ESP32-S3 通过 SPI 模式驱动 SDNAND

一、硬件准备与接线

1. 所需硬件

• ESP32-S3 开发板（如 ESP32-S3-DevKitC-1）

• SDNAND 模块（如 XCZSDNAND1GAS）

• TFT 显示屏（支持 SPI 接口，如 ST7789）

• 杜邦线若干

• 面包板（可选）

2. ESP32-S3 与 SDNAND 的 SPI 连接

以下是推荐的引脚连接方案（可根据实际调整）：

3. ESP32-S3 与 TFT 显示屏的连接

LVGL 需要一个显示设备来渲染界面，以下是 SPI 接口 TFT 的典型连接：

二、开发环境配置

1. 安装 ESP-IDF 开发框架

• 推荐使用 ESP-IDF v5.0 或更高版本

• 按照官方指南安装：ESP-IDF 安装指南

2. 安装必要的工具链

• 安装 Python（推荐 3.8 及以上版本）

• 安装 CMake 和 Ninja 构建工具

• 安装串口驱动（根据开发板型号选择）

3. 创建 ESP-IDF 项目

打开终端，执行以下命令：

# 创建新项目idf.py create-project esp32s3_sdnand_lvglcd esp32s3_sdnand_lvgl# 设置目标芯片idf.py set-target esp32s3

三、软件实现：SPI 驱动 SDNAND

1. 添加必要的组件

在项目根目录下创建components文件夹，并添加以下组件：

• LVGL 图形库

• SDNAND 驱动（可使用 ESP-IDF 自带的 SDMMC/SPI 驱动）

2. 配置 SPI 总线

创建spi_master.c文件，初始化 SPI 总线：

include "driver/spi_master.h"#include "esp_log.h"#define SDNAND_HOST    SPI2_HOST#define PIN_NUM_MISO   13#define PIN_NUM_MOSI   11#define PIN_NUM_CLK    14#define PIN_NUM_CS     12spi_device_handle_t sdnand_handle;esp_err_t sdnand_spi_init(void){
    esp_err_t ret;
    spi_bus_config_t buscfg = {
        .miso_io_num = PIN_NUM_MISO,
        .mosi_io_num = PIN_NUM_MOSI,
        .sclk_io_num = PIN_NUM_CLK,
        .quadwp_io_num = -1,
        .quadhd_io_num = -1,
        .max_transfer_sz = 4096,
    };

    // 初始化SPI总线
    ret = spi_bus_initialize(SDNAND_HOST, &buscfg, SPI_DMA_CH_AUTO);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE("SDNAND", "SPI总线初始化失败: %d", ret);
        return ret;
    }

    // 配置SDNAND设备
    spi_device_interface_config_t devcfg = {
        .clock_speed_hz = 20 * 1000 * 1000,    // 20MHz
        .mode = 0,                              // SPI模式0
        .spics_io_num = PIN_NUM_CS,
        .queue_size = 7,
        .cs_ena_posttrans = 3,                  // 传输后保持CS低电平的时间
    };

    // 注册SDNAND设备
    ret = spi_bus_add_device(SDNAND_HOST, &devcfg, &sdnand_handle);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE("SDNAND", "添加SPI设备失败: %d", ret);
        return ret;
    }

    return ESP_OK;}

3. SDNAND 初始化与操作

创建sdnand.c文件，实现基本的 SDNAND 操作

#include "sdnand.h"#include "driver/spi_master.h"#include "esp_log.h"#include "esp_err.h"#include "freertos/FreeRTOS.h"#include "freertos/task.h"// SDNAND命令定义#define CMD_RESET           0xFF  // 复位命令#define CMD_READ_ID         0x9F  // 读取ID命令#define CMD_READ_STATUS     0x05  // 读取状态寄存器#define CMD_WRITE_ENABLE    0x06  // 写使能#define CMD_PAGE_READ       0x13  // 页读取命令esp_err_t sdnand_init(void){
    esp_err_t ret;
    
    // 初始化SPI总线
    ret = sdnand_spi_init();
    if (ret != ESP_OK) {
        return ret;
    }
    
    // 复位SDNAND
    ret = sdnand_reset();
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE("SDNAND", "复位失败");
        return ret;
    }
    
    // 读取设备ID进行验证
    uint8_t id[5] = {0};
    ret = sdnand_read_id(id);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE("SDNAND", "读取ID失败");
        return ret;
    }
    
    ESP_LOGI("SDNAND", "设备ID: %02X %02X %02X %02X %02X", 
             id[0], id[1], id[2], id[3], id[4]);
    
    return ESP_OK;}// 实现其他SDNAND操作函数...

四、软件实现：集成 LVGL 显示系统

1. 配置 LVGL 组件

在CMakeLists.txt中添加 LVGL 依赖：

idf_component_register(SRCS "main.c" "spi_master.c" "sdnand.c" "lvgl_driver.c"
                    INCLUDE_DIRS "."
                    REQUIRES lvgl esp_lcd)

2. 初始化 LVGL 和 SPI 显示驱动

创建lvgl_driver.c文件，实现 LVGL 的显示接口：

#include "lvgl.h"#include "driver/spi_master.h"#include "esp_lcd_panel_io.h"#include "esp_lcd_panel_vendor.h"#include "esp_lcd_panel_ops.h"#include "esp_err.h"#include "esp_log.h"#define LCD_HOST    SPI3_HOST#define PIN_NUM_CS  15#define PIN_NUM_DC  4#define PIN_NUM_RST 5#define PIN_NUM_CLK 14#define PIN_NUM_MOSI 11#define LCD_H_RES 240#define LCD_V_RES 320static lv_disp_draw_buf_t draw_buf;static lv_color_t buf[LCD_H_RES * 10];  // 部分帧缓冲区// 显示刷新回调函数static void disp_flush(lv_disp_drv_t *disp, const lv_area_t *area, lv_color_t *color_p){
    // 实现显示刷新逻辑
    // ...
    
    // 标记刷新完成
    lv_disp_flush_ready(disp);}esp_err_t lvgl_driver_init(void){
    esp_err_t ret;
    
    // 初始化SPI总线
    spi_bus_config_t buscfg = {
        .miso_io_num = -1,
        .mosi_io_num = PIN_NUM_MOSI,
        .sclk_io_num = PIN_NUM_CLK,
        .quadwp_io_num = -1,
        .quadhd_io_num = -1,
        .max_transfer_sz = LCD_H_RES * 40,
    };
    
    ret = spi_bus_initialize(LCD_HOST, &buscfg, SPI_DMA_CH_AUTO);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE("LVGL", "SPI总线初始化失败: %d", ret);
        return ret;
    }
    
    // 配置LCD接口
    esp_lcd_panel_io_spi_config_t io_config = {
        .cs_gpio_num = PIN_NUM_CS,
        .dc_gpio_num = PIN_NUM_DC,
        .spi_mode = 0,
        .pclk_hz = 40 * 1000 * 1000,
        .trans_queue_depth = 10,
    };
    
    esp_lcd_panel_io_handle_t io_handle = NULL;
    ret = esp_lcd_new_panel_io_spi((esp_lcd_spi_bus_handle_t)LCD_HOST, &io_config, &io_handle);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE("LVGL", "创建SPI面板IO失败: %d", ret);
        return ret;
    }
    
    // 配置LCD面板
    esp_lcd_panel_dev_config_t panel_config = {
        .reset_gpio_num = PIN_NUM_RST,
        .color_space = ESP_LCD_COLOR_SPACE_RGB,
        .bits_per_pixel = 16,
    };
    
    esp_lcd_panel_handle_t panel_handle = NULL;
    ret = esp_lcd_new_panel_st7789(io_handle, &panel_config, &panel_handle);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE("LVGL", "创建ST7789面板失败: %d", ret);
        return ret;
    }
    
    // 初始化LCD
    esp_lcd_panel_reset(panel_handle);
    esp_lcd_panel_init(panel_handle);
    esp_lcd_panel_invert_color(panel_handle, true);
    esp_lcd_panel_mirror(panel_handle, false, true);  // 根据实际显示方向调整
    
    // 初始化LVGL
    lv_init();
    
    // 初始化LVGL显示缓冲区
    lv_disp_draw_buf_init(&draw_buf, buf, NULL, LCD_H_RES * 10);
    
    // 注册LVGL显示驱动
    lv_disp_drv_t disp_drv;
    lv_disp_drv_init(&disp_drv);
    disp_drv.hor_res = LCD_H_RES;
    disp_drv.ver_res = LCD_V_RES;
    disp_drv.flush_cb = disp_flush;
    disp_drv.draw_buf = &draw_buf;
    lv_disp_drv_register(&disp_drv);
    
    return ESP_OK;}

五、主程序整合

创建main.c文件，整合 SDNAND 和 LVGL 功能：

#include "esp_system.h"#include "esp_log.h"#include "nvs_flash.h"#include "sdnand.h"#include "lvgl_driver.h"#include "lvgl.h"static const char *TAG = "MAIN";// 创建一个简单的LVGL界面static void create_sample_gui(void){
    // 创建一个屏幕对象
    lv_obj_t *scr = lv_scr_act();
    lv_obj_set_style_bg_color(scr, lv_color_hex(0x000000), LV_PART_MAIN);
    
    // 创建一个标签
    lv_obj_t *label = lv_label_create(scr);
    lv_label_set_text(label, "ESP32-S3 + SDNAND + LVGL");
    lv_obj_set_style_text_color(label, lv_color_hex(0xFFFFFF), LV_PART_MAIN);
    lv_obj_set_style_text_font(label, &lv_font_montserrat_20, LV_PART_MAIN);
    lv_obj_center(label);
    
    // 创建一个按钮
    lv_obj_t *btn = lv_btn_create(scr);
    lv_obj_set_size(btn, 120, 50);
    lv_obj_align(btn, LV_ALIGN_CENTER, 0, 50);
    
    // 按钮上的标签
    lv_obj_t *btn_label = lv_label_create(btn);
    lv_label_set_text(btn_label, "测试SDNAND");
    lv_obj_center(btn_label);
    
    // 设置按钮点击事件
    static lv_event_cb_t btn_event_cb = [](lv_event_t *e) {
        // 读取SDNAND测试
        uint8_t data[1024] = {0};
        esp_err_t ret = sdnand_read_page(0, data, 1024);
        if (ret == ESP_OK) {
            ESP_LOGI(TAG, "SDNAND读取成功");
        } else {
            ESP_LOGI(TAG, "SDNAND读取失败");
        }
    };
    
    lv_obj_add_event_cb(btn, btn_event_cb, LV_EVENT_CLICKED, NULL);}void app_main(void){
    esp_err_t ret;
    
    // 初始化NVS
    ret = nvs_flash_init();
    if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES || ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND) {
        ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
        ret = nvs_flash_init();
    }
    ESP_ERROR_CHECK(ret);
    
    ESP_LOGI(TAG, "ESP32-S3 启动中...");
    
    // 初始化SDNAND
    ret = sdnand_init();
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "SDNAND初始化失败");
        return;
    }
    
    // 初始化LVGL显示系统
    ret = lvgl_driver_init();
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "LVGL初始化失败");
        return;
    }
    
    // 创建GUI
    create_sample_gui();
    
    // LVGL定时器处理任务
    static lv_timer_t *timer = NULL;
    timer = lv_timer_create([](lv_timer_t *timer) {
        lv_task_handler();
    }, 5, NULL);
    
    ESP_LOGI(TAG, "系统初始化完成");}

六、编译与烧录

1. 配置项目：

idf.py menuconfig

• 在Component config → SPI Master中配置 SPI 相关参数

• 在Component config → LVGL中配置 LVGL 相关参数

编译项目：

idf.py build

烧录固件：

idf.py -p /dev/ttyUSB0 flash  # 根据实际串口设备修改

七、调试与验证

1. 打开串口监视器查看系统日志：

idf.py -p /dev/ttyUSB0 monitor

• 验证 SDNAND 是否正常工作：

• 查看系统启动日志中是否有 SDNAND 初始化成功的信息

• 点击 LVGL 界面上的 "测试 SDNAND" 按钮，查看日志输出

• 验证 LVGL 显示是否正常：

• 确认屏幕上是否显示 "ESP32-S3 + SDNAND + LVGL" 文字

• 确认按钮是否能正常响应点击事件

八、注意事项

1. 电源管理：确保系统供电稳定，SDNAND 和 ESP32-S3 都需要干净的 3.3V 电源

2. 引脚冲突：检查 ESP32-S3 的引脚分配，避免与内置功能冲突

3. 信号完整性：SPI 信号线应尽量短，避免干扰

4. 时钟频率：初始阶段建议使用较低的 SPI 时钟频率（如 10MHz），稳定后再提高

通过以上步骤，您应该能够成功在 ESP32-S3 上使用 SPI 模式驱动 SDNAND 并集成 LVGL 显示系统。如果遇到问题，请检查硬件连接和日志输出，逐步排查。

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