[TEC] USB-046(FT2232H)によるMPSSEを使ったSPI通信例

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Details: Last Updated: 17 July 2019

　USB-046 (絶縁型USB Serial/MPSSE変換器)を使用したMPSSEの通信の例をお示しします。

USB-046に搭載されているFT2232HにはMPSSE（Multi-Protocol Synchronous Serial Engine)というモードが用意されています。このモードを使用することによりシリアル通信(I2C, SPI, JTAG等)をエミュレートし、通信することが可能です。

今回はシリアルEEPROM AT93C46 にSPI通信でアクセスする例をお示しします。

◆構成

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USB-046のMPSSEポートをAT93C46に接続しています。ORG=GNDとし、データ長を8bitモードとしています。

◆通信仕様

　メモリのアクセスタイミングは下図のようになっています。書き込みデータはSKの立ち上がりでラッチされ、出力データはSKの立下りで取り込みます。

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◆MPSSEのつかいかた

　MPSSEではコマンドとデータを同時に書き込むことで動作を指示します。
通常のモード(UARTなど)で0x86, 0x01, 0x00をFT_Write()すると、3Byteのシリアルデータが出力されますが、
MPSSEでは「コマンド - 引数」という順で解釈され、今回はクロック分周値を0x0001に変更するという指示になります。

　buff[size++] = 0x86;
　buff[size++] = 0x01;
　buff[size++] = 0x00;
　FT_Write(ftHandle, buff, size, &dwByteWritten);

　同様に0x2C, 0x10, 0x00 は「16Byte分のデータを取得する」という動作指示になります。
コマンドの詳細などについてはFTDI社の資料をご参照ください。

FTDI 社 Programming Guides (URL) - D2XX Programmer's Guide

◆MPSSEの通信設定

　MPSSEモードに切り替えるにはFT_SetBitMode() を使用します。APIのみで移行できますので、EEPROMに特別な設定は必要ありません。
第3引数の0x02でMPSSEモードに切り替わります。第2引数は適当でかまいません。

　FT_SetBitMode(ftHandle, (UCHAR)0x00, (UCHAR)0x02);

つぎにポートの初期設定を行います。この処理を行わないとデータの入出力コマンドが反映されませんのでご注意ください。

　buff[size++] = 0x80; //SET DATA BITS LOW BYTE
　buff[size++] = 0x00; //Value
　buff[size++] = 0x0B; //Direction 1:OUT, 0:IN
　FT_Write(ftHandle, buff, size, &dwByteWritten);

その他の必要な設定を行います。

　buff[size++] = 0x85; // Disconnect TDI to TDO LoopBack
　buff[size++] = 0x97; // Turn off Adaptive clocking
　buff[size++] = 0x86; // Set TCK Divisor
　buff[size++] = 0xA0;
　buff[size++] = 0x00;
　FT_Write(ftHandle, buff, size, &dwByteWritten);

◆データ書き込み

　　データを書き込む前にWeite Enable (EWEN) コマンドを発行しておく必要があります。

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EWEN の波形は下記のようになります。

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　Start Bit (SB)から始め、OpCodeとして0b00を出力した後0b11 + 5bit dummy のアドレスを送信します。
この波形を出力するコマンドは下記のようになります。

    // CS HIGH
   buff[size++] = 0x80;
   buff[size++] = 0x08; // Value
   buff[size++] = 0x0B; // Direction

　CSピンをHighに設定します。

   // OpCode
   buff[size++] = 0x13;
   buff[size++] = 0x2;
   buff[size++] = 0x80;

　0x13はデータをSKの立ち上がりエッジでMSBから順に数bit出力するコマンドです。第1引数が出力するbit数(0x2 = 3bit), 第2引数がデータです。
つまり0x80のMSBから3bitを出力します。 [100]

   // Addr
   buff[size++] = 0x13;
   buff[size++] = 0x6;
   buff[size++] = 0xC0;

OpCodeと同様に0xC0のMSBから7bitを出力します。[1100000]

    // CS LOW
   buff[size++] = 0x80;
   buff[size++] = 0; // Value
   buff[size++] = 0x0B; // Direction

CSピンをLowに設定します。

　FT_Write(ftHandle, buff, size, &dwByteWritten);

最後にコマンドをまとめて書き込みます。波形は下図のようになります。
(DOはHi-Z状態です)

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つづけてデータの書き込みを行います。
Address = 0x1 に Data = 0xAA を書き込むには下記のコマンドとなります。 (CSの設定とFT_Write()は省略)

    // OpCode
   buff[size++] = 0x13;
   buff[size++] = 0x2;
   buff[size++] = 0xA0;

   // Address
   buff[size++] = 0x13;
   buff[size++] = 0x6;
   buff[size++] = 0x1 << 1;

MSBからの出力となるため1bit左シフトしています。

   //Data
   buff[size++] = 0x11;
   buff[size++] = 0x00;
   buff[size++] = 0x00;
   buff[size++] = 0xAA;

　0x11はデータをSKの立ち上がりエッジでMSBから順に出力するコマンドです。第1,2引数が出力するByte数(0x0000 = 1Byte), 第3引数以降にデータを設定します。
今回は1Byteのみの出力なので0xAAのみ設定しています。波形は下図のようになります。

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◆データ読み込み

書き込みを行った Address = 0x1 からデータを読み取ってみます。コマンドは下記のようになります。

    // Command
   buff[size++] = 0x13;
   buff[size++] = 0x2;
   buff[size++] = 0xC0;

   //Addr
   buff[size++] = 0x13;
   buff[size++] = 0x6;
   buff[size++] = 0x01 << 1;

    //Read
    buff[size++] = 0x24;
   buff[size++] = 0x00;
   buff[size++] = 0x00;

　0x24はデータをSKの立下りエッジでMSBから順に入力するコマンドです。第1,2引数が出力するByte数(0x0000 = 1Byte), 第3引数以降にデータを設定します。
Readコマンド後はFT_Read()によりデータを取り出します。

　FT_GetStatus(ftHandle, &dwRxBytes, &dwTxBytes, &dwEventDWord);
　if(dwRxBytes == 1){
　　if(FT_Read(ftHandle, buff, dwRxBytes, &dwByteRead) == FT_OK){
　　　data = buff[0];
　　}
　}

波形は下図のようになります。

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