На Яндекс Дзене : "SPI шина, GPIO на плате ESP8266, режимы прошивки (DOUT, DIO, QOUT, QIO)"

Сегодня мы поговорим о том как выжать максимум из ESPек по количеству GPIO. Возможно ли это? Нам придется затронуть SPI шину, память, и настройку программ для прошивки модулей

Что такое SPI?

Serial Peripheral Interface, SPI bus - последовательный периферийный интерфейс, шина SPI

Это последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса.

Предназначенный для обеспечения высокоскоростного сопряжения микроконтроллеров и периферии.

В простейшем случае состоит из четырех цифровых сигналов (для DIO)

• MOSI — выход ведущего, вход ведомого (от ведущего к ведомому)

• MISO — вход ведущего, выход ведомого (от ведомого к ведущему)

• SCLK или SCK — последовательный тактовый сигнал (служит для передачи тактового сигнала для ведомых устройств)

• CS или SS — выбор микросхемы, выбор ведомого.

Для примера на схеме указаны чип ESP8266 и флеш память, но на само деле эти устройства могут быть любыми.

В ESP8266 данный интерфейс поддерживается аппаратно, там даже два модуля SPI

Два модуля SPI:

1. General SPI (SPI общего назначения)

Максимальная скорость работы – 80 мегагерц.

2. HSPI

Максимальная скорость работы – 20 мегагерц.

Обратимся к распиновки чипа ESP8266EX

Нас будут интересовать эти выводы. Что это такое?

А это этот самый SPI только не простейшая его реализация по двум цифровым сигналам SD_DATA_1, SD_DATA_2,(отбрасывая тактовый генератор и выбор чипа), а по четырем SD_DATA_1, SD_DATA_2, SD_DATA_3, SD_DATA_4

Вот так это будет выглядеть на схеме, режим QIO передача по четырем линиям

Самые внимательные уже обратили внимание на надписи:

• SD_DATA_2 - GPIO9 - D2

• SD_DATA_3 - GPIO10 - D3

И если перейти от четырех сигнальных линий к двум отбрасывая SD_DATA_2, SD_DATA_3 то мы получим режим "DIO" - передача по двум линиям освобождая тем самым GPIO9 и GPIO10

На схеме это будет выглядеть так

Вот тут как механическим путем освободить GPIO9, GPIO10: "ESP8266 ESP-201 module - freeing up GPIO9 and GPIO10"

В руководстве к ESP8266 написано: "Цифровые контакты 6-11 используются для подключения флэш-памяти чипа на большинстве модулей"

Где же они находятся в реальности? А вот где

Обратимся к модулю ESP-12E

Вот его распайка

А вот как это выглядит в реальности.

И модули семейства Семейство плат WeMos, подсемейство NodeMcu

На схеме выделено GPIO 6-11 те которые находятся на боковой грани модуля ESP-12 и вынесены на пины модуля NodeMcu

Как же используются эти контакты (GPIO) и их значение?

А вот как, я написал чуть по другому, обозначив каналы MOSI, MISO номерами 1, 2. А не SD_DATA или не SDD2, SDD3, или D2, D3, так будет понятнее, а то с этими обозначениями кто во что горазд!

Назначение GPIO6-11:

• GPIO 6 SCLK (тактовый сигнал)

• GPIO 7 MISO (от ведомого к ведущему канал 1)

• GPIO 8 MOSI (от ведущего к ведомому канал 1)

• GPIO 9 MISO (от ведущего к ведомому канал 2)

• GPIO 10 MOSI (от ведущего к ведомому канал 2)

• GPIO 11 CS0 (выбор микросхемы, выбор ведомого)

Почему то на GPIO 10 будет работать при прошивке модуля в режиме "DIO" или его модификации "DOUT", а вот GPIO 9 не работает все виснет возможно это связано с режимами MOSI, MISO

И кроме того в руководстве по ESP8266 пишут: "GPIO 10 можно использовать в качестве светового сигнала для индикации состояния связи между устройством и сервером".

А теперь рассмотрим прошивку модуля ESP8266 из среды Arduino IDE

Какой «Flash Mode» выбрать при прошивке модуля в среде IDE Arduino или при прошивки через Nodemcu Flasher?

Дело в том что если зайти в среде Arduino IDE в "инструменты", выбрать Generic ESP8266 module.

То в «Flash Mode» появится выбор из DOUT, DIO, QOUT, QIO

Что это такое?

А это режимы работы с памятью о которых мы говорили выше

DOUT > DIO >QOUT > QIO

По скорости от менее скоростных к более скоростным

• DOUT - адрес задается стандартным путем используя только MOSI, а для получения данных используются две линии

• DIO - (Dual IO) использует 2 линии для данных

• QOUT – адрес задается стандартным путем используя только MOSI, а для получения данных используются четыре линии

• QIO - (Quad IO) использует 4 линии для данных

Дело в том, что не все платы имеют подключение к памяти по четырем линиям (хотя более-менее современные имеют)

Контакты чипа для работы с памятью в DIO (используются только две линии)

• D0 GPIO 7 (MISO канал1)

• D1 GPIO 8 (MOSI канал1)

• D2 -GPIO 9(MISO канал2)

• D3 - GPIO 10 (MOSI канал2)

• CLK - GPIO 6

• CMD - GPIO 11

Контакты чипа для работы с памятью в QIO (используют четыре линии):

• D0 (MISO канал1)

• D1 (MOSI канал1)

• D2 -GPIO 9 (MISO канал2)

• D3 - GPIO 10 (MOSI канал2)

• CLK - GPIO 6

• CMD - GPIO 11

Понятно что при током использовании скорость увеличивается в 2 раза.

Теперь становится понятно, если вы задаете режим "DIO" то тем самым вы срезаете две линии и высвобождаются два GPIO 9 и 10

Только вот почему то 10 GPIO работает, а 9 все вешает, возможно это связано с ведущим\ведомым (см. выше)

А вообще интересные эксперименты можно попробовать провести, например подключить внешнюю память к модулю ESP 8266 (вообще внешнюю) Но возможно это будет в будущем.