CC1101接口库在STM32上的移植

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【目的】
移植原来TI对于CC1101与MSP430接口库到STM32平台，参考原TI库应用笔记“ MSP430 Interface to CC1100/2500 Code Library”，做到尽量保持所有函数名不改变，以方便以前基于MSP430的程序向STM32移植。
【要求】
1．编程要求：改写原来基于MSP430的程序，使用于STM32，尽量保持所有函数名不改变，以方便以前基于MSP430的程序向STM32移植。
2．实现功能：STM32与CC1101通过SPI接口正常传输数据，不同节点的CC1101可以正常传输数据。
3．实验现象：STM32与CC1101连接后，可以与另一个节点通信，节点初始在随机时间发送一个数据，任一节点收到数据后LED闪一下，并把数据回传，如此循环，会看到LED不停闪烁。
【硬件电路】
测试时CC1101与STM32引脚连接表如表1所示。

表1  CC1101与STM32引脚连接表
CC1101部分
STM32部分
功能
引脚位号
名称
引脚位号
名称
1
VCC
18
VSS_1
电源
2
GND
19
VDD_1
地
3
SI
14
PA7/SPI1_MOSI
SPI接口MOSI
4
SCLK
12
PA5/SPI1_SCK
SPI接口时钟线
5
SO
13
PA6/SPI1_MISO
SPI接口MISO
6
GDO2
9
PA2
通用IO
7
GDO0
8
PA1
接收中断
8
CSN
10
PA3
芯片片选使能


【原理】
CC1101是TI公司一款高性价比的单片UHF收发器，为低功耗无线电应用而设计。它是CC1100器件的加强升级版，灵敏度更高，功耗更小，带宽更大。CC1101可满足多个领域中的低功耗无线应用要求，如警报与安全、自动抄表、工业监控以及家庭和楼宇自动化等。CC1101理想适用于工业、科学及医药设备(ISM)以及316、433、868及916MHz短距装置(SRD)频带。但是，该器件也可方便编程，以支持其它频率，如300-348MHz、387-467MHz及779-928MHz等。出色的频带与调制格式支持使其能与目前的RF终端设备相兼容。



图1  CC1101 的外引脚图（俯视）
CC1100通过4线SPI兼容接口 （SI,SO,SCLK和 CSn）配置。这个接口同时用作写和读缓存数据。SPI 接口上所有的处理都同一个包含一个读/写位，一个突发访问位和一个 6 位地址的头字节一起作用。在地址和数据转换期间， CSn 脚 （芯片选择，低电平有效）必须保持为低电平。如果在过程中 CSn 变为高电平，则转换取消。当 CSn 变低， 在开始转换头字节之前， MCU必须等待，直到 SO脚变低。这表明电压调制器已经稳定，晶体正在运作中。除非芯片处在 SLEEP 或 XOFF 状态，SO 脚在 CSn变低之后总会立即变低。关于CC1101对配置寄存器写和读操作如图2所示。
芯片状态位
当头字节在 SPI 接口上被写入时，芯片状态字节在 SO 脚上被 CC1100 写入。状态字节包含关键状态信号，对MCU是有用的。第一位 s7，是CHIP_RDYn 信号。在 SCLK的在第一个正边缘之前，这个信号必须变低。CHIP_RDYn 信号表明晶体正处于工作中，调节数字供给电压是稳定的。6，5 和4 位由状态值组成。这个值反映了芯片的状态。 当使 XOSC 空闲并使数字中心的能量开启，所有其他模块处于低功耗状态时。只有芯片处于此状态时，频率和信道配置才能被更新。当芯片处于接收模式时， RX状态是活动的。同样地，当芯片处于发送模式时，TX状态是活动的。状态字节中的后四位（ 3 ：0）包含FIFO_BYTES_AVAILABLE。为了进行读操作，这个区域包含可从 RX FIFO 读取的字节数。为了进行写操作，这个区域包含可写入 TX FIFO 的 字节数。
寄存器访问
CC1100配置寄存器位于SPI地址从0x00到0x2F之间。所有的配置寄存器均能读和写。当对寄存器写时，每当一个待写入的数据字节传输到 SI脚时，状态字节将被送至 SO脚。 通过在地址头设置突发位，连续地址的寄存器能高效地被访问。这个地址在内部计数器内设置起始地址。每增加一个新的字节计数器值增加 1。 突发访问，不管是读访问还是写访问，必须通过设置CSn 为高来终止。对 0x30-0x3D间的地址来说， 突发位用以在状态寄存器和命令滤波之间选择。状态寄存器只读。突发读取对状态寄存器是不可取的，故它们每次只能被读一个。
命令滤波
命令滤波可被视为 CC1100 的单字节指令。通过命令滤波寄存器的选址，内部序列被启动。这些命令用来关闭晶体振荡器，开启传输模式和电磁波激活等。命令滤波寄存器的访问和一个寄存器的写操作一样，但没有数据被传输。就是说，只
有 R/W 位（置为 0） ，突发访问（置为 0）和六个地址位（0x30和0x3D之间）被写。一个命令滤波可能在任何其他 SPI 访问之后，而不需要将 CSn 拉至高电平。命令滤波立即被执行，当 CSn 高时 SPWD和 SXOFF滤波是例外。
FIFO访问
64 字节 TX FIFO 和 64 字节 RX FIFO 通过0x3F 被访问。当读/写位为 0 时，TX FIFO被访问，当读/写位为 1 时，RX FIFO 被访问。 TX FIFO是只写的，而 RX FIFO是只读的。突发位用来决定 FIFO 访问是单字节还是突发访问。单字节访问方式期望地址的突发位为 0 及1 数据字节。在数据字节之后等待一个新的地址，因此，CSn继续保持低。突发访问方式允许一地址字节，然后是连续的数据字节，直到通过设置 CSn 为高来关断访问。 当对 TX FIFO写时，状态字节对每个 SO脚上的新数据字节是输出量，如图 6 所示。这个状态位能用来侦测对 TX FIFO 写数据时的下溢。注意，状态字节包含在写入字节到 TX FIFO 的过程前空闲的字节数。当最后一个适合 TX FIFO的字节被传送至 SI 脚后， 被 SO脚接收的状态位会表明在 TX FIFO中只有一个字节是空闲的。  
传输 FIFO 可能会通过发布一个 SFTX 命令滤波而被淹没。相似地，一个 SFRX命令滤波会淹没接收 FIFO。当进入休眠状态时， 两个 FIFO都被清空。PATABLE 访问
0x3E 地址用来访问 PATABLE。PATABLE用来选择 PA 能量控制设置。在接收此地址之后，SPI 等待至少 8 个字节。通过控制PATABLE，能实现可控的 PA能量上升和下降，减少的带宽的 ASK 调制整型也如此PATABLE 是一个 8 字节表， 定义了 PA控制         设置， 为 8 个 PA 功率值（由FRENDO.PA_POWER 的 3 个位的值所选择）的每一个所使用。这个表从最低位到最高位可读和写，一此一位。一个索引计数器用来控制对这个表的访问。每读出或写入表中的一个字节，计数器就加 1。当 CSn 为高时，计数值置为最小值。当达到最大值时，计数器由零重新开始计数。  
PATABLE 访问
对 PATABLE 的访问是单字节或者突发访问，由突发位决定。当使用突发访问时，索引计数器的值增加；达到7时重新从0开始。读/写位控制访问是写访问（R/W=0）或者读访问(R/W=1)。 如果一字节被写入 PATABLE，且这个值将要被读出，那么，为了设置索引计数器的值重为 0，CSn必须在读访问之前置为高。  注意，当 PATABLE 进入休眠状态时，所存储的内容会丢失，特别是第一个字节。



图2  配置寄存器写和读操作
STM32的串行外设接口(SPI)
STM32的串行外设接口(SPI)有如下特性：
●  3线全双工同步传输
●  带或不带第三根双向数据线的双线单工同步传输
●  8或16位传输帧格式选择
●  主或从操作
●  支持多主模式
●  8个主模式波特率预分频系数(最大为fPCLK/2)
●  从模式频率 (最大为fPCLK/2)
●  主模式和从模式的快速通信
●  主模式和从模式下均可以由软件或硬件进行NSS管理：主/从操作模式的动态改变
●  可编程的时钟极性和相位
●  可编程的数据顺序，MSB在前或LSB在前
●  可触发中断的专用发送和接收标志
●  SPI总线忙状态标志
●  支持可靠通信的硬件CRC
─  在发送模式下，CRC值可以被作为最后一个字节发送
─  在全双工模式中对接收到的最后一个字节自动进行CRC校验
●  可触发中断的主模式故障、过载以及CRC错误标志
●  支持DMA功能的1字节发送和接收缓冲器：产生发送和接受请求

通常SPI通过4个引脚与外部器件相连：  MISO：主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据。 MOSI：主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据。 SCK：串口时钟，作为主设备的输出，从设备的输入  NSS：从设备选择。这是一个可选的引脚，用来选择主/从设备。它的功能是用来作为“片
选引脚”，本实验中没有使用。SPI的方框图如图3所示。



图3  SPI内部框图



图4  数据帧格式图
【实验步骤】
1．学习STM32串行外设接口(SPI)相关知识，熟悉所调用的库函数，学习CC1101相关知识，熟悉CC1101的配置方法，研究TI关于CC1101与MSP430的接口程序库，熟悉库的实现方法。
2．连接电路。
3．编写程序，借助逻辑分析仪工具，调试程序。
【程序代码结构】
所有与CC1101相关的代码均放于CCxxxx文件夹，源文件用途分类说明如表2所示。对于应用分层框图如图5所示。因为程序较大，仅把与硬件相关、改动较大的TI_CC_spi.c放在附录中。

表2  源文件用途分类说明
类型
文件名
功能
硬件定义文件
TI_CC_CC1100-CC2500.h
对CC1101内部寄存器的定义
TI_CC_STM32.h
对使用的STM32相关SPI引脚进行定义
TI_CC_hardware_board.h
对使用的STM32通用数据引脚进行定义
SPI接口文件
TI_CC_spi.c
通过SPI访问CC1101寄存器的功能实现文件。
TI_CC_spi.h
对TI_CC_spi.c的函数进行声明
与应用层接口文件
CC1100-CC2500.c
对CC1101的使用的功能文件，包括初始化、发送数据包、接收数据包
CC1100-CC2500.h
对CC1100-CC2500.c的函数进行声明
include.h
高层包含文件，包含所有.h文件



应用层

CC1100-CC2500.c



TI_CC_spi.c

TI_CC_hardware_board.h


TI_CC_STM32.h

TI_CC_CC1100-CC2500.h

TI_CC_STM32.h

SPI应用

硬件定义




                                                         main.c

















图5 库文件程序分层框图
【实验总结】
CC1101是在上升沿读入数据，即上升沿有效，一般时钟线默认是高电平，配置此功能的寄存器时CPOL（时钟极性 ）和CPHA（时钟相位）当CPOL=0时，空闲状态时，SCK保持低电平，CPOL=1时，空闲状态时，SCK保持高电平。CPHA =0时数据采样从第一个时钟边沿开始，CPHA =1时数据采样从第二个时钟边沿开始。在CC1101的配置中，这两个控制配置为CPOL=1，CPHA =1。
在改写原来TI的程序时，为了保持好的移植性，因此对所有的函数名均未做改变，文件名也尽量不改变，仅将TI_CC_MSP430.h改为TI_CC_STM32.h，当然因为是应用于两种截然不同的MCU，所以与硬件相关的宏定义有较大改变。
STM32与CC1101的通信的逻辑分析仪截图如图6-图8所示，其中图6是启动CC1101时的逻辑波形，图7是写配置寄存器时的逻辑波形，图8读寄存器时的逻辑波形。




6 启动CC1101时的逻辑波形



图  写配置寄存器时的逻辑波形



图8 读寄存器时的逻辑波形
附录：
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// 文件名:   TI_CC_spi.c
// 工作环境: IAR for ARM 5.41 Kickstart,基于STM32F103ZE-EK
// 作者:     程家阳
// 生成日期: 2010.03.15
// 功能:     STM32与CCxxxx进行通信的SPI底层函数，完成初始化STM32的SPI口用于连接   
//           CCxxxx，读写CCxxxx寄存器。
//注意：
动能世纪--赵志洪发布2355892364