基于IO模拟IIC与SPI驱动实现

        最近项目上，由于一些变更问题，导致硬件设计上未考虑到相关GPIO是否支持硬件驱动，考虑到这两个驱动的应用场景并不普遍，基本上只有在下电与Boot升级时才可以会被应用（相信有经验的朋友以及猜出来是什么功能了），具体功能就不详说了，我们直接讲解关于IIC与SPI的模拟驱动吧。

1、IIC是什么？

        解：IIC时双向二线制同步串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线仅需要两根线（SDA和SCL）即可在多个设备之间进行通信。

2、IIC的特点是什么？

        解：以下是与软件相关的关键特性：

                线少：仅使用两根线，一根串行数据线SDA（数据传输），一份串行时钟线SCL（同步数据传输）；

                多主多从：在IIC总线上可以存在一个或者多个主设备和多个从设备。主设备负责启动数据传输时产生的时钟信号，所以一般主设备是的微控制器；

                软件寻址：IIC总线的从设备都有一个唯一地址标识，具体地址通常是硬件设计时对从设备外围电路的逻辑控制。而主设备就是通过这些地址选择访问指定的从设备；

                多设备通信：多设备可以通过IIC总线实现通信，但同一时刻，只能允许一个主设备控制总线；

                仲裁和握手：IIC有总裁机制，确保多主设备尝试控制总线时不会发生冲突。且通过确认ACK和否定确认NACK信号进行数据传输握手。

 3、IIC通信过程

        解：IIC通信过程分为：启动条件、地址传输、数据传输、停止条件。

                启动条件：前面文章说过，IIC总线配置为开漏输出，不理解的朋友可以访问链接（https://blog.csdn.net/qq_40939768/article/details/142935984）看一下。所谓启动条件，就是通过将SDA从高电平拉到低电平，同时SCL线保持高电平来发起一个起始条件。

                地址传输：主设备发送一个从设备地址，以沟通相关的从设备，后面再跟一个读写位，告诉从设备是读操作还是写操作。

                数据传输：以8bit数据进行，每次传输都会有一个应答周期。

                停止条件：主设备通过将SDA从低电平拉到高电平，同时SCL保持高电平来发起停止条件，结束数据传输。

4、为什么要用IO模拟IIC？

        解：在嵌入式开发中，作为软件工程师，理想状态肯定是使用可以复用相关功能的IO编写相关驱动，如：IIC就使用支持硬件IIC的IO，这样做的好处是可以不用注意在传输过程由于一些其他操作（中断、任务抢占等等）影响通信质量等。

                但是，在实际项目中，硬件设计时可能会考虑到PCB布线的其他原因，不得不修改使用其他Pin实现IIC或其他可用IO模拟的通信协议，同时相关功能在不影响系统的响应能力的情况下，就需要用IO模拟IIC驱动或其他驱动。

4、如何用IO模拟？

        解：通过以上信息，理解能力稍强的朋友应该也明白其IIC总线的通信原理，理解能力稍弱的可以再多看几遍，IIC没有那么复杂。简而言之，就是控制IO的高低电平实现IIC通信。这里就不贴代码了，若有需要的朋友，可以评论或私信@我。我们主要讲下SPI的模拟。

5、IO模拟SPI代码实现

        解：以下是关于IO模拟SPI的代码实现，可直接copy使用。需要了解SPI详细原理的朋友也可以私信或评论告知我。

#define SPI_MOSI_H        /* MOSI拉高 */
#define SPI_MOSI_L        /* MOSI拉低 */
#define SPI_SCK_H         /* SCK拉高 */
#define SPI_SCK_L         /* SCK拉低 */
#define SPI_CS_H          /* CS拉高 */
#define SPI_CS_L          /* CS拉低 */
#define SPI_MISO_READ     /* 读取MISO状态 */

const Uint16 byDUMMY = 0xFFu;    /* 虚拟字节 */

/**
 * @FuncName: SPIWriteByte
 * @Description: 写入1字节数据
 * @Author: 
 * @Date: 
 * @param {Uint16} data
 */
static void SPIWriteByte(Uint16 data) {
    Uint16 bitCount = 0u;
    
    for (bitCount = 0u; bitCount < 8u; bitCount++) {
        SPI_SCK_L;  /* 设置时钟线低电平 */
        /* 发送位 */ 
        if (data & 0x80u) {
            SPI_MOSI_H;  /* 发送1 */
        } else {
            SPI_MOSI_L;  /* 发送0 */
        }
        SPI_SCK_H;       /* 设置时钟线高电平 */
        data <<= 1u;     /* 左移数据 */
    }
}

/**
 * @FuncName: SPIReadByte
 * @Description: 读取1字节数据
 * @Author: 
 * @Date: 
 */
static Uint16 SPIReadByte(void) {
    Uint16 data = 0u;
    Uint16 bitCount = 0u;
    
    for (bitCount = 0u; bitCount < 8u; bitCount++) {
        SPI_SCK_L;  /* 设置时钟线低电平 */
        SPI_SCK_H;  /* 设置时钟线高电平 */

        data <<= 1u;  /* 读取位 */
        if (SPI_MISO_READ) {
            data |= 0x01u;
        }
    }
    return data;
}