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隨著嵌入式系統(tǒng)的不斷發(fā)展和普及，SPI已成為了很多嵌入式設(shè)備間通信的主要方式，不論是在硬件還是軟件層面都有廣泛的應(yīng)用，比如LCD屏幕、傳感器、無線模塊、存儲芯片等等。相信對于許多從事嵌入式開發(fā)的工程師而言，SPI接口的程序開發(fā)與調(diào)用是基本技能之一，如果您還不是很熟悉SPI接口的應(yīng)用，那么可以跟著筆者一起來學(xué)習(xí)一下。
一、SPI介紹
SPI（Serial Peripheral Interface）串行外設(shè)接口，它是一個同步串行通信的接口，由主設(shè)備（Master）和從設(shè)備（Slave）兩個部分組成。主設(shè)備通過SPI總線向從設(shè)備發(fā)出控制和數(shù)據(jù)信號，從設(shè)備收到信號后會按照預(yù)先制定的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和響應(yīng)。
SPI總線包含四根信號線：時(shí)鐘線（SCLK）、主設(shè)備輸出線（MOSI）、從設(shè)備輸出線（MISO）、片選線（CS）。其中：
– 時(shí)鐘線由主設(shè)備發(fā)出的時(shí)鐘信號，規(guī)定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?/p>
– MOSI線是主設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)線，從設(shè)備接收或忽略數(shù)據(jù)。
– MISO線是從設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)線，主設(shè)備接收或忽略數(shù)據(jù)。
– 片選線用于選擇通信中的從設(shè)備，選通時(shí)低電平有效。
在SPI通信中，主設(shè)備負(fù)責(zé)控制時(shí)序以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)起，從設(shè)備則負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，并做出相應(yīng)的回應(yīng)。SPI通信的數(shù)據(jù)傳輸模式一般有兩種，即全雙工模式和半雙工模式。全雙工模式下，主設(shè)備和從設(shè)備可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而使得傳輸速度更快；而半雙工模式下，則每次只能有一個設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，另一個設(shè)備則需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)回應(yīng)，雖然傳輸速率相對慢，但是占用的信道資源較少，因此在一些資源受限的場合下使用半雙工通信更為合適。
二、SPI設(shè)備驅(qū)動
在Linux系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動是實(shí)現(xiàn)硬件與軟件交互的必要手段，而SPI設(shè)備的驅(qū)動程序就是控制SPI接口的關(guān)鍵，不同的硬件平臺、設(shè)備型號和操作系統(tǒng)版本都需要相應(yīng)的SPI設(shè)備驅(qū)動。SPI設(shè)備驅(qū)動一般由兩個部分組成：SPI核心驅(qū)動和SPI從設(shè)備驅(qū)動。
SPI核心驅(qū)動是SPI框架中的一部分，它提供SPI傳輸和協(xié)議相關(guān)的函數(shù)接口，包括設(shè)備的注冊、解注、傳輸函數(shù)等等，SPI核心驅(qū)動是為了避免重復(fù)勞動，讓幾乎所有的SPI從設(shè)備驅(qū)動都能共享同一套傳輸模型而開發(fā)出來的。
SPI從設(shè)備驅(qū)動是具體設(shè)備的驅(qū)動程序，它通過核心驅(qū)動與用戶層進(jìn)行交互，執(zhí)行硬件操作，并處理設(shè)備相關(guān)的邏輯。SPI從設(shè)備驅(qū)動需要完成初始化、寫入數(shù)據(jù)、讀取數(shù)據(jù)、控制片選等核心功能，另外為了使驅(qū)動程序更加靈活和可擴(kuò)展，往往還會涉及到中斷響應(yīng)、定時(shí)器處理、DMA數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)緩存管理等各種技術(shù)。
三、SPI應(yīng)用程序開發(fā)
在SPI應(yīng)用程序開發(fā)中，我們通常需要實(shí)現(xiàn)以下功能：打開SPI設(shè)備、設(shè)置SPI通信參數(shù)、寫入數(shù)據(jù)和讀取數(shù)據(jù)。下面我們將分別介紹這些功能的具體實(shí)現(xiàn)方法。
1. 打開SPI設(shè)備
首先需要調(diào)用open()函數(shù)打開SPI設(shè)備。
int fd;
fd = open(“/dev/spidev0.0”, O_RDWR);
if(fd
perror(“can’t open spi device”);
return -1;
}
其中參數(shù)”/dev/spidev0.0″表示要打開的SPI設(shè)備，需要根據(jù)實(shí)際情況來修改。
2. 設(shè)置SPI通信參數(shù)
在打開SPI設(shè)備后，在進(jìn)行通信前，我們需要設(shè)置好通信的參數(shù)，包括速率、數(shù)據(jù)位數(shù)、傳輸模式等等。
unsigned char mode=0;
unsigned int speed=1000000;
unsigned char bits=8;
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MODE, &mode);
if (ret == -1){
perror(“can’t set spi mode”);
return -1;
}
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits);
if (ret == -1){
perror(“can’t set bits per word”);
return -1;
}
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed);
if (ret == -1){
perror(“can’t set max speed hz”);
return -1;
}
其中參數(shù)mode表示SPI傳輸模式，0表示模式0，即時(shí)鐘的空閑狀態(tài)是低電平，數(shù)據(jù)在之一個時(shí)鐘沿上升沿發(fā)送；參數(shù)speed表示SPI通信速率，以Hz為單位；參數(shù)bits表示SPI數(shù)據(jù)位數(shù)，表示一次傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。
3. 寫入數(shù)據(jù)
SPI寫操作的方式有很多，但一般情況下我們都是在主設(shè)備中手動去發(fā)送一個特定長度的緩沖區(qū)（也可通過DMA傳輸，但不在本文范圍內(nèi)）。下面是一個簡單的SPI寫操作實(shí)現(xiàn)過程。
unsigned char tx[3] = {0x01, 0x00, 0x00};// 要寫入的數(shù)據(jù)
struct spi_ioc_transfer tr; // 定義SPI數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)體
memset(&tr, 0, sizeof(tr));
tr.tx_buf = (unsigned long)tx; // 發(fā)送緩沖地址
tr.len = 3; // 發(fā)送緩沖長度
tr.speed_hz = 1000000; // 通信速率
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &tr); // 進(jìn)行SPI寫操作
if (ret
perror(“can’t send spi message”);
return -1;
}
其中tx[3]是要寫入的數(shù)據(jù)，tr結(jié)構(gòu)體則是要發(fā)送的緩沖區(qū)，tr.len表示要發(fā)送的數(shù)據(jù)長度。
4. 讀取數(shù)據(jù)
SPI讀取操作一般需要先寫入一些控制信息，然后再發(fā)送讀取命令，最后再進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。下面是一個簡單的SPI讀操作實(shí)現(xiàn)過程。
unsigned char tx[3] = {0x81, 0x00, 0x00};// 寫入控制信息
unsigned char rx[3]; // 接收緩沖區(qū)
struct spi_ioc_transfer tr[2]; // 定義SPI數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)體
memset(&tr, 0, sizeof(tr));
// 配置tr[0]結(jié)構(gòu)體用于發(fā)送
tr[0].tx_buf = (unsigned long)tx; // 發(fā)送數(shù)據(jù)地址
tr[0].len = 3; // 發(fā)送數(shù)據(jù)長度
tr[0].delay_usecs = 10; // 延時(shí)時(shí)間
tr[0].speed_hz = 1000000;
// 配置tr[1]結(jié)構(gòu)體用于接收
tr[1].rx_buf = (unsigned long)rx; // 接收數(shù)據(jù)地址
tr[1].len = 3; // 接收數(shù)據(jù)長度
tr[1].delay_usecs = 10; // 延時(shí)時(shí)間
tr[1].speed_hz = 1000000;
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(2), tr); // 進(jìn)行SPI讀操作
if (ret
perror(“can’t get spi message”);
return -1;
}
其中tx[3]表示要寫入的控制信息，tr[0]結(jié)構(gòu)體用于發(fā)送控制信息，tr[1]結(jié)構(gòu)體用于接收數(shù)據(jù)，tr[1].rx_buf則指定了接收緩沖區(qū)。
四、
本文介紹了SPI接口的基本原理和應(yīng)用開發(fā)，為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工程師提供了一些關(guān)于SPI接口的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。而在實(shí)踐過程中，不同的硬件平臺、設(shè)備型號和操作系統(tǒng)版本都需要相應(yīng)的SPI設(shè)備驅(qū)動，因此在具體實(shí)施過程中需要根據(jù)實(shí)際情況來選擇相應(yīng)的驅(qū)動程序，另外為了使SPI應(yīng)用程序更加靈活和可擴(kuò)展，還需要大量的代碼編寫，資深的嵌入式工程師顯然能夠更快更好地完成這項(xiàng)任務(wù)。
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- Linux內(nèi)核自帶的SPI驅(qū)動怎么用？能提供一些資料嗎？
Linux內(nèi)核自帶的SPI驅(qū)動怎么用？能提供一些資料嗎？
下載一份內(nèi)核源代碼，比如說我下載的是2.6.36的，解壓老亮，里面有一個例程，位置是linux-2.6.36.4/Documentation/spi/薯含搜spidev_test.c，另外里面還有些文檔，數(shù)歷更好也看看。
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