Common Lispの系譜を継ぐuLispをラズパイPico2マイコン上で練習中。先ごろからハードウエア制御に入いっとります。前回はPWM出力（関数名的にはanalogwrite）、今回はSPI出力を練習してみます。端子的にはキメウチだけれども、それなりに制御できるのでないかと。実機で波形を味わってみるの回です。
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※実機確認は Raspberry Pi Pico2で行ってます。
※使用させていただいとります uLisp のバージョンは 4.6b (Arm用）です。
今回、動作確認の関数
uLisp上のSPI制御用API関数は以下です。
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- with-spi
with-spiは、第一引数に「シリアル・ストリーム」を定義するためのリストをとるスペシャルフォームです。そして以降のスコープの中で「ストリーム」なるものが有効になります。
入出力の実体は「シリアル・ストリーム」を介して入出力するためのwrite-byte、read-byteといった「ストリーム」に対して入出力する関数どもの並びです。これはSPIに限らず、I2C、UARTなどでも同じ関数が使えるみたいです。
今回試行してみたサンプルでは以下のようなコードを動かしてみてます。
(with-spi (str 17 4000 1 2 0) (write-byte #xA5 str))
ここで、str はSPIシリアル・ストリームにバインドされた変数です。その後のパラメータの意味は以下のとおり。
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- 17、enableピン（CSnピン）の番号
- 4000、クロック周波数[kHz]、デフォルト値4000
- 1、MSBFIRSTかLSBFIRSTか。１はMSBFIRST（デフォルト）
- 0、SPIモード０から３のどれか（０がデフォルト）
- 0、SPIインタフェースの番号、０か１か（０がデフォルト）
Pico2のSPIインタフェース
Pico2のRP2350、PicoのRP2040とも「ハードウエア」のSPI回路は２チャンネル搭載してます。これについては以下の別シリーズ回にて調べてます。
Pico三昧 (43) ラズパイPico2:RP2350、Pico:RP2040、SPI比較
ことさらに「ハードウエア」のと記しているのは、RP2350、RP2040ともにPIO（Programmable IO)というハードウエアに匹敵するIO論理を構成可能なステートマシンも搭載されているからです。
uLispは搭載している２個のハードウエアSPI回路を使用可能となっていますが、制約もあります。本来のRP2350、RP2040では各SPI回路とも複数のGPIO端子と紐づけることができるようになっているのですが、uLisp環境ではキメウチの端子になってます。
| SPI機能端子 | SPI0 | SPI1 |
|---|---|---|
| TX | GPIO19 | GPIO12 |
| SCK | GPIO18 | GPIO13 |
| CSn | GPIO17 | GPIO14 |
| RX | GPIO16 | GPIO15 |
SPIのモード
SPIには４つのモードがありますが、今回はそこから２つを動作させてみて（４つやらないのはメンドイから、手抜き）、その波形を観察してます。SPIの各モードの「タイミングチャート」については別シリーズの過去回で描いてみてます。
帰らざるMOS回路(37) SPIのタイミングチャートをWaveDromで描く
ざっくりしたところは以下のようです。
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- MODE=0 IDLE=LOW 立ち上りサンプリング、立下りシフト
- MODE=1 IDLE=LOW 立ち下りサンプリング、立上りシフト
- MODE=2 IDLE=HIGH 立ち下りサンプリング、立上りシフト
- MODE=3 IDLE=HIGH 立ち上りサンプリング、立下りシフト
SPI出力波形の観察結果
まずはモード０の波形です。uLispの出力コードが以下に。
(loop (with-spi (str 17) (write-byte #xA5 str)) (delay 100))
loopで回しているのは、オシロで波形をあたるためです。波形（SCKとTXだけだけれども）が以下に。
黄色のSCKの立ち上がりエッジで青のTXの値を読むと、MSBFIRSTで0xA5と読めますな。
つづいてモード２。
(loop (with-spi (str 17 4000 1 2 0) (write-byte #xA5 str)) (delay 100))
波形が以下に。
同様に、黄色のSCKの立ち下がりエッジで青のTXの値を読むと、MSBFIRSTで0xA5と読めますな。
SPIでも出力はできた。次は出力して入力、それがフツーの使い方か。