AT32讲堂048 | 雅特力AT32 MCU SPI/I2S入门指南

 

SPI接口概述

AT32的SPI接口提供软件编程配置选项，根据软件编程配置方式不同，可以分别作为SPI和I2S使用。本文将分SPI和I2S分别介绍SPI接口作SPI或I2S的功能特性以及配置流程。AT32 SPI特点：
 

可编程配置的全双工或半双工通信

--全双工同步通信--半双工同步通信（可以根据软件编程配置选择传输方向：发送或接收）

可编程配置主/从模式

可编程配置的CS模式：硬件/软件CS模式

可编程配置的时钟极性和相位

可编程配置的数据传输顺序（MSB/LSB）

可编程配置的错误中断标志（CS脉冲异常，接收溢出错误，主模式错误，CRC校验错误）

数据接收/发送均支持DMA

兼容TI的SSP协议（即TI模式）

AT32 I2S特点：

可编程配置的操作模式

--从设备发送--从设备接收--主设备发送--主设备接收

可编程配置的时钟极性

可编程配置的时钟频率（8KHz到192KHz）

可编程配置的数据位数（16位，24位，32位）

可编程配置的声道位数（16位，32位）

可编程配置的音频协议

--I2S飞利浦标准--高字节对齐标准（左对齐）--低字节对齐标准（右对齐）--PCM标准（长帧/短帧）

支持I2S全双工

支持DMA传输

在通讯期间可提供频率固定为256倍Fs（音频采样频率）的外设主时钟

SPI功能介绍

本章主要介绍SPI基本功能，以及AT32 SPI的各种附加可配置选项。

SPI硬件接口

SPI接口定义如下：

CS：片选引脚（可选）。通常由主机输出，从机输入。后续CS管理章节作详细介绍。

SCK：时钟引脚。由主机输出，从机输入。

MISO：主收从发引脚。主机则作为接收数据引脚，从机则做为发送数据引脚。

MOSI：主发从收引脚。主机则作为发送数据引脚，从机则作为接收数据引脚。

以下介绍几种常见的SPI通信接线方式。1）如下图1，是单主单从、全双工、CS硬件模式的应用接线示意图。图1 SPI单主单从、全双工、硬件CS管理接线示意2）如下图2，是单主单从、全双工、CS软件模式的应用接线示意图。在CS软件管理模式下，无需使用CS引脚，主/从机的CS引脚都可以释放给其他应用使用。此时，从机对SWCSIL位清0或置1等效于“硬件CS模式”下的CS引脚输入低电平和高电平。主机则必须将SWCSIL位置1，以保证正确的处于主机模式。图2 SPI单主单从、全双工、软件CS管理接线示意

 

3）如下图3，是单主多从全双工接线示意。主机使用普通I/O口1~n输出以驱动从机1~n的片选CS，主机的SCK,MISO,MOSI和从机的SCK,MISO,MOSI引脚一对多连接。此时SPI主机可以通过I/O1~n的选择与多个从机进行分时通信。此时从机必须使用硬件CS模式。主机可以使用软件CS模式，主机CS对应的引脚可以释放给其他应用使用。图3 SPI单主多从、全双工接线示意4）如下图4，AT32的SPI增加了SPI半双工模式，此模式下只需要使用3线即可通信。主机使用MOSI进行数据收/发。当主机配置为半双工发送模式（SLBEN=1，SLBTD=1）时，主机MOSI为输出引脚，用于发送数据；当主机配置为半双工接收模式（SLBEN=1，SLBTD=0）时，主机MOSI为输入引脚，用于接收数据。从机使用MISO进行数据收/发。当从机配置为半双工发送模式（SLBEN=1，SLBTD=1）时，从机MISO为输出引脚，用于发送数据；当从机配置为半双工接收模式（SLBEN=1，SLBTD=0）时，从机MISO为输入引脚，用于接收数据。图4 SPI单主单从、半双工接线示意

SPI数据接收和发送

如下图5，用户软件程序可以读和写数据寄存器，其他部分全由硬件自动完成。以全双工，硬件CS管理，8bit数据格式为例。收发一笔数据的流程如下：作为SPI主机时：软件使能SPI（SPIEN=1）后，硬件控制CS引脚输出低电平，以片选从机。之后软件往数据寄存器写入数据，如下图5的“软件写数据寄存器”处，相当于往发送缓冲器写入待发送数据，之后硬件会自动将发送缓冲器的待发送数据搬运到移位寄存器。同时将发送缓冲器空标志置1（TDBE=1），以提醒软件又可以往数据寄存器写入下一笔待发送的数据。之后硬件立即开始在SCK引脚上输出时钟信号，并在MOSI引脚上发出待发送数据的第一bit数据。之后硬件从MISO引脚上读取待接收数据的第一bit数据并放入移位寄存器中（移位寄存器由于之前发送了1bit数据，此时正好有一bit位置可以存放收到的数据）。之后硬件会通过移位寄存器自动发送和接收剩下的7bit数据。之后硬件会将移位寄存器中接收到的8bit数据搬运到接收缓冲器中，并将接收缓冲器满标志置1（RDBF=1），以提醒软件可以通过读取数据寄存器来读取刚刚接收到的这笔数据。作为SPI从机时：软件使能SPI（SPIEN=1）后，软件往数据寄存器写入数据，相当于往发送缓冲器写入待发送数据，然后硬件会将发送缓冲器空标志清0（TDBE=0），以提醒软件此时发送缓冲器已有待发送数据了。之后硬件检测CS引脚和SCK引脚，等待来自主机的片选和时钟信号。检测到片选和时钟信号之后，硬件自动将发送缓冲器的待发送数据搬运到移位寄存器并在MISO引脚上发出待发送数据的第一bit。同时将发送缓冲器空标志置1（TDBE=1），以提醒软件又可以往数据寄存器写入下一笔待发送的数据。之后硬件从MOSI引脚上读取待接收数据的第一bit数据并放入移位寄存器中（移位寄存器由于之前发送了1bit数据，此时正好有一bit位置可以存放收到的数据）。之后硬件根据在SCK上的时钟信号，会在MISO和MOSI引脚上发送和接收剩下的7bit数据。之后硬件会将移位寄存器中接收到的8bit数据搬运到接收缓冲器中，并将接收缓冲器满标志置1（RDBF=1），以提醒软件可以通过读取数据寄存器来读取刚刚接收到的这笔数据。也可以参考下一小节“SPI时序”来理解SPI收发逻辑。

 

图5 SPI数据接收/发送框图

SPI时序

本节介绍SPI通信时序。包括全双工和半双工的主/从通信时序。1、SPI全双工时序以全双工、硬件CS管理、单主单从通信为例。其中主机端相关配置如下：MSTEN=1：设备为主机；SLBEN=0：全双工模式；CLKPOL=0：SCK空闲输出低电平；CLKPHA=0：SCK第一个边沿开始进行数据捕获；FBN=0：帧位个数为8bit；SWCSEN=0，HWCSOE=1：使用硬件CS管理；主机发送数据（MOSI）：0xAA,0xCC,0xAA；从机发送数据(MISO)：0xCC,0xAA,0xCC。

 

主机端时序见下图6：图6 硬件CS管理-全双工-主机通信时序

 

 

其中从机端相关配置如下：MSTEN=0：设备为从机SLBEN=0：全双工模式；CLKPOL=0：SCK空闲低电平CLKPHA=0：SCK第一个边沿进行数据捕获FBN=0：帧位个数为8bitSWCSEN=0：使用硬件CS管理主机发送数据(MOSI)：0xAA,0xCC,0xAA从机发送数据(MISO)：0xCC,0xAA,0xCC从机端时序见下图7：图7 硬件CS管理-半双工-从机通信时序

 

2、SPI半双工时序半双工时序下，有主机发送、从机接收、主机接收、从机发送4种模式。1）以半双工、硬件CS管理、主机发送-从机接收通信为例。其中主机端相关配置如下：MSTEN=1：设备为主机；SLBEN=1：使能单线双向半双工模式；SLBTD=1：发送模式；CLKPOL=0：SCK空闲输出低电平；CLKPHA=0：SCK第一个边沿开始进行数据捕获；FBN=0：帧位个数为8bit；SWCSEN=0，HWCSOE=1：使用硬件CS管理；主机发送数据：0xAA,0xCC,0xAA；

主机端时序见下图8：图8 硬件CS管理-半双工-主发时序

 

其中从机端相关配置如下：MSTEN=0：设备为从机；SLBEN=1：使能单线双向半双工模式；SLBTD=0：接收模式；CLKPOL=0：SCK空闲低电平；CLKPHA=0：SCK第一个边沿进行数据捕获；FBN=0：帧位个数为8bit；SWCSEN=0：使用硬件CS管理；从机接收数据：0xAA,0xCC,0xAA；从机端时序见下图9：图9 硬件CS管理-半双工-从收时序

 

2）以半双工、硬件CS管理、主机接收-从机发送通信为例。其中主机端相关配置如下：MSTEN=1：设备为主机；SLBEN=1：使能单线双向半双工模式；SLBTD=0：接收模式；CLKPOL=0：SCK空闲输出低电平；CLKPHA=0：SCK第一个边沿开始进行数据捕获；FBN=0：帧位个数为8bit；SWCSEN=0，HWCSOE=1：使用硬件CS管理；主机接收数据：0xAA,0xCC,0xAA；主机端时序见下图10：此模式下，较为特别的是，SPI主机一旦使能(SPIEN=1)，就会连续不断的输出时钟。因此，主机在接收完需要接收的数据后，需要关闭SPI。在本例中，接收完连续的3笔数据后，也就是下图10的箭头处，需要关闭SPI，输出多余的时钟。另外，如下图10，此模式下，BF标志始终为低。图10 硬件CS管理-半双工-主收时序其中从机端相关配置如下：MSTEN=0：设备为从机；SLBEN=1：使能单线双向半双工模式；SLBTD=1：发送模式；CLKPOL=0：SCK空闲低电平；CLKPHA=0：SCK第一个边沿进行数据捕获；FBN=0：帧位个数为8bit；SWCSEN=0：使用硬件CS管理；从机发送数据：0xAA,0xCC,0xAA；从机端时序见下图11：图11 硬件CS管理-半双工-从发时序

SPI数据收发方式

SPI的接收和发送如前文所述，是通过操作数据寄存器来完成的。而根据操作数据寄存器的方法，SPI有以下3种数据接收发送方式。轮询方式轮询方式不需要使能SPI中断和DMA。只需要在main函数中不断读取STS寄存器，并判断TDBE和RDBF标志是否置起，以确定何时向数据寄存器写入待发送数据，何时从数据寄存器读取接收到的数据。比较耗费CPU资源，不建议使用此方式。具体请参考“案例1--SPI全双工轮询方式通信”一节。中断方式中断方式需要开启“发送数据缓冲器空中断使能”和“接收数据缓冲器满中断使能”，即设置TDBEIE=1，RDBFIE=1。并配置和使能SPI中断。之后在SPI中断里进行数据的发送和接收，避免了轮询方式的等待耗时，占用CPU资源相对较少。具体请参考“案例4--SPI半双工中断方式通信”或“案例5--SPI半双工中断方式通信--加收发切换”一节。DMA方式DMA方式需要开启SPI的DMA接收/发送功能（DMAREN=1，DMATEN=1）。并配置DMA通道映射到SPI和使能DMA。之后的接收和发送均由DMA完成，收/发过程不再需要软件参与，不占用CPU资源。具体请参考“案例2--SPI全双工DMA方式通信”一节。

时钟控制器

SPI协议采用同步传输。作主机时，需要时钟控制器产生通信时钟用于SPI接口的数据收发，并且需要将该通信时钟通过SCK引脚输出给从机，用于从机的数据收发；作从机时，需要外部提供通信时钟，从SCK引脚输入到SPI接口内部作为通信时钟使用。对用户而言，可软件配置的主要有极性、相位、分频系数三个参数。极性SPI时钟极性，即空闲时SCK引脚输出的电平。通过配置CLKPOL位来选择SPI时钟极性。如下图12：CLKPOL=0时，SCK空闲为低电平；CLKPOL=1时，SCK空闲为高电平。图12 时钟极性对比相位SPI时钟相位，即SPI数据捕获边缘。通过配置CLKPHA位来选择SPI时钟极性。如下图13：CLKPHA=0时，第一个边沿为捕获采样边沿。在本例中（CLKPOL=0），也就是上升沿为采样沿；相对的，本例中下降沿为驱动沿。CLKPHA=1时，第二个边沿为捕获采样边沿。在本例中（CLKPOL=0），也就是下降沿为采样沿；相对的，本例中上升沿为驱动沿。图13 时钟相位对比
分频系数SPI时钟是从APB时钟分频得到的，通过配置MDIV[3：0]和MDIV3EN来选择需要的分频系数，以确定SPI时钟。分频系数仅主机配置有效。从机需要外部提供时钟，因此此项配置无效。

CS管理

SPI CS包含硬件和软件管理两种模式，又根据主机/从机的不同，有不同的配置和应用场景。在CS为输入模式时（HWCSOE=0），如下图14，主机和从机均通过SWCSEN位来选择SPI实际使用的CS信号来自软件设置（SWCSIL）还是外部CS引脚电平。在CS为输出模式时（HWCSOE=1），软件CS模式相关配置无效。图14 SPI数据接收/发送框图以下分别列出了主机和从机在不同的CS管理模式下的状态和应用场景。主机CS管理：下表1列出了几种主机CS管理的配置及应用场景。表1 SPI主机CS管理配置注：“--”表示此项配置无效，建议保持默认配置。从机CS管理：下表2列出了从机CS管理的几种配置和应用场景。其中，从模式下HWCSOE配置无效，该位只在主模式下有效。表2 SPI从机CS管理配置注：“--”表示此项配置无效，建议保持默认配置。

CRC校验

AT32 SPI具有独立的发送和接收CRC计算单元，用户可通过软件配置使能此功能。使能CRC校验之后：硬件会对发送的数据进行CRC计算，并将计算得到的CRC校验码放在SPI_TCRC寄存器中，CRC校验码紧接在数据之后发送；且硬件会在接收一笔数据时对接收到的数据进行CRC计算，并将计算得到的CRC校验码放在SPI_RCRC寄存器中，硬件会在一笔连续的数据接收完成后将最后接收到的CRC校验码与SPI_RCRC寄存器中的校验码进行比较，如果不符，CRC校验错误位（CCERR）会置起，若使能了错误中断（ERRIE=1），将会产生中断。另外，SPI通信方式使用DMA和使用轮询/中断方式时，CRC功能的软件操作步骤有区别，如下：轮询/中断方式：①配置CRC多项式：配置SPI_CPOLY寄存器和需要通信的SPI一致（默认值为0x0007）；②使能CRC功能：CCEN=1；③使能SPI：SPIEN=1；④发送待发送的数据data_1~data_n；⑤请求发送CRC校验码：NTC=1。注：NTC置1的时间参考下图15的⑤段，需要在最后一笔数据（data_n）写入数据寄存器到发送完成之间。实际编写软件代码时，建议在data_n写入数据寄存器之后立即将NTC置1。⑥硬件自动在data_n发送完成后立即发送CRC校验码（此时无需软件参与）。轮询方式使用CRC功能可参考“案例6--SPI CRC功能使用”。图15 CRC使用流程（轮询/中断方式）

DMA方式：

SPI在使用DMA方式通信时，不需要软件代码去设置请求发送CRC校验码，即不需要去置位NTC位。具体步骤如下：①配置DMA：请参考“案例2--SPI全双工DMA方式通信”的DMA配置部分；②配置CRC多项式：配置SPI_CPOLY寄存器和需要通信的SPI一致（默认值为0x0007）；③使能CRC功能：CCEN=1；④使能SPI：SPIEN=1；⑤数据及CRC接收完成后需关闭SPI和DMA，之后再开启，准备下一次通信。

TI模式（TI SSP协议）

AT32 SPI接口支持TI SSP协议，即TI模式。用户可以通过将TIEN位置1来使能TI模式。使能TI模式后，SPI接口将按照TI协议要求产生时钟SCK，和片选信号CS。也就是CS软/硬件管理相关控制位、时钟极性/相位相关控制位配置无效，请保持默认设置。使能TI模式后，帧格式（8/16bit）配置、CRC校验、DMA等功能仍然可以使用。TI模式下，连续和不连续通信稍有区别。连续通信时，只有第一笔数据发送时有一个dummy CLK；不连续通信时，每笔数据都有一个dummy CLK。参考下图16和图17。TI模式连续通信时序图见下图16。主机发送数据（MOSI）：0xAA,0xCC,0xAA；从机发送数据（MISO）：0xCC,0xAA,0xCC。图16 TI模式连续通信时序图TI模式不连续通信时序图见下图17。主机发送数据（MOSI）：0xAA,0xCC,0xAA；从机发送数据（MISO）：0xCC,0xAA,0xCC。图17 TI模式不连续通信时序图注：AT32只有部分型号支持TI模式。AT32F425/F435/F437等型号支持TI模式，AT32F403/F403A/F407/F413/F415等型号不支持TI模式。具体请参考各型号的RM。

SPI错误

AT32的SPI有4种错误标志。这4种错误标志共用一个错误中断使能位（ERRIE）。也就是当ERRIE=1时，产生以下4种错误的任一错误就会进入SPI错误中断。CSPAS--CS脉冲异常置位标志在TI模式下，当SPI作从机使用时，SPI会在数据传输期间侦测非预期的CS脉冲，当发生CS脉冲异常置位错误，CSPAS被硬件置1，如果开启了错误中断使能（ERRIE=1），则会产生错误中断。之后可以通过软件读SPI_STS清除该位。当侦测到CS脉冲异常时，为避免数据错误，软件应当关闭SPI从机，重新配置SPI主机，再打开SPI从机以重新开始通信。注：仅在TI模式下，CSPAS错误标志才有效。ROERR--接收器溢出错误标志当SPI数据寄存器已暂存一笔待读数据时，又收到一笔新数据，则会发生接收器溢出错误，ROERR被硬件置1，如果开启了错误中断使能（ERRIE=1），则会产生错误中断。发生溢出错误之后，SPI_DT寄存器存放的是最早收到的那笔数据，发生溢出错误之后收到的数据都被丢弃。之后依次读取SPI_DT寄存器和SPI_STS寄存器可清除该标志位。MMERR--主模式错误标志参考“CS管理”一节，当SPI主机为CS输入模式且CS引脚输入低电平时，会产生主模式错误，MMERR位会被硬件置1，且硬件会强制SPI进入从机模式（MSTEN清0）并关闭SPI（SPIEN清0）。如果开启了错误中断使能（ERRIE=1），则会产生错误中断。清除MMERR标志位并从错误状态恢复请严格按照以下步骤执行：①拉高CS引脚电平；②执行一次对SPI_STS寄存器的读或写操作；③执行一次对SPI_CTRL1寄存器的写操作；（不需要改变SPI_CTRL1的值，只需要写这个动作）④之后硬件会自动清除MMERR标志（此步骤不需要软件代码参与）；⑤之后软件可根据需要重新配置主/从模式和使能SPI。CCERR--CRC校验错误标志当使能了CRC功能后，如果接收到的CRC校验码（发送方发送的校验码）和SPI_RCRC的校验码（接收方根据接收到的数据计算的校验码）不符，则硬件将CCERR位置1，如果开启了错误中断使能（ERRIE=1），则会产生错误中断。由于发生了CRC校验错误，软件程序应当丢弃之前接收到的一笔数据，并重新通信。软件对CCERR位写0可清除该标志位。

SPI中断

如下图18，SPI有一个全局中断向量。SPI中断有三个中断源：接收缓冲器满、发送缓冲器空、通信错误（详见上一节“SPI错误”）。这三个中断源分别有对应的使能位。下图中，3个中断使能位定义如下：

RDBFIE：接收数据缓冲器满中断使能

TDBEIE：发送数据缓冲器空中断使能

ERRIE：错误中断使能

下图中，5个标志位定义如下：

ROERR：接收器溢出错误

MMERR：主模式错误

CCERR：CRC校验错误

RDBF：接收数据缓冲器满

TDBE：发送数据缓冲器空

图18 SPI中断示意

I2S功能介绍

I2S硬件接口

I2S接口定义如下：

WS：声道选择。由主机输出，从机输入。

CK：时钟。由主机输出，从机输入。

MCK：主时钟输出（可选）。在通讯期间可提供频率固定为256倍Fs的外设主时钟，仅在作为主机时有效。

SD：数据。主机/从机接收或发送数据均通过这个引脚。

以下是常见的I2S通信接线方式。如下图19，是I2S主发从收的接线示意图。图19 I2S主发从收通信接线示意如下图20，是I2S主收从发的接线示意图。图20 I2S主收从发通信接线示意

I2S数据接收和发送

I2S数据收发模块和上文的SPI共用数据寄存器和DMA映射，如上图5中的接收/发送缓冲器、移位寄存器也都是共用的，因此软件代码操作类似，请参考下文的I2S案例一节。不过SPI默认是全双工，而I2S默认是半双工。AT32也为用户提供I2S全双工功能，后文I2S全双工一节详细介绍。

I2S音频协议

AT32的I2S支持以下4种标准协议：

飞利浦标准：STDSLE=0b00；

高字节对齐标准（左对齐）：STDSLE=0b01；

低字节对齐标准（右对齐）：STDSLE=0b10；

PCM标准：STDSLE=0b11。

其中PCM标准又分为：1、PCM长帧同步：PCMFSSEL=1；2、PCM短帧同步：PCMFSSEL=0。下图21在“16位数据-32位声道格式”，I2S时钟极性为低（I2SCLKPOL=0）条件下对比了几种音频标准一帧数据的通信时序。飞利浦模式下：WS为低电平表示正在传输的声道为左声道，WS为高电平表示正在传输的声道为右声道。数据左对齐，即高位对齐，低位的16个bit被硬件填充为0。MSB标准下：WS为高电平表示正在传输的声道为左声道，WS为低电平表示正在传输的声道为右声道。数据左对齐，即高位对齐，低位的16个bit被硬件填充为0。LSB标准下：WS为高电平表示正在传输的声道为左声道，WS为低电平表示正在传输的声道为右声道。数据右对齐，即低位对齐，高位的16个bit被硬件填充为0。注：LSB标准下，数据发送顺序还是高位在前。PCM标准长帧下：没有左右声道之分，WS的脉冲代表同步信号而不是左右声道。WS脉冲长度为13个CK长度。PCM标准短帧下：没有左右声道之分，WS的脉冲代表同步信号而不是左右声道。WS脉冲长度为1个CK长度。图21 I2S各音频标准时序对比

I2S帧格式

AT32的I2S支持3种数据位个数选择：

16位：I2SDBN=0b00

24位：I2SDBN=0b01

32位：I2SDBN=0b10

AT32的I2S支持2种声道位个数选择：

16位：I2SDBN=0

32位：I2SDBN=1

数据位个数和声道位个数组合有以下4种帧格式：①16位数据-16位声道格式：I2SDBN=0b00，I2SDBN=0；②16位数据-32位声道格式：I2SDBN=0b00，I2SDBN=1；③24位数据-32位声道格式：I2SDBN=0b01，I2SDBN=1；④32位数据-32位声道格式：I2SDBN=0b10，I2SDBN=1；上述的第②、③帧格式中，由于声道位个数>数据位个数。此时硬件会自动将多余的声道位填充为0。可参考上图21中，“16位数据-32位声道格式”的时序。上述的①、②帧格式，在接收/发送数据时，仅需要读取/写入一次16bit的DT寄存器；而③、④帧格式，在接收/发送数据时，需要读取/写入两次16bit的DT寄存器。

I2S时钟控制器

I2S采样率（Fs）常见的音频的采样频率有：192KHz、96kHz、48kHz、44.1kHz、32kHz、22.05kHz、16kHz、11.025kHz、8kHz等。而实际上AT32的I2S可以产生以上范围内的任何采样率。例如采样率为192K，则表示每秒可传输192K帧音频数据。对于飞利浦/MSB/LSB标准而言，一帧音频数据包含左、右通道两笔16/32bit的数据；对于PCM标准而言，一帧数据仅包含一笔16/32bit的数据。I2S时钟（CK）和主时钟（MCK）如下图22，I2S的时钟从系统时钟SCLK分频得来。不过使用I2S时仍然需要使能挂载在APB时钟总线上的SPI接口时钟（SPIxEN=1），以用于I2S逻辑控制器等。

当需要输出主时钟（I2SMCLKOE=1），声道位个数为16bit（I2SDBN=0）时：

Fs=SCLK/[(16*2)*((2*I2SDIV)+I2SODD)*8]；

当需要输出主时钟（I2SMCLKOE=1），声道位个数为32bit（I2SDBN=1）时：

Fs=SCLK/[(32*2)*((2*I2SDIV)+I2SODD)*4]；

当不需要输出主时钟（I2SMCLKOE=0），声道位个数为16bit（I2SDBN=0）时：

Fs=SCLK/[(16*2)*((2*I2SDIV)+I2SODD)]；

当不需要输出主时钟（I2SMCLKOE=0），声道位个数为32bit（I2SDBN=1）时：

Fs=SCLK/[(32*2)*((2*I2SDIV)+I2SODD)]；图22 I2S时钟如下表3，示例了系统时钟为240MHz时，配置192K的采样率推荐的I2S时钟配置方案。表3 I2S时钟配置方案示例

I2S全双工

AT32F403A/F407/F435/F437/F425等型号支持I2S全双工，AT32F403/F413/F415/F421等型号不支持I2S全双工，具体请参考对应型号RM文档。不同型号MCU的I2S全双工实现方式也有所区别，本文会分别介绍AT32F403A/F407/F435/F437和AT32F425的I2S全双工功能。AT32F403A/F407/F435/F437的I2S全双工AT32F403A/F407/F435/F437为了支持I2S全双工模式，额外例化了两个I2S模块（I2S2EXT，I2S3EXT）。I2S2可与I2S2EXT组合在一起支持全双工模式，I2S3可与I2S3EXT组合在一起支持全双工模式。代码可参考“案例3—AT32F403A/F407/F435/F437 I2S全双工DMA方式通信”。在I2Sx可与I2SxEXT组成全双工模块时，I2Sx可配置为主或从模式，I2SxEXT只能配置为从模式。I2SxEXT共享I2Sx的CK和WS，对应的有以下几种配置方式：

I2Sx主发（OPERSEL=0b10）；I2SxEXT从收（OPERSEL=0b01）；

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

I2Sx从发（OPERSEL=0b00）；I2SxEXT从收（OPERSEL=0b01）；

I2Sx从收（OPERSEL=0b01）；I2SxEXT从发（OPERSEL=0b00）。

注：I2S2EXT和I2S3EXT只用于I2S全双工模式，而不能单独使用。图23 I2S全双工结构图AT32F425的I2S全双工AT32F425的I2S全双工实现方式和AT32F403A/F407/F435/F437不同。AT32F425可以通过设置SCFG_CFG2寄存器中的I2S_FD将两个SPI组合在一起实现I2S全双工。代码可参考“案例4—AT32F425 I2S全双工DMA方式通信”。CK和WS由I2S主导方提供，附属方的CK和WS对应引脚可以释放给其他功能使用。根据I2S_FD配置，有以下几种组合方式：

I2S_FD=0b00：I2S1~3各自独立半双工工作；

I2S_FD=0b01：I2S1和I2S3组成全双工模式，其中I2S1为主导方，I2S3为附属方。

I2S_FD=0b10：I2S2和I2S3组成全双工模式，其中I2S2为主导方，I2S3为附属方。

I2S_FD=0b11：I2S1和I2S2组成全双工模式，其中I2S1为主导方，I2S2为附属方。

图24 I2S全双工结构图

I2S错误

ROERR--接收器溢出错误标志此错误标志和SPI一样，请参考前文“2.9.2 ROERR--接收器溢出错误标志”。TUERR--发送器欠载错误标志位在I2S从发模式下，如果在CK上检测到了数据驱动沿，但新的发送数据并没有被写入数据寄存器，则会产生发送器欠载错误，此时硬件会将TUERR位置1。软件读SPI_STS寄存器可清除该标志位。此错误标志仅使用I2S时有效。

I2S中断

I2S和SPI共用一个全局中断向量，即下图25的“I2S中断”和上图18中的“SPI中断”共用同一个中断向量。I2S中断有三个中断源：接收缓冲器满、发送缓冲器空、通信错误（详见上一节“I2S错误”）。这三个中断源分别有对应的使能位。下图中，3个中断使能位定义如下：

RDBFIE：接收数据缓冲器满中断使能（和SPI一样）

TDBEIE：发送数据缓冲器空中断使能（和SPI一样）

ERRIE： 错误中断使能（和SPI一样）

下图中，4个标志位定义如下：

ROERR：接收器溢出错误（和SPI一样）

TUERR：发送器欠载错误（仅I2S有这个错误标志）

RDBF：接收数据缓冲器满（和SPI一样）

TDBE：发送数据缓冲器空（和SPI一样）

图25 I2S中断示意

SPI案例

注：所有project都是基于keil5而建立，若用户需要在其他编译环境上使用，请参考AT32xxx_Firmware_Library_V2.x.x\project\at_start_xxx\templates中各种编译环境（例如IAR6/7,keil4/5）进行简单修改即可。

案例1-SPI全双工轮询方式通信

功能简介实现SPI2和SPI3之间的全双工轮询通信。接线如下：spi2 spi3pd1(sck)<--->pc10(sck)pc2(miso)<--->pc11(miso)pd4(mosi)<--->pc12(mosi)资源准备1)硬件环境：一块AT32F437的AT-START BOARD2)软件环境：project\at_start_f437\examples\spi\fullduplex_polling软件设计1)配置流程

配置SPI2和SPI3对应的GPIO；

配置SPI2和SPI3通信配置；

开始轮询通信。

2)代码介绍

main函数代码描述

 

• SPI通信配置函数代码描述

 

• SPI GPIO配置函数代码描述

实验效果AT-START BOARD的LED2亮起，说明SPI2和SPI3通信正常。

案例2-SPI全双工DMA方式通信

功能简介实现SPI2和SPI3之间的全双工DMA通信。接线如下：spi2 spi3pd1(sck)<--->pc10(sck)pc2(miso)<--->pc11(miso)pd4(mosi)<--->pc12(mosi)资源准备1)硬件环境：一块AT32F437的AT-START BOARD2)软件环境：project\at_start_f437\examples\spi\motorola_fullduplex_dma软件设计1)配置流程

• 配置SPI2和SPI3对应的GPIO；
• 配置SPI2和SPI3的通信配置和DMA配置；
• 开始DMA通信。

2)代码介绍

• main函数代码描述

 

• SPI通信配置及DMA配置函数代码描述

• SPI GPIO配置函数代码描述

实验效果AT-START BOARD的LED2亮起，说明SPI2和SPI3通信正常。

案例3-SPI只收通信

功能简介实现SPI2和SPI3之间的单向只收通信。接线如下：spi2 spi3pd1(sck)<--->pc10(sck)pd4(mosi)<--->pc12(mosi)资源准备1)硬件环境：一块AT32F437的AT-START BOARD2)软件环境：project\at_start_f437\examples\spi\only_receive_mode_polling软件设计1)配置流程

• 配置SPI2和SPI3对应的GPIO；
• 配置SPI2和SPI3的通信配置；
• 开始轮询通信。

2)代码介绍

• main函数代码描述

 

• SPI通信配置代码描述

 

• SPI GPIO配置函数代码描述

实验效果AT-START BOARD的LED2亮起，说明SPI2和SPI3通信正常。

案例4-SPI半双工中断方式通信

功能简介
实现SPI2和SPI3之间的半双工通信。接线如下：spi2 spi3pd1(sck)<--->pc10(sck)pc2(miso)<--->pc12(mosi)资源准备1)硬件环境：一块AT32F437的AT-START BOARD2)软件环境：project\at_start_xxxx\examples\spi\halfduplex_interrupt软件设计1)配置流程

• 配置SPI2和SPI3对应的GPIO；
• 设置SPI2和SPI3的中断处理函数；
• 配置SPI2和SPI3的通信配置；
• 开始中断通信。

2)代码介绍

• main函数代码描述

 

• 中断处理函数代码描述

 

• SPI通信配置函数代码描述

 

• SPI GPIO配置函数代码描述

实验效果AT-START BOARD的LED2亮起，说明SPI2和SPI3通信正常。

案例5-SPI半双工中断方式通信-加收发切换

功能简介实现SPI2和SPI3之间的半双工收发切换通信。接线如下：spi2 spi3pd1(sck)<--->pc10(sck)pc2(miso)<--->pc12(mosi)资源准备1)硬件环境：一块AT32F437的AT-START BOARD2)软件环境：project\at_start_f437\examples\spi\halfduplex_transceiver_switch软件设计

1)配置流程

• 配置SPI2和SPI3对应的GPIO；
• 设置SPI2和SPI3的中断处理函数；
• 配置SPI2和SPI3的通信配置；
• 开始中断通信。

2)代码介绍

• main函数代码描述

 

• 中断处理函数代码描述

• SPI通信配置函数代码描述

• SPI GPIO配置函数代码描述

 

实验效果AT-START BOARD的LED2亮起，说明SPI2和SPI3通信正常。

案例6-SPI CRC功能使用

功能简介实现SPI2和SPI3之间的全双工通信和CRC校验。接线如下：spi2 spi3pd1(sck)<--->pc10(sck)pc2(miso)<--->pc11(miso)pd4(mosi)<--->pc12(mosi)资源准备1)硬件环境：一块AT32F437的AT-START BOARD2)软件环境：project\at_start_f437\examples\spi\crc_transfer_polling软件设计1)配置流程

• 配置SPI2和SPI3对应的GPIO；
• 配置SPI2和SPI3通信配置；
• 开始轮询通信和CRC校验。

2)代码介绍

• main函数代码描述

• SPI通信配置函数代码描述

 

• SPI GPIO配置函数代码描述

实验效果AT-START BOARD的LED2亮起，说明SPI2和SPI3通信正常。

案例7-SPI TI模式使用（TI SSP协议）

功能简介实现SPI2和SPI3之间的TI模式DMA通信。接线如下：spi2 spi3pd0(cs)<--->pa4(cs)pd1(sck)<--->pc10(sck)pc2(miso)<--->pc11(miso)pd4(mosi)<--->pc12(mosi)资源准备1)硬件环境：一块AT32F437的AT-START BOARD2)软件环境：project\at_start_f437\examples\spi\ti_fullduplex_dma软件设计1)配置流程

• 配置SPI2和SPI3对应的GPIO；
• 配置SPI2和SPI3的通信配置和DMA配置；
• 开始DMA通信。

2)代码介绍

• main函数代码描述

 

• SPI通信配置及DMA配置函数代码描述

• SPI GPIO配置函数代码描述

实验效果AT-START BOARD的LED2亮起，说明SPI2和SPI3通信正常。

案例8-SPI读写FLASH（W25Q128）

功能简介实现SPI2读/写flash（w25q128）。接线如下：spi2 w25q128pd0(cs)<--->cs pinpd1(sck)<--->clk pinpc2(miso)<--->di pinpd4(mosi)<--->do pin资源准备1)硬件环境：一块AT32F437的AT-START BOARD和w25q128电路板w25q128建议电路如下图26：图26 w25q128建议电路2)软件环境：project\at_start_f437\examples\spi\w25q_flash软件设计1)配置流程

• 配置SPI2和对应GPIO；
• 读取flash ID；
• 擦除flash扇区；
• 向flash写入数据；
• 读取上一步flash写入数据的区域。

2)代码介绍

• main函数代码描述

• spi接口配置函数和gpio配置函数代码描述

• flash擦除函数代码描述

 

• flash读数据函数代码描述

 

• flash读ID函数代码描述

 

• flash写函数代码描述

实验效果AT-START BOARD的LED2亮起，说明SPI2和FLASH通信正常。

案例9-SPI使用jtag引脚的配置

功能简介实现SPI2和SPI3之间，使用特殊的jtag引脚的全双工轮询通信。接线如下：spi2 spi3pd0(cs)<--->pa15(cs)pd1(sck)<--->pb3(sck)pc2(miso)<--->pa13(miso)pd4(mosi)<--->pa14(mosi)资源准备1)硬件环境：一块AT32F437的AT-START BOARD2)软件环境：project\at_start_f437\examples\use_jtagpin_hardwarecs_dma软件设计注意：本文仅介绍了AT32F435/F437的SPI使用jtag引脚的配置，其他型号的使用配置稍有不同，请参照对应型号的BSP使用。1)配置流程

• 配置SPI2和SPI3对应的GPIO；
• 配置SPI2和SPI3通信配置；
• 开始轮询通信。

2)代码介绍

• main函数代码描述

• SPI通信配置函数代码描述

• SPI GPIO配置函数代码描述

实验效果AT-START BOARD的LED2亮起，说明SPI2和SPI3通信正常。

I2S案例

案例1-I2S半双工DMA方式通信

功能简介实现I2S2和I2S3之间的半双工DMA通信。接线如下：I2S2 I2S3pd0(ws)<--->pa4(ws)pd1(ck)<--->pc10(ck)pd4(sd)<--->pc12(sd)资源准备1)硬件环境：一块AT32F437的AT-START BOARD2)软件环境：project\at_start_f437\examples\i2s\halfduplex_dma软件设计1)配置流程

• 配置I2S2和I2S3对应的GPIO；
• 配置I2S2和I2S3的通信配置和DMA配置；
• 开始DMA通信。

2)代码介绍

• main函数代码描述

• I2S配置及DMA配置函数代码描述

• GPIO配置函数代码描述

实验效果AT-START BOARD的LED2亮起，说明I2S2和I2S3通信正常。

案例2-I2S半双工中断方式通信

功能简介实现I2S2和I2S3之间的半双工中断方式通信。接线如下：I2S2 I2S3pd0(ws)<--->pa4(ws)pd1(ck)<--->pc10(ck)pd4(sd)<--->pc12(sd)资源准备1)硬件环境：一块AT32F437的AT-START BOARD2)软件环境：project\at_start_f437\examples\i2s\halfduplex_interrupt软件设计1)配置流程

• 配置I2S2和I2S3对应的GPIO；
• 配置I2S2和I2S3的通信配置；
• 配置中断函数；
• 开始中断通信。

2)代码介绍

• main函数代码描述

• I2S配置函数代码描述

• I2S中断配置函数代码描述

• GPIO配置函数代码描述

实验效果AT-START BOARD的LED2亮起，说明I2S2和I2S3通信正常。

案例3-AT32F403A/F407/F435/F437 I2S全双工DMA方式通信

功能简介实现I2S2和I2S3之间的全双工DMA通信。接线如下：I2S2 I2S3pd0(ws)<--->pa4(ws)pd1(sck)<--->pc10(sck)pc2(ext_sd)rx<--->pc11(ext_sd)txpd4(sd)tx<--->pc12(sd)rx资源准备1)硬件环境：一块AT32F437的AT-START BOARD2)软件环境：project\at_start_xxxx\examples\i2s\fullduplex_dma软件设计1)配置流程

• 配置I2S2和I2S3对应的GPIO；
• 配置I2S2和I2S3的通信配置和DMA配置；
• 开始DMA通信。

2)代码介绍

• main函数代码描述

• I2S配置及DMA配置函数代码描述

• GPIO配置函数代码描述

实验效果AT-START BOARD的LED2亮起，说明I2S2和I2S3全双工通信正常。

案例4-AT32F425 I2S全双工DMA方式通信

功能简介实现I2S1和I2S2组成一个全双工I2S，组成的全双工I2S接口定义如下：pa4(ws)pa5(ck)pa6(mck)pa7(sd tx)pb14(ext_sd rx)由于AT32F425只有3个spi（I2S），只能组成一个全双工I2S，所以不能在同一块AT-START上用两个全双工I2S进行通信。所以本案例使用一个全双工I2S进行自收自发通信，接线如下：pa4(ws)<--->NCpa5(ck)<--->NCpa6(mck)<--->NCpa7(sd)<--->pb14(ext_sd)用户也可以准备两块AT-START板子对测。使用两块板子时，需要注意一块AT-START配置为主机，一块AT-START配置为从机。本案例中的代码仅展示配置为主机，在一块AT-START上进行自发自收的配置。资源准备1)硬件环境：一块AT32F425的AT-START BOARD2)软件环境：project\at_start_f425\examples\i2s\fullduplex_dma软件设计1)配置流程

• 配置I2S1和I2S2对应的GPIO；
• 配置I2S1和I2S2的通信配置和DMA配置；
• 开始DMA通信。

2)代码介绍

• main函数代码描述

• I2S配置及DMA配置函数代码描述

• GPIO配置函数代码描述

实验效果AT-START BOARD的LED2亮起，说明I2S全双工通信正常。

案例5-I2S和SPI功能切换通信

功能简介实现SPI2和SPI3之间通信切换到I2S2和I2S3之间通信。接线如下：spi2/i2s2 spi3/i2s3pd0(cs/ws)<--->pa15(cs/ws)pd1(sck/ck)<--->pb3(sck/ck)pd4(mosi/sd)<--->pb5(mosi/sd)资源准备1)硬件环境：一块AT32F437的AT-START BOARD2)软件环境：project\at_start_f437\examples\i2s\spii2s_switch_halfduplex_polling软件设计1)配置流程

• 配置SPI2/I2S2和SPI3/I2S3对应的GPIO；
• 配置I2S2和I2S3的通信配置（主发从收）；
• 开始I2S2和I2S3的轮询通信，并核对数据；
• 配置SPI2和SPI3的通信配置（SPI3为主机半双工只发；SPI2为从机单向只收）；
• 开始SPI2和SPI3的轮询通信，并核对数据；
• 配置I2S2和I2S3的通信配置（主收从发）；
• 开始I2S2和I2S3的轮询通信，并核对数据。

2)代码介绍

• main函数代码描述

• I2S配置函数代码描述

• SPI配置函数代码描述

• GPIO配置函数代码描述

实验效果AT-START BOARD的LED2亮起，说明I2S2和I2S3通信正常，SPI2和SPI3也通信正常。关于雅特力雅特力科技于2016年成立，是一家致力于推动全球市场32位微控制器(MCU)创新趋势的芯片设计公司，专注于ARM Cortex-M4/M0+的32位微控制器研发与创新，全系列采用55nm先进工艺及ARM Cortex-M4高效能或M0+低功耗内核，缔造M4业界最高主频288MHz运算效能，并支持工业级别芯片工作温度范围（-40°~105°）。雅特力目前已累积相当多元的终端产品成功案例：如微型打印机、扫地机、光流无人机、热成像仪、激光雷达、工业缝纫机、伺服驱控、电竞周边市场、断路器、ADAS、T-BOX、数字电源、电动工具等终端设备应用，广泛地覆盖5G、物联网、消费、商务及工控等领域。