[嵌入式]Linux系统编程9-SPI通信

1 SPI通讯协议简介

SPI 协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议(Serial Peripheral Interface)，即串行外围设 备接口，是一种高速全双工的通信总线。它被广泛地使用在 ADC、 LCD 等设备与 MCU 间， 要求通讯速率较高的场合学习本章时，可与 I2C 章节对比阅读，体会两种通讯总线的差异。 下面我们分别对 SPI 协议的物理层及协议层进行讲解。

SPI通讯设备之间的常用连接方式见下图。

SPI通讯使用3条总线及片选线，3条总线分别为SCK、MOSI、MISO，片选线为SS* ，它们的作用介绍如下：

片选线(Slave Select)：从设备选择信号线，常称为片选信号线， 也称为NSS、CS，以下用NSS表示。SPI通讯以NSS线置低电平为开始信号，以NSS线被拉高作为结束信号。

SCK(Serial Clock)：时钟信号线，用于通讯数据同步，它由通讯主机产生。

MOSI(Master Output，Slave Input)：主设备输出/从设备输入引脚。数据方向为主机到从机。

MISO(Master Input，Slave Output)：主设备输入/从设备输出引脚。数据方向为从机到主机。

SPI分成了四种模式，见下表， 主机与从机需要工作在相同的模式下才可以正常通讯，实际中采用较多的是“模式0”与“模式3”。

2 相关函数

编写应用程序需要使用到spi_ioc_transfer结构体，如下所示

linux/spi/spidev.h

struct spi_ioc_transfer {
   __u64             tx_buf;     //发送数据缓存
   __u64             rx_buf;     //接收数据缓存

   __u32             len;        //数据长度
   __u32             speed_hz;   //通讯速率

   __u16             delay_usecs;    //两个spi_ioc_transfer之间的延时，微秒
   __u8              bits_per_word;  //数据长度
   __u8              cs_change;      //取消选中片选
   __u8              tx_nbits;       //单次数据宽度(多数据线模式)
   __u8              rx_nbits;       //单次数据宽度(多数据线模式)
   __u16             pad;

};

在编写应用程序时还需要使用ioctl函数设置spi相关配置，其函数原型如下

 #include <sys/ioctl.h>

 int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);

其中对于终端request的值常用的有以下几种

其中SPI的读写和写入可以设置为不同的参数。

3 SPI-OLED完整代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>

#include <linux/spi/spidev.h>

#define spi3_oled_DEV_path        "/dev/spidev2.0"

/*SPI 接收 、发送 缓冲区*/
static unsigned char tx_buffer[100] = "hello the world !";
static unsigned char rx_buffer[100];

static int fd;                          // SPI 控制引脚的设备文件描述符

static uint32_t mode = SPI_MODE_2;      //用于保存 SPI 工作模式
static uint8_t bits = 8;                // 接收、发送数据位数
static uint32_t speed = 500000;         // 发送速度
static uint16_t delay;                  //保存延时时间

//spi初始化
static int spi_init(void);
//spi发送数据
static int transfer(int fd, uint8_t const *tx, uint8_t const *rx, size_t len);

int main(int argc,char * argv[])
{
   int ret;

   ret = spi_init();
   if( -1 == ret  )
   {
      printf("spi_init error\n");
      exit(-1);
   }

   ret = transfer(fd, tx_buffer, rx_buffer, sizeof(tx_buffer));
   if (-1 == ret  )
   {
      printf("transfer error...\n");
   }

   /*打印 tx_buffer 和 rx_buffer*/
   printf("tx_buffer: \n %s\n ", tx_buffer);
   printf("rx_buffer: \n %s\n ", rx_buffer);

   return 0;
}

int transfer(int fd, uint8_t const *tx, uint8_t const *rx, size_t len)
{
   int ret;

   struct spi_ioc_transfer tr = {
      .tx_buf = (unsigned long )tx,
      .rx_buf = (unsigned long )rx,
      .len = len,
      .delay_usecs = delay,
      .speed_hz = speed,
      .bits_per_word =bits,
   };

   ret = ioctl(fd,SPI_IOC_MESSAGE(1),&tr);
   if( ret == -1 )
   {
      return -1;
   }

   return 0;
}

int spi_init(void)
{
   int ret;
   fd = open(spi3_oled_DEV_path,O_RDWR);
   if(fd < 0)
   {
      perror("/dev/spidev2.0");
      return -1;
   }

   //设置spi工作模式
   ret = ioctl(fd,SPI_IOC_RD_MODE,&mode);
   if( ret == -1)
   {
      printf("SPI_IOC_RD_MODE error......\n ");
      goto fd_close;
   }
   ret = ioctl(fd,SPI_IOC_WR_MODE,&mode);
   if( ret == -1)
   {
      printf("SPI_IOC_WR_MODE error......\n ");
      goto fd_close;
   }

   //设置SPI通信的字长
   ret = ioctl(fd,SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD,&bits);
   if( ret == -1)
   {
      printf("SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD error......\n ");
      goto fd_close;
   }
   ret = ioctl(fd,SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD,&bits);
   if( ret == -1)
   {
      printf("SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD error......\n ");
      goto fd_close;
   }

   //设置SPI最高工作频率
   ret = ioctl(fd,SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ,&speed);
   if( ret == -1)
   {
      printf("SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ error......\n ");
      goto fd_close;
   }
   ret = ioctl(fd,SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ,&speed);
   if( ret == -1)
   {
      printf("SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ error......\n ");
      goto fd_close;
   }


   printf("spi mode: 0x%x\n", mode);
   printf("bits per word: %d\n", bits);
   printf("max speed: %d Hz (%d KHz)\n", speed, speed / 1000);

   return 0;

fd_close:

   close(fd);
   return -1;
}