spi-i2c-baremetal

SPI と I2C（ベアメタル）

目的

センサーやメモリーチップ向けの SPI および I2C マスタードライバーを実装します。クロック設定、位相／極性（SPI）、START／ACK シーケンス（I2C）、一般的なレジスター指向のトランザクションパターンを扱います。

使用する場面

• I2C センサーの読み取り（WHO_AM_I レジスター）
• SPI フラッシュやディスプレイの立ち上げ
• NACK や SCL のスタックをデバッグする
• HAL_I2C/SPI を最小限のコードに置き換える

ワークフロー

1. SPI マスター（STM32）

/* Mode 0: CPOL=0, CPHA=0 — check slave datasheet */
SPI1->CR1 = SPI_CR1_MSTR | SPI_CR1_SSM | SPI_CR1_SSI
          | (3 << SPI_CR1_BR_Pos);  /* baud divider */
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_SPE;

uint8_t spi_xfer(SPI_TypeDef *spi, uint8_t tx) {
    while (!(spi->SR & SPI_SR_TXE))
        ;
    *(volatile uint8_t *)&spi->DR = tx;
    while (!(spi->SR & SPI_SR_RXNE))
        ;
    return *(volatile uint8_t *)&spi->DR;
}

CS（GPIO のビットバンギング）：

GPIO_CS_LOW();
spi_xfer(SPI1, reg | 0x80);  /* read */
uint8_t val = spi_xfer(SPI1, 0xFF);
GPIO_CS_HIGH();

2. I2C マスター — レジスター読み取り

/* START → addr+W → reg → repeated START → addr+R → data → STOP */
bool i2c_read_reg(I2C_TypeDef *i2c, uint8_t dev7, uint8_t reg, uint8_t *out) {
    if (!i2c_start(i2c)) return false;
    if (!i2c_tx(i2c, (dev7 << 1) | 0)) return false;
    if (!i2c_tx(i2c, reg)) return false;
    if (!i2c_restart(i2c)) return false;
    if (!i2c_tx(i2c, (dev7 << 1) | 1)) return false;
    *out = i2c_rx(i2c, false);  /* NACK last byte */
    i2c_stop(i2c);
    return true;
}

リファレンスマニュアルに従って SB、ADDR、TXE、RXNE、BTF をポーリングします。

3. 一般的なプロトコル

パターン	バス
reg + write data	I2C/SPI
`0x80	reg` 読み取り（MSB をセット）
16 ビットのビッグエンディアンの長さプレフィックス	SPI フラッシュ

4. エージェントの使用方法

/spi-i2c-baremetal I2C read of register 0x0F from device 0x68

よくある問題

症状	原因	対処方法
I2C NACK	7 ビットアドレスの誤り（データシートでは 8 ビット）	アドレスをシフトし、R/W ビットを確認する
SPI のデータが不正	CPOL/CPHA の不一致	スレーブのモード表に合わせる
バスで SCL が Low のまま	スレーブのクロックストレッチ／障害	バスリカバリー（クロックパルス）
CS のグリッチ	クロックに対する CS のタイミング	最初の SCK の前に CS をアサートする

関連スキル

• skills/baremetal/gpio-baremetal — CS、SDA、SCL ピン
• skills/baremetal/peripherals-from-datasheet — タイミング要件
• skills/kernel-dev/bus-drivers-i2c-spi — Linux カーネル側