I2SDIV)+I2SODD)];

當不需要輸出主時鐘(I2SMCLKOE=0)，聲道位個數為32bit(I2SDBN=1)時：

Fs=SCLK/[(322)((2*I2SDIV)+I2SODD)];

圖22 I2S時鐘

如下表3，示例了系統時鐘為240MHz時，配置192K的采樣率推薦的I2S時鐘配置方案。

表3 I2S時鐘配置方案示例

I2S全雙工

AT32F403A/F407/F435/F437/F425等型號支持I2S全雙工，AT32F403/F413/F415/F421等型號不支持I2S全雙工，具體請參考對應型號RM文檔。 不同型號MCU的I2S全雙工實現方式也有所區別，本文會分別介紹AT32F403A/F407/F435/F437和AT32F425的I2S全雙工功能。

AT32F403A/F407/F435/F437的I2S****全雙工

AT32F403A/F407/F435/F437為了支持I2S全雙工模式，額外例化了兩個I2S模塊(I2S2EXT，I2S3EXT)。 I2S2可與I2S2EXT組合在一起支持全雙工模式，I2S3可與I2S3EXT組合在一起支持全雙工模式。 代碼可參考“案例3—AT32F403A/F407/F435/F437 I2S全雙工DMA方式通信”。

在I2Sx可與I2SxEXT組成全雙工模塊時，I2Sx可配置為主或從模式，I2SxEXT只能配置為從模式。 I2SxEXT共享I2Sx的CK和WS，對應的有以下幾種配置方式：

I2Sx主發(OPERSEL=0b10); I2SxEXT從收(OPERSEL=0b01);

I2Sx主收(OPERSEL=0b11); I2SxEXT從發(OPERSEL=0b00)。

I2Sx從發(OPERSEL=0b00); I2SxEXT從收(OPERSEL=0b01);

I2Sx從收(OPERSEL=0b01); I2SxEXT從發(OPERSEL=0b00)。

注：I2S2EXT和I2S3EXT只用于I2S全雙工模式，而不能單獨使用。

圖23 I2S全雙工結構圖

AT32F425的I2S全雙工

AT32F425的I2S全雙工實現方式和AT32F403A/F407/F435/F437不同。 AT32F425可以通過設置SCFG_CFG2寄存器中的I2S_FD將兩個SPI組合在一起實現I2S全雙工。 代碼可參考“案例4—AT32F425 I2S全雙工DMA方式通信”。 CK和WS由I2S主導方提供，附屬方的CK和WS對應引腳可以釋放給其他功能使用。 根據I2S_FD配置，有以下幾種組合方式：

I2S_FD=0b00：I2S1~3各自獨立半雙工工作;

I2S_FD=0b01：I2S1和I2S3組成全雙工模式，其中I2S1為主導方，I2S3為附屬方。

I2S_FD=0b10：I2S2和I2S3組成全雙工模式，其中I2S2為主導方，I2S3為附屬方。

I2S_FD=0b11：I2S1和I2S2組成全雙工模式，其中I2S1為主導方，I2S2為附屬方。

圖24 I2S全雙工結構圖

I2S錯誤

ROERR-- 接收器溢出錯誤標志

此錯誤標志和SPI一樣，請參考前文“2.9.2 ROERR--接收器溢出錯誤標志”。

TUERR-- 發送器欠載錯誤標志位

在I2S從發模式下，如果在CK上檢測到了數據驅動沿，但新的發送數據并沒有被寫入數據寄存器，則會產生發送器欠載錯誤，此時硬件會將TUERR位置1。 軟件讀SPI_STS寄存器可清除該標志位。 此錯誤標志僅使用I2S時有效。

I2S中斷

I2S和SPI共用一個全局中斷向量，即下圖25的“I2S中斷”和上圖18中的“SPI中斷”共用同一個中斷向量。 I2S中斷有三個中斷源：接收緩沖器滿、發送緩沖器空、通信錯誤(詳見上一節“I2S錯誤”)。 這三個中斷源分別有對應的使能位。

下圖中，3個中斷使能位定義如下：

RDBFIE：接收數據緩沖器滿中斷使能(和SPI一樣)

TDBEIE：發送數據緩沖器空中斷使能(和SPI一樣)

ERRIE： 錯誤中斷使能(和SPI一樣)

下圖中，4個標志位定義如下：

ROERR：接收器溢出錯誤(和SPI一樣)

TUERR：發送器欠載錯誤(僅I2S有這個錯誤標志)

RDBF：接收數據緩沖器滿(和SPI一樣)

TDBE：發送數據緩沖器空(和SPI一樣)

圖25 I2S中斷示意

SPI案例

注：所有project都是基于keil5而建立，若用戶需要在其他編譯環境上使用，請參考

AT32xxx_Firmware_Library_V2.x.xprojectat_start_xxx emplates中各種編譯環境(例如IAR6/7,keil4/5)進行簡單修改即可。

案例1-SPI全雙工輪詢方式通信

功能簡介

實現SPI2和SPI3之間的全雙工輪詢通信。 接線如下：

SPI2 SPI3

PD1(短短板)<--->PC10(短單)

PC2(味噌)<--->PC11(味噌)

PD4(莫西)<--->PC12(莫西)

資源準備

1)硬件環境：

一塊AT32F437的AT-START BOARD

2)軟件環境：

projectat_start_f437examplesspifullduplex_polling

軟件設計

1)配置流程

配置SPI2和SPI3對應的GPIO;

配置SPI2和SPI3通信配置;

開始輪詢通信。

2)代碼介紹

main函數代碼描述

SPI通信配置函數代碼描述

SPI GPIO配置函數代碼描述

實驗效果

AT-START BOARD的LED2亮起，說明SPI2和SPI3通信正常。

案例2-SPI全雙工DMA方式通信

功能簡介

實現SPI2和SPI3之間的全雙工DMA通信。 接線如下：

SPI2 SPI3

PD1(短短板)<--->PC10(短單)

PC2(味噌)<--->PC11(味噌)

PD4(莫西)<--->PC12(莫西)

資源準備

1)硬件環境：

一塊AT32F437的AT-START BOARD

2)軟件環境：

projectat_start_f437examplesspimotorola_fullduplex_dma

軟件設計

1)配置流程

配置SPI2和SPI3對應的GPIO;

配置SPI2和SPI3的通信配置和DMA配置;

開始DMA通信。

2)代碼介紹

main函數代碼描述

SPI通信配置及DMA配置函數代碼描述

SPI GPIO配置函數代碼描述

實驗效果

AT-START BOARD的LED2亮起，說明SPI2和SPI3通信正常。

案例3-SPI只收通信

功能簡介

實現SPI2和SPI3之間的單向只收通信。 接線如下：

SPI2 SPI3

PD1(短短板)<--->PC10(短單)

PD4(莫西)<--->PC12(莫西)

資源準備

1)硬件環境：

一塊AT32F437的AT-START BOARD

2)軟件環境：

projectat_start_f437examplesspionly_receive_mode_polling

軟件設計

1)配置流程

配置SPI2和SPI3對應的GPIO;

配置SPI2和SPI3的通信配置;

開始輪詢通信。

2)代碼介紹

main函數代碼描述

SPI通信配置代碼描述

SPI GPIO配置函數代碼描述

實驗效果

AT-START BOARD的LED2亮起，說明SPI2和SPI3通信正常。

案例4-SPI半雙工中斷方式通信

功能簡介

實現SPI2和SPI3之間的半雙工通信。 接線如下：

SPI2 SPI3

PD1(短短板)<--->PC10(短單)

PC2(味噌)<--->PC12(莫西)

資源準備

1)硬件環境：

一塊AT32F437的AT-START BOARD

2)軟件環境：

projectat_start_xxxxexamplesspihalfduplex_interrupt

軟件設計

1)配置流程

配置SPI2和SPI3對應的GPIO;

設置SPI2和SPI3的中斷處理函數;

配置SPI2和SPI3的通信配置;

開始中斷通信。

2)代碼介紹

main函數代碼描述

中斷處理函數代碼描述

SPI通信配置函數代碼描述

SPI GPIO配置函數代碼描述

實驗效果

AT-START BOARD的LED2亮起，說明SPI2和SPI3通信正常。

案例5-SPI半雙工中斷方式通信-加收發切換

功能簡介

實現SPI2和SPI3之間的半雙工收發切換通信。 接線如下：

SPI2 SPI3

PD1(短短板)<--->PC10(短單)

PC2(味噌)<--->PC12(莫西)

資源準備

1)硬件環境：

一塊AT32F437的AT-START BOARD

2)軟件環境：

projectat_start_f437examplesspihalfduplex_transceiver_switch

軟件設計

1)配置流程

配置SPI2和SPI3對應的GPIO;

設置SPI2和SPI3的中斷處理函數;

配置SPI2和SPI3的通信配置;

開始中斷通信。

2)代碼介紹

main函數代碼描述

中斷處理函數代碼描述

SPI通信配置函數代碼描述

SPI GPIO配置函數代碼描述

實驗效果

AT-START BOARD的LED2亮起，說明SPI2和SPI3通信正常。

案例6-SPI CRC功能使用

功能簡介

實現SPI2和SPI3之間的全雙工通信和CRC校驗。 接線如下：

SPI2 SPI3

PD1(短短板)<--->PC10(短單)

PC2(味噌)<--->PC11(味噌)

PD4(莫西)<--->PC12(莫西)

資源準備

1)硬件環境：

一塊AT32F437的AT-START BOARD

2)軟件環境：

projectat_start_f437examplesspicrc_transfer_polling

軟件設計

1)配置流程

配置SPI2和SPI3對應的GPIO;

配置SPI2和SPI3通信配置;

開始輪詢通信和CRC校驗。

2)代碼介紹

main函數代碼描述

SPI通信配置函數代碼描述

SPI GPIO配置函數代碼描述

實驗效果

AT-START BOARD的LED2亮起，說明SPI2和SPI3通信正常。

案例7-SPI TI模式使用(TI SSP協議)

功能簡介

實現SPI2和SPI3之間的TI模式DMA通信。 接線如下：

SPI2 SPI3

PD0(CS)<--->PA4(CS)

PD1(短短板)<--->PC10(短單)

PC2(味噌)<--->PC11(味噌)

PD4(莫西)<--->PC12(莫西)

資源準備

1)硬件環境：

一塊AT32F437的AT-START BOARD

2)軟件環境：

projectat_start_f437examplesspi i_fullduplex_dma

軟件設計

1)配置流程

配置SPI2和SPI3對應的GPIO;

配置SPI2和SPI3的通信配置和DMA配置;

開始DMA通信。

2)代碼介紹

main函數代碼描述

SPI通信配置及DMA配置函數代碼描述

SPI GPIO配置函數代碼描述

實驗效果

AT-START BOARD的LED2亮起，說明SPI2和SPI3通信正常。

案例8-SPI讀寫FLASH(W25Q128)

功能簡介

實現SPI2讀/寫flash(w25q128)。 接線如下：

SPI2 W25Q128

PD0(CS)<--->CS 引腳

PD1(單片)<--->CLK引腳

PC2(味噌)<--->引腳

PD4(MOSI)<--->DO引腳

資源準備

1)硬件環境：

一塊AT32F437的AT-START BOARD和w25q128電路板

w25q128建議電路如下圖26：

圖26 w25q128建議電路

2)軟件環境：

projectat_start_f437examplesspiw25q_flash

軟件設計

1)配置流程

配置SPI2和對應GPIO;

讀取flash ID;

擦除flash扇區;

向flash寫入數據;

讀取上一步flash寫入數據的區域。

2)代碼介紹

main函數代碼描述

spi接口配置函數和gpio配置函數代碼描述

flash擦除函數代碼描述

flash讀數據函數代碼描述

flash讀ID函數代碼描述

flash寫函數代碼描述

實驗效果

AT-START BOARD的LED2亮起，說明SPI2和FLASH通信正常。

案例9-SPI使用jtag引腳的配置

功能簡介

實現SPI2和SPI3之間，使用特殊的jtag引腳的全雙工輪詢通信。 接線如下：

SPI2 SPI3

PD0(CS)<--->PA15(CS)

PD1(sck)<--->pb3(sck)

PC2(味噌)<--->PA13(味噌)

PD4(運動)<--->PA14(運動)

資源準備

1)硬件環境：

一塊AT32F437的AT-START BOARD

2)軟件環境：

projectat_start_f437examplesuse_jtagpin_hardwarecs_dma

軟件設計

注意：本文僅介紹了AT32F435/F437的SPI使用jtag引腳的配置，其他型號的使用配置稍有不同，請參照對應型號的BSP使用。

1)配置流程

配置SPI2和SPI3對應的GPIO;

配置SPI2和SPI3通信配置;

開始輪詢通信。

2)代碼介紹

main函數代碼描述

SPI通信配置函數代碼描述

SPI GPIO配置函數代碼描述

實驗效果

AT-START BOARD的LED2亮起，說明SPI2和SPI3通信正常。

I2S案例

案例1-I2S半雙工DMA方式通信

功能簡介

實現I2S2和I2S3之間的半雙工DMA通信。 接線如下：

I2S2 I2S3

PD0(WS)<--->PA4(WS)

PD1(CK)<--->PC10(CK)

PD4(標清)<--->PC12(標清)

資源準備

1)硬件環境：

一塊AT32F437的AT-START BOARD

2)軟件環境：

projectat_start_f437examplesi2shalfduplex_dma

軟件設計

1)配置流程

配置I2S2和I2S3對應的GPIO;

配置I2S2和I2S3的通信配置和DMA配置;

開始DMA通信。

2)代碼介紹

main函數代碼描述

I2S配置及DMA配置函數代碼描述

GPIO配置函數代碼描述

實驗效果

AT-START BOARD的LED2亮起，說明I2S2和I2S3通信正常。

案例2-I2S半雙工中斷方式通信

功能簡介

實現I2S2和I2S3之間的半雙工中斷方式通信。 接線如下：

I2S2 I2S3

PD0(WS)<--->PA4(WS)

PD1(CK)<--->PC10(CK)

PD4(標清)<--->PC12(標清)

資源準備

1)硬件環境：

一塊AT32F437的AT-START BOARD

2)軟件環境：

projectat_start_f437examplesi2shalfduplex_interrupt

軟件設計

1)配置流程

配置I2S2和I2S3對應的GPIO;

配置I2S2和I2S3的通信配置;

安排中斷功能;

開始中斷通信。

2)代碼介紹

main函數代碼描述

I2S配置函數代碼描述

I2S中斷配置函數代碼描述

GPIO配置函數代碼描述

實驗效果

AT-START BOARD的LED2亮起，說明I2S2和I2S3通信正常。

案例3-AT32F403A/F407/F435/F437 I2S全雙工DMA方式通信

功能簡介

實現I2S2和I2S3之間的全雙工DMA通信。 接線如下：

I2S2 I2S3

PD0(WS)<--->PA4(WS)

PD1(短短板)<--->PC10(短單)

PC2(ext_sd)Rx<--->pc11(ext_sd)TX

PD4(SD)TX<--->PC12(SD)RX

資源準備

1)硬件環境：

一塊AT32F437的AT-START BOARD

2)軟件環境：

projectat_start_xxxxexamplesi2sfullduplex_dma

軟件設計

1)配置流程

配置I2S2和I2S3對應的GPIO;

配置I2S2和I2S3的通信配置和DMA配置;

開始DMA通信。

2)代碼介紹

main函數代碼描述

I2S配置及DMA配置函數代碼描述

GPIO配置函數代碼描述

實驗效果

AT-START BOARD的LED2亮起，說明I2S2和I2S3全雙工通信正常。

案例4-AT32F425 I2S全雙工DMA方式通信

功能簡介

實現I2S1和I2S2組成一個全雙工I2S，組成的全雙工I2S接口定義如下：

PA4(ws)

PA5(CK)

PA6(MCK)

PA7(SD TX)

PB14(ext_sd 接收)

由于AT32F425只有3個spi(I2S)，只能組成一個全雙工I2S，所以不能在同一塊AT-START上用兩個全雙工I2S進行通信。 所以本案例使用一個全雙工I2S進行自收自發通信，接線如下：

PA4(ws)<--->NC

PA5(ck)<--->NC

PA6(MCK)<--->NC

PA7(標清)<--->PB14(ext_sd)

用戶也可以準備兩塊AT-START板子對測。 使用兩塊板子時，需要注意一塊AT-START配置為主機，一塊AT-START配置為從機。 本案例中的代碼僅展示配置為主機，在一塊AT-START上進行自發自收的配置。

資源準備

1)硬件環境：

一塊AT32F425的AT-START BOARD

2)軟件環境：

projectat_start_f425examplesi2sfullduplex_dma

軟件設計

1)配置流程

配置I2S1和I2S2對應的GPIO;

配置I2S1和I2S2的通信配置和DMA配置;

開始DMA通信。

2)代碼介紹

main函數代碼描述

I2S配置及DMA配置函數代碼描述

GPIO配置函數代碼描述

實驗效果

AT-START BOARD的LED2亮起，說明I2S全雙工通信正常。

案例5-I2S和SPI功能切換通信

功能簡介

實現SPI2和SPI3之間通信切換到I2S2和I2S3之間通信。 接線如下：

SPI2/I2S2 SPI3/I2S3

PD0(CS/WS)<--->PA15(CS/WS)

PD1(sck/ck)<--->pb3(sck/ck)

PD4(莫西/標清)<--->PB5(莫西/標清)

資源準備

1)硬件環境：

一塊AT32F437的AT-START BOARD

2)軟件環境：

projectat_start_f437examplesi2sspii2s_switch_halfduplex_polling

軟件設計

1)配置流程

配置SPI2/I2S2和SPI3/I2S3對應的GPIO;

配置I2S2和I2S3的通信配置(主發從收);

開始I2S2和I2S3的輪詢通信，并核對數據;

配置SPI2和SPI3的通信配置(SPI3為主機半雙工只發; SPI2為從機單向只收);

開始SPI2和SPI3的輪詢通信，并核對數據;

配置I2S2和I2S3的通信配置(主收從發);

開始I2S2和I2S3的輪詢通信，并核對數據。

2)代碼介紹

main函數代碼描述

I2S配置函數代碼描述

SPI配置函數代碼描述

GPIO配置函數代碼描述

實驗效果

AT-START BOARD的LED2亮起，說明I2S2和I2S3通信正常，SPI2和SPI3也通信正常。

審核編輯：湯梓紅