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前言

本篇继续 i.MX6ULL 裸机外设驱动学习，从电容多点触控芯片 GT9147/GT9151，再到 SPI 通信协议、ECSPI 控制器配置、ADXL345 三轴加速度传感器完整驱动，覆盖硬件原理、引脚配置、寄存器操作、代码实现与调试踩坑，打通 I2C 触控与 SPI 高速外设开发两条链路。

一、GT9147/GT9151 多点电容触摸屏驱动

1. 触控硬件原理

采用电容式触控原理：手指触碰屏幕会改变极板间电容，芯片检测电压变化计算触摸坐标；芯片通过 I2C 和 i.MX6ULL 主控通信，最多支持5 点同时触摸。

2. 核心引脚功能

• I2C 引脚：I2C2 的 SDA、SCL，负责坐标数据交互
• CTINT：触控中断引脚，有触摸事件时触发中断通知 SOC
• CTRST：芯片硬件复位引脚
• 通信方式：使用中断方式获取触摸数据，相比轮询节省 CPU 资源，不会丢失触摸事件

3. I2C 从机地址配置时序

GT9147/GT9151 的 I2C 从机地址由复位、中断引脚的上电时序决定：

1. 拉低 CTRST、CTINT 保持大于 100us
2. 拉高 CTRST，保持大于 5ms，完成地址配置
3. 两种时序对应不同从机地址：0x5D、0x14，调试读 ID 失败优先核对从机地址

4. 芯片识别

读取寄存器0x8140的 Product ID，判断是 GT9147 还是 GT9151；读取出 ID 不对，优先排查 I2C 地址、引脚电气配置。

5. 中断触发方式与 GPIO 配置

1. 中断触发模式寄存器：GT9147 读取0x804D，GT1158 读取0x8056；寄存器低两位代表触发方式
   • 00：上升沿｜01：下降沿｜02：低电平｜03：高电平
   • 本开发板触控芯片为下降沿触发
2. 中断引脚 GPIO 配置
   • 设置 GPIO 方向为输入
   • 引脚配置为开漏模式，悬浮输入，由触控芯片主动拉低产生中断
   • 配置中断控制器 ICR 寄存器为下降沿触发，解除 IMR 中断屏蔽位
3. 进入坐标读取状态：向命令寄存器0x8040写入 0，开启触摸检测。

6. 中断服务函数处理规范

中断服务函数原则：短平快，禁止耗时操作，不要在中断里 printf，只更新标志位，主循环处理数据。

1. 读取状态寄存器0x814E，读完必须写 0 清除中断标志，否则会持续触发中断
2. 寄存器低 4 位获取触摸点数
3. 循环读取多点 X/Y 坐标；坐标为小端存储（低字节在前），高低字节拼接得到完整坐标
4. 用结构体存储触摸点数、有效标志、最多 5 组触摸点 XY 坐标
5. 上层对接：驱动拿到坐标后，可以供给 LVGL 图形库，做控件点击命中检测。

二、SPI 通信协议基础

1. SPI 特点

SPI（串行外设接口），同步、全双工、串行通信，通信速率高，起步 1Mbps，可达 10Mbps，传输效率高于 I2C。
四线标准 SPI：

• SCLK：时钟线，主机输出通信节拍
• MOSI：主机输出、从机输入
• MISO：主机输入、从机输出
• CS/SS：片选引脚，SPI 无设备地址，拉低对应 CS 引脚选中从机，其余从机保持静默。

2. 时序核心：CPOL、CPHA

• CPOL（时钟极性）：总线空闲时 SCLK 电平。0 = 空闲低电平；1 = 空闲高电平
• CPHA（时钟相位）：数据采样边沿。0 = 第一个边沿采样；1 = 第二个边沿采样
• 4 种组合模式，必须严格按照传感器手册配置 ECSPI 控制器。

3. SPI 读写逻辑

SPI 全双工特性：主机发数据的同时，从机同步回传数据。
读从机寄存器时，主机发送寄存器地址后，需要发送哑字节 (Dummy Byte)，用来产生时钟，驱动从机返回数据。
ADXL345 通过寄存器地址最高 bit 区分读写：bit7=0 为写，bit7=1 为读（|0x80）。

4. ADXL345 三轴加速度传感器简介

ADXL345 是三轴加速度计，测量 X/Y/Z 三个方向加速度，可以检测姿态、震动、自由落体；
支持量程：±2g、±4g、±8g、±16g；内置 ADC，13 位分辨率；开发板使用 ECSPI3 总线通信。

三、i.MX6ULL ECSPI 增强 SPI 控制器原理与寄存器配置

1. ECSPI 硬件架构

ECSPI 自带 TX、RX FIFO 收发队列，移位寄存器完成串行收发，全双工传输。
对比 I2C：SPI 不需要 ACK 应答、启停信号，协议简单，传输速度更快。
模块时钟独立，本例模块时钟 60MHz，经过两级分频得到最终 SPI 总线时钟。

2. 关键寄存器配置

1. CONREG 控制寄存器
   • BURST_LENGTH：单次传输比特长度，8 位数据设置为 7
   • PRE_DIVIDER、POST_DIVIDER：两级分频，把模块时钟降到目标 SPI 时钟（例 1MHz）
   • CHANNEL_MODE：设置为主机模式
   • SMC：置 1，写入 TX FIFO 后自动启动 SPI 通信
2. CONFIGREG 配置寄存器
   • SCLKCTL：配置 CPOL、CPHA，本实验 CPOL=1，CPHA=1
3. 片选方案：不使用硬件自动片选，CS 引脚复用为 GPIO，软件手动拉高 / 拉低。

3. 代码配置要点

1. 引脚复用：SCLK/MOSI/MISO 配置为 ECSPI3 外设功能；CS 引脚复用 GPIO 输出，默认高电平。
2. 高速通信开启高压摆率 SRE=1，让信号边沿更陡，减少波形失真。
3. 收发流程：写 STAT 状态寄存器，轮询 TXF，发送 FIFO 空再写入数据；等待 RXF 置位，读取 RXDATA 接收数据。

SPI 天然全双工，一套底层接口同时支持收发。

四、ADXL345 驱动完整实现与调试

1. SPI 读写接口封装

• ADXL345_Read：拉低 CS，发送带读标记的寄存器地址（addr | 0x80），发送哑字节读取数据，读完拉高 CS
• ADXL345_Write：拉低 CS，直接发送寄存器地址（最高位 0）+ 待写入数据，通信结束拉高 CS

2. 硬件接线

• VCC →3.3V；GND→GND
• CS：GPIO1_20
• SDO（MISO）、SDI（MOSI）、SCLK 接到 ECSPI3 对应引脚
• 调试第一步：读取 ID 寄存器0x00，正确返回0xE5代表 SPI 通信正常；读取失败优先检查接线、CS 时序。

3. ADXL345 寄存器初始化配置

• 0x2E INT_ENABLE：0x00 关闭中断 / 0x08 开启指定中断
• 0x31 DATA_FORMAT：写入 0x0B，开启全分辨率，量程 ±16g
• 0x2C BW_RATE：0x08，配置输出速率，正常工作模式
• 0x2D POWER_CTL：0x08，开启测量模式，传感器开始采集加速度

4. 多轴数据读取与显示

1. 连续读取寄存器0x32 ~ 0x37，依次是 X、Y、Z 轴低字节、高字节
2. 数据拼接：(high_byte <<8) | low_byte，存为 16 位有符号 short 类型
3. 主循环持续读取 XYZ 三轴加速度，输出到 LCD 屏幕；转动传感器，观察数值随姿态变化，验证驱动。

总结

1. GT9147 电容触控基于 I2C + 中断，重点掌握 I2C 从机地址时序、中断服务函数规范、小端坐标数据拼接；中断内只更新标志，主循环处理业务。
2. SPI 是高速全双工串行总线，依靠 CS 片选选中设备，CPOL/CPHA 时序必须严格匹配外设手册；全双工带来哑字节读取的特殊写法。
3. ECSPI 控制器通过两级分频设置波特率，FIFO 队列收发；软件 GPIO 控制 CS 是裸机常用方案。
4. ADXL345 三轴加速度传感器驱动流程：硬件接线→ID 校验→寄存器初始化→SPI 读取三轴原始数据，最后可以把姿态数据送到 LCD 显示。