i.MX RT1010之FlexIO模拟SSI外设

恩智浦的i.MX RT1010是跨界处理器产品，作为i.MX RT跨界MCU系列的一个新的切入点，i.MX RT1010是成本最低的LQFP封装方式与i.MX RT系列产品一贯的高性能和易用性的结合产物。

i.MX RT1010处理器基于ARM Cortex-M7平台，它具有较高的CPU性能和最佳的实时响应，并具有丰富的外设资源。其中FlexIO是一个高度可配置的模块，能够模拟多种不同的通信协议，包括UART， I2C， SPI， I2S等。本文介绍如何利用i.MX RT1010的FlexIO外设来模拟SSI接口。

一、SSI介绍

SSI全称Synchronous Serial Interface，即同步串行接口。本文中，i.MX RT1010的FlexIO外设要模拟的SSI接口是一种能够与Texas Instruments（德州仪器，TI）同步串行接口的器件进行同步串行通信的主机或从机接口，它的单次传输通信格式如下所示。

二、硬件平台

本应用笔记主要介绍如何使用FlexIO模块模拟SSI接口。整个demo基于如下所示的i.MX RT1010 EVK板子进行开发。

为了模拟同步串行接口（SSI）的master（例如控制器）和slave（例如传感器）之间的通信，在此演示中使用了两块i.MXRT1010 EVK板子。 一块板用于模拟SSI master设备，另一块板用于模拟SSI slave设备。另外，为了能够成功演示该demo，需要对i.MX RT1010 EVK板子进行如下操作和改动。

SSI master板子和SSI slave板子之间按如下关系连接：

引脚名称	Master 板子	--------	Slave板子	Slave板子
SSI_RX	J26-4	<------>	SSI_TXJ26-8	J26-6
SSI_TX	J26-6	<------>	SSI_RX	J26-4
SSI_CLK	J26-8	<------>	SSI_CLK	J26-8
SSI_Fss	J56-10	<------>	SSI_Fss	J56-10
GND	J1-10	<------>	GND	J1-10

在i.MX RT1010上，FLEXIO共有27个引脚。 在本应用中，有4根FlexIO引脚分别用于模拟SSI_Fss引脚，SSI_RX引脚，SSI_TX引脚和SSI_CLK。 下表给出了这4根FlexIO引脚及板子对应的位置。

FlexIO Pin	Pin Location
flexio1.FLEXIO23	J26-4
flexio1.FLEXIO24	J26-6
flexio1.FLEXIO28	J26-8
flexio1.FLEXIO00	J56-10

对板子进行一些改动：

• 去掉电阻R792，并在RT1010 EVK板R800处焊接0Ω电阻。
• 将ISP拨码开关SW8更改为0b0010模式。
• 将J1-3和J1-4引脚用短路帽连接，然后将USB线插到板上的J41进行电源。

下面就是搭建完毕的硬件演示平台。

三、SSI模拟

3.1 FlexIO介绍

FlexIO是高度可配置的模块，支持各种协议，包括但不限于UART，I2C，SPI，I2S这几种，并提供多种功能，例如：

• 高度灵活的16位定时器，支持各种内部或外部触发，复位，使能和禁用条件。

• 可编程的与总线时钟无关的波特率，在stop模式下支持异步操作。

• 支持中断，DMA或轮询的发送/接收操作。

• 用于并行接口支持的1、2、4、8、16或32位的移位宽度。

• 具有发送，接收，数据匹配模式的32位移位寄存器阵列，双缓冲移位器可实现连续的数据传输。

FlexIO是一个非常灵活的模块。对于固定的时序模拟，其配置方法不是唯一的。通过不限数量的定时器和移位器，以及不同组合的多种配置方法可以实现同样的效果。本应用中分别介绍了一种实现SSI master和SSI slave的配置方法。

3.2 SSI master配置

总共使用两个Timer，两个Shifter用于模拟SSI master设备。Timer0用于产生SSI_CLK信号，Timer1用于产生SSI_Fss信号。Shifter0连接到SSI_TX引脚，并在SSI_Clk的每个上升沿发送数据，Shifter2连接到SSI_RX引脚，并在SSI_Clk的每个下降沿接收数据。下图显示了FlexIO模拟SSI master接口的内部连接。

Timer0配置为双8位计数器，在触发事件高电平时被使能，在比较事件到来时禁用。Timer0的触发源连接到内部Shifter0，Timer0的计数递减源配置为FlexIO时钟，Shift时钟是由Timer0的每一次计时输出决定的，Timer0的起始位也需要被使能。另外，Timer0需要被配置为能够被Shifter0的状态标志位触发。在此应用中，由于传输频率为200kHz，因此Timer0的Compare寄存器的值经计算得到需配置为0xF1D。

Timer1被配置为16位计数器模式，由Timer0触发，当Timer0被使能时也使能，在比较事件到来时禁用。Timer1的计数递减源设置为触发信号的两个边沿。

Shifter0配置为Transmit模式，并在移位器时钟的上升沿移位，使能移位器起始位并将其设置为逻辑低电平。

Shifter2配置为Receive模式，并在移位器时钟的下降沿移位，使能移位器起始位并将其设置为逻辑低电平。

下面给除了SSI master模式下详细的寄存器配置：

• FlEXIO01.SHIFTCTL[0] = 0x00031502
• FlEXIO01.SHIFTCTL[2] = 0x00801601
• FlEXIO01.SHIFTCFG[2] = 0x00000002
• FlEXIO01.SHIFTCFG[2] = 0x00000002
• FlEXIO01.TIMCTL[0] = 0x01C31A01
• FlEXIO01.TIMCTL[1] = 0x03430003
• FlEXIO01.TIMCFG[0] = 0x00002222
• FlEXIO01.TIMCFG[1] = 0x00102100
• FlEXIO01.TIMCMP[0] = 0x00000F1D
• FlEXIO01.TIMCMP[1] = 0x00000002

当数据从SHIFTER加载到SHIFTBUF寄存器中或数据从SHIFTBUF寄存器加载到SHIFTER中时，如果已经将SHIFTER状态标志位（SHIFTSDEN SSDE）置1，就可以产生一个DMA请求。整个 SHIFTER的微体系结构如图所示，它充分展示了SHIFTER中各个模块之间的关系以及IO引脚输入输出的关系。

3.3 SSI slave配置

SSI slave的配置与SSI master的配置类似，SSI slave的模拟也是需要用到两个Shifter和两个Timer。 Timer0用于检测SSI_Fss信号，Timer1用于检测SSI_CLK信号。Shifter0连接到SSI_TX引脚，Shifter2连接到SSI_RX引脚。下图显示了FlexIO模拟SSI slave接口的内部连接。

Timer0配置为双8位计数器，在触发事件高电平时被使能，在比较事件到来时禁用。 Timer0的触发源是SSI_Fss输入引脚。 Timer0的计数递减源配置为FlexIO时钟，Shift时钟是由Timer0的每一次计时输出决定的，Timer0的起始位也需要被使能。同样，由于传输频率为200kHz，因此Timer0的Compare寄存器的值经计算得到为0xF1D。

Timer1被配置为16位计数器模式，将SSI_Fss引脚的输入作为触发事件，并在触发信号的上升沿使能，在Timer0禁用时也禁用。Timer1的计数递减源设置为SSI_CLK输入引脚的两个边沿。

Shifter0配置为Transmit模式，在移位器时钟的上升沿进行移位操作，Shifter0的起始位禁用并使其在第一次移位操作时加载数据。

Shifter2配置为Receive模式，在移位器时钟的下降沿进行移位操作，Shifter2的起始位禁用并使其在第一次移位操作时加载数据。

下面给除了SSI slave模式下详细的寄存器配置：

• FlEXIO01.SHIFTCTL[0] = 0x00031502
• FlEXIO01.SHIFTCTL[2] = 0x00801601
• FlEXIO01.SHIFTCFG[2] = 0x00000001
• FlEXIO01.SHIFTCFG[2] = 0x00000001
• FlEXIO01.TIMCTL[0] = 0x00400001
• FlEXIO01.TIMCTL[1] = 0x00401A03
• FlEXIO01.TIMCFG[0] = 0x00002402
• FlEXIO01.TIMCFG[1] = 0x01201600
• FlEXIO01.TIMCMP[0] = 0x00000F1D
• FlEXIO01.TIMCMP[1] = 0x0000000F

3.4 demo演示

经过上述介绍，FlexIO模拟SSI接口的配置已经介绍完毕，下面以两块i.MX RT1010 EVK板子之间的通信为例进行演示demo。首先，将各个SSI信号引脚连接到示波器，之后将板子上电后，抓取两块板子之间的第一次SSI通信数据，其波形如下图所示。SSI master板子将数据0xC5发送到SSI slave板子，并同时接收到数据0xB5，数据与图中的波形匹配，达到预期的SSI模拟效果。

另外打开串口助手，将硬件平台上电后，可以看到如下所示的串口打印信息，至此demo演示完毕。

3.5 注意事项

在利用FlexIO模拟SSI时，需要注意三点：

1. 由于FlexIO同步延迟，串行输入数据的建立时间为1.5个FlexIO时钟周期，此时SSI的最大时钟频率应为FlexIO时钟频率的四分之一。
2. 由于FlexIO同步延迟，串行输出数据的输出有效时间为2.5个FlexIO时钟周期，此时SSI的最大波特率应为FlexIO时钟频率的六分之一。
3. 除了本文给出的Timer和SHIFTER的配置外，读者也可以利用其它配置模拟出SSI接口，这个方法不是唯一的。

至此，i.MX RT1010之FlexIO模拟SSI外设介绍完毕。