Arduino LoRa SPI Driver

Arduino与LoRa

自从去年Arduino增加了对于STM32以及Semtech LoRa的支持后，基于Arduino的开发得到了长足的发展。由于Arduino不局限于ARM内核，MCU多样性比较高，至少可以使用ESP8266/ESP32/STM32/AVR/PIC/K20等。而Arduino社交化程度比较高。

在同一硬件中，编程平台、协议栈、应用的复杂度呈现几何级数上升。但不管如何，选择受众多，开发易的平台依然很有用。

SPI 驱动

无论是Arduino/mbed/MicroPython/Lua/JavaScript，驱动LoRa的接口最简单：SPI，四线SPI加上RST/D0中断即可。要调通SPI总线，必须依赖一个工具：逻辑分析仪，淘宝D版。

screenshot_Arduino_9bit_SPI.png

Fig 1: Arduino firmware, abnormal SPI operation for leading pulse

Arduino的SPI驱动中有个SPI参数配置：

SPISettings _spiSettings(8E6, MSBFIRST, SPI_MODE0);

一开始我把它放在CS拉低之后，发现其初始化会导致一个毛刺，形成9个脉冲，导致总线出错。参见附图1。

screenshot_Arduino_9bit_SPI_CS_out.png

Fig2 : Arduino firmware, normal SPI operation for leading pulse outside of CS period

于是我把参数设置放置在CS拉低之前。

uint8_t singleTransfer(uint8_t address, uint8_t value)
{
  uint8_t response;
  
  _spiSettings = SPISettings(FREQ, MSBFIRST, SPI_MODE0);
  SPI.beginTransaction(_spiSettings);
  digitalWrite(SS, LOW);
  SPI.transfer(address);
  response = SPI.transfer(value);
  SPI.endTransaction();
  digitalWrite(SS, HIGH);

  return response;
}

这段代码中，先初始化配置，然后拉低CS，然后进行传输，最后要关闭SPI。参见附图，即便有个毛刺，也是在CS周期之外。所以总线读写正常。但是返回二进制却总是0xFF或0x00。

screenshot_mbed_8bit_normal.png

Fig3: mbed firmware, normal SPI operation

由于mbed/Arduino共享目标板和STLINK，我立刻下载了一个mbed固件，发现mbed的确总线比较干净，返回值也正确：0x12，是SX127X的返回值。参考附图3。

screenshot_Arduino_8bit_normal.png

Fig4: Arduino firmware, normal SPI operation

由于SPI总线硬件无需验证，剩下的就是总线速率和RST引脚，所以将总线速度升到8MHz，POR之后RST对SX127X拉低20ms后拉高。现在Arduino的代码也可以返回0x12了。但是CS的周期很长，比较怪异。

ESP8266/STM32

ESP8266的驱动略有不同。接下来，我会将常见的LoRa PHY驱动集成在SPI之上。Arduino好像不支持printf()，需要打碎成为多个print()函数。略有不便。

代码

#include <SPI.h>

#define LED_BP PC13 // BluePill
#define REG_VERSION              0x42
#define RST A0  //PA0 //2
#define SS  D10 //PB6 //15
#define FREQ 8E6

SPISettings _spiSettings(8E6, MSBFIRST, SPI_MODE0);

uint8_t singleTransfer(uint8_t address, uint8_t value)
{
  uint8_t response;
  
  _spiSettings = SPISettings(FREQ, MSBFIRST, SPI_MODE0);
  SPI.beginTransaction(_spiSettings);
  digitalWrite(SS, LOW);
  SPI.transfer(address);
  response = SPI.transfer(value);
  SPI.endTransaction();
  digitalWrite(SS, HIGH);

  return response;
}

uint8_t readRegister(uint8_t address)
{
  return singleTransfer(address & 0x7f, 0x00);
}

void setup() {
  pinMode(LED_BP, OUTPUT);
  pinMode(SS,OUTPUT);
  pinMode(RST,OUTPUT);
  digitalWrite(RST, LOW);
  delay(20);
  digitalWrite(RST, HIGH);

  SPI.begin();
  //_spiSettings = SPISettings(1E6, MSBFIRST, SPI_MODE0);
  //SPI.beginTransaction(_spiSettings);

  Serial.begin(115200);
  Serial.println("SPI Test");  
}

void loop() {
  uint8_t res;

  res = readRegister(0x42);
  //Serial.printf("Register[0x42] = 0x%02X\n\r",res);
  Serial.print("Register[0x42]=0x");
  Serial.println(res, HEX);

  if (res!=0x12){
    digitalWrite(LED_BP, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
    delay(500);                       // wait for a second
    digitalWrite(LED_BP, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
    delay(500);                       // wait for a second
  }
}