基于nRF52840-DK通过SPIM读取Arducam测试寄存器值异常排查

AI 小北

2026-8-4

问题描述

我采用裸机编程方式，将Arducam Mini 2MP Plus通过SPIM接口连接至nRF52840-DK开发板。根据Arducam datasheet，其SPI从机接口固定为SPI模式0（POL=0、PHA=1），SCLK最高速率8MHz，读写周期内需保持CSn有效，命令字节最高位为读写位（0读1写），低7位为寄存器地址。写入时为命令+数据字节，读取时为命令+哑字节，从MISO获取寄存器值。测试寄存器地址为0x00，我编写代码向其写入0x55后尝试读回，但得到的是0x52、0x1c等错误值而非0x55。已用逻辑分析仪验证nRF52840-DK的SPIM接口功能正常，请问我遗漏了什么或操作有误？

代码实现

#include<stdint.h>
#include "nrf52840.h"
#include "nrf52840_bitfields.h"
#include "nrf_delay.h"
#include "nrf_gpio.h"


int spi_init(unsigned int pin_cs, unsigned int pin_mosi, unsigned int pin_miso,unsigned int pin_clk)
{
    NRF_SPIM3->PSEL.CSN = pin_cs;
    NRF_SPIM3->PSEL.SCK = pin_clk;
    NRF_SPIM3->PSEL.MOSI = pin_mosi;
    NRF_SPIM3->PSEL.MISO = pin_miso;

    /* Change the SPI mode here */
    NRF_SPIM3->CONFIG = (SPIM_CONFIG_CPHA_Leading << SPIM_CONFIG_CPHA_Pos) |
    (SPIM_CONFIG_CPOL_ActiveHigh << SPIM_CONFIG_CPOL_Pos) |
    (SPIM_CONFIG_ORDER_MsbFirst << SPIM_CONFIG_ORDER_Pos);

    /* Change the frequency here */
    NRF_SPIM3->FREQUENCY = SPIM_FREQUENCY_FREQUENCY_M4;

    NRF_SPIM3->ENABLE = (SPIM_ENABLE_ENABLE_Enabled << SPIM_ENABLE_ENABLE_Pos);

    return 0;
}

int spi_read(uint8_t address)
{
    uint8_t tx_buf[2];
    tx_buf[0] = address;
    tx_buf[1] = 0; // dummy byte

    uint8_t rx_buf[2] ;
    rx_buf[0] = 0;
    rx_buf[1] = 0; // dummy byte

    /* The SPI transaction will last for max(n_tx, n_rx) bytes */
    NRF_SPIM3->TXD.MAXCNT = 2;
    NRF_SPIM3->RXD.MAXCNT = 2;

    NRF_SPIM3->TXD.PTR = (uint32_t)tx_buf;
    NRF_SPIM3->RXD.PTR = (uint32_t)rx_buf;
    NRF_SPIM3->EVENTS_END = 0;
    
    /* Start the transaction */
    NRF_SPIM3->TASKS_START = 1;
    /* Busy wait until it has finished */
    while (NRF_SPIM3->EVENTS_END == 0) {
    };

    NRF_SPIM3->EVENTS_END = 0;
    return rx_buf[1];
}

int spi_write(uint8_t address, uint8_t value)
{
    
    static uint8_t tx_buf[2];
    tx_buf[0] = address;
    tx_buf[1] = value;

    /* The SPI transaction will last for max(n_tx, n_rx) bytes */
    NRF_SPIM3->TXD.MAXCNT = 2;
    NRF_SPIM3->RXD.MAXCNT = 0;

    NRF_SPIM3->TXD.PTR = (uint32_t)tx_buf;
    NRF_SPIM3->RXD.PTR = (uint32_t)0;
    NRF_SPIM3->EVENTS_END = 0;

    
    /* Start the transaction */
    NRF_SPIM3->TASKS_START = 1;
    /* Busy wait until it has finished */
    while (NRF_SPIM3->EVENTS_END == 0) {
    };

    NRF_SPIM3->EVENTS_END = 0;
    return 0;
}

int main(void)
{
    spi_init(31, 30, 29, 28);
    int data = 0xff;
    while(1){
        // spi_testing 
        spi_write(0x00 | 0x80,0x55);
        data = spi_read(0x00 & 0x7F);
        if(data == 0x55){
            // SPIM is working 
        }
        nrf_delay_ms(1000);
    }
}

排查与解决建议

SPI模式配置错误：Arducam要求的是SPI模式0（POL=0、PHA=1），对应nRF52840 SPIM的配置应该是SPIM_CONFIG_CPHA_Trailing（PHA=1，时钟后沿采样），但当前代码中用的是SPIM_CONFIG_CPHA_Leading（PHA=0，前沿采样），这会导致数据采样时序不匹配，是核心问题。修改CONFIG行：
```
NRF_SPIM3->CONFIG = (SPIM_CONFIG_CPHA_Trailing << SPIM_CONFIG_CPHA_Pos) |
(SPIM_CONFIG_CPOL_ActiveHigh << SPIM_CONFIG_CPOL_Pos) |
(SPIM_CONFIG_ORDER_MsbFirst << SPIM_CONFIG_ORDER_Pos);
```
CSn时序问题：当前使用SPIM自动控制CSn，部分设备对CSn的拉低/拉高时序有严格要求。可以尝试改为手动控制CSn：在spi_init中配置CSn为输出引脚并初始拉高，在spi_write和spi_read函数开头拉低CSn，事务结束后拉高，确保读写操作间的CSn状态符合设备要求。
设备初始化延迟：Arducam上电后需要一定时间稳定，在spi_init后添加nrf_delay_ms(100);等延迟，再执行读写操作。
SPI速率确认：当前配置的是4MHz（SPIM_FREQUENCY_FREQUENCY_M4），虽然低于设备最高8MHz，但可以尝试降低速率（比如1MHz）测试是否是速率兼容性问题。
RX配置优化：在spi_write函数中，将RXD.MAXCNT设为2并读取返回值，部分设备会在写入时返回状态字节，可用于排查写入是否成功。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者shakingwindow