SPI接口的Linux应用程序开发和调用技巧 (spi linux应用调用)
随着嵌入式系统的不断发展和普及，SPI已成为了很多嵌入式设备间通信的主要方式，不论是在硬件还是软件层面都有广泛的应用，比如LCD屏幕、传感器、无线模块、存储芯片等等。相信对于许多从事嵌入式开发的工程师而言，SPI接口的程序开发与调用是基本技能之一，如果您还不是很熟悉SPI接口的应用，那么可以跟着笔者一起来学习一下。
一、SPI介绍
SPI（Serial Peripheral Interface）串行外设接口，它是一个同步串行通信的接口，由主设备（Master）和从设备（Slave）两个部分组成。主设备通过SPI总线向从设备发出控制和数据信号，从设备收到信号后会按照预先制定的协议进行数据处理和响应。
SPI总线包含四根信号线：时钟线（SCLK）、主设备输出线（MOSI）、从设备输出线（MISO）、片选线（CS）。其中：
– 时钟线由主设备发出的时钟信号，规定了数据传输的速率。
– MOSI线是主设备输出的数据线，从设备接收或忽略数据。
– MISO线是从设备输出的数据线，主设备接收或忽略数据。
– 片选线用于选择通信中的从设备，选通时低电平有效。
在SPI通信中，主设备负责控制时序以及数据传输的发起，从设备则负责接收数据，并做出相应的回应。SPI通信的数据传输模式一般有两种，即全双工模式和半双工模式。全双工模式下，主设备和从设备可以同时进行数据传输，从而使得传输速度更快；而半双工模式下，则每次只能有一个设备进行数据传输，另一个设备则需要进行相应的数据回应，虽然传输速率相对慢，但是占用的信道资源较少，因此在一些资源受限的场合下使用半双工通信更为合适。
二、SPI设备驱动
在Linux系统中，设备驱动是实现硬件与软件交互的必要手段，而SPI设备的驱动程序就是控制SPI接口的关键，不同的硬件平台、设备型号和操作系统版本都需要相应的SPI设备驱动。SPI设备驱动一般由两个部分组成：SPI核心驱动和SPI从设备驱动。
SPI核心驱动是SPI框架中的一部分，它提供SPI传输和协议相关的函数接口，包括设备的注册、解注、传输函数等等，SPI核心驱动是为了避免重复劳动，让几乎所有的SPI从设备驱动都能共享同一套传输模型而开发出来的。
SPI从设备驱动是具体设备的驱动程序，它通过核心驱动与用户层进行交互，执行硬件操作，并处理设备相关的逻辑。SPI从设备驱动需要完成初始化、写入数据、读取数据、控制片选等核心功能，另外为了使驱动程序更加灵活和可扩展，往往还会涉及到中断响应、定时器处理、DMA数据传输、数据缓存管理等各种技术。
三、SPI应用程序开发
在SPI应用程序开发中，我们通常需要实现以下功能：打开SPI设备、设置SPI通信参数、写入数据和读取数据。下面我们将分别介绍这些功能的具体实现方法。
1. 打开SPI设备
首先需要调用open()函数打开SPI设备。
int fd;
fd = open(“/dev/spidev0.0”, O_RDWR);
if(fd
perror(“can’t open spi device”);
return -1;
}
其中参数”/dev/spidev0.0″表示要打开的SPI设备，需要根据实际情况来修改。
2. 设置SPI通信参数
在打开SPI设备后，在进行通信前，我们需要设置好通信的参数，包括速率、数据位数、传输模式等等。
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;
}
其中参数mode表示SPI传输模式，0表示模式0，即时钟的空闲状态是低电平，数据在之一个时钟沿上升沿发送；参数speed表示SPI通信速率，以Hz为单位；参数bits表示SPI数据位数，表示一次传输的字节数。
3. 写入数据
SPI写操作的方式有很多，但一般情况下我们都是在主设备中手动去发送一个特定长度的缓冲区（也可通过DMA传输，但不在本文范围内）。下面是一个简单的SPI写操作实现过程。
unsigned char tx[3] = {0x01, 0x00, 0x00};// 要写入的数据
struct spi_ioc_transfer tr; // 定义SPI数据传输结构体
memset(&tr, 0, sizeof(tr));
tr.tx_buf = (unsigned long)tx; // 发送缓冲地址
tr.len = 3; // 发送缓冲长度
tr.speed_hz = 1000000; // 通信速率
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &tr); // 进行SPI写操作
if (ret
perror(“can’t send spi message”);
return -1;
}
其中tx[3]是要写入的数据，tr结构体则是要发送的缓冲区，tr.len表示要发送的数据长度。
4. 读取数据
SPI读取操作一般需要先写入一些控制信息，然后再发送读取命令，最后再进行数据接收。下面是一个简单的SPI读操作实现过程。
unsigned char tx[3] = {0x81, 0x00, 0x00};// 写入控制信息
unsigned char rx[3]; // 接收缓冲区
struct spi_ioc_transfer tr[2]; // 定义SPI数据传输结构体
memset(&tr, 0, sizeof(tr));
// 配置tr[0]结构体用于发送
tr[0].tx_buf = (unsigned long)tx; // 发送数据地址
tr[0].len = 3; // 发送数据长度
tr[0].delay_usecs = 10; // 延时时间
tr[0].speed_hz = 1000000;
// 配置tr[1]结构体用于接收
tr[1].rx_buf = (unsigned long)rx; // 接收数据地址
tr[1].len = 3; // 接收数据长度
tr[1].delay_usecs = 10; // 延时时间
tr[1].speed_hz = 1000000;
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(2), tr); // 进行SPI读操作
if (ret
perror(“can’t get spi message”);
return -1;
}
其中tx[3]表示要写入的控制信息，tr[0]结构体用于发送控制信息，tr[1]结构体用于接收数据，tr[1].rx_buf则指定了接收缓冲区。
四、
本文介绍了SPI接口的基本原理和应用开发，为嵌入式系统开发工程师提供了一些关于SPI接口的实践经验。而在实践过程中，不同的硬件平台、设备型号和操作系统版本都需要相应的SPI设备驱动，因此在具体实施过程中需要根据实际情况来选择相应的驱动程序，另外为了使SPI应用程序更加灵活和可扩展，还需要大量的代码编写，资深的嵌入式工程师显然能够更快更好地完成这项任务。
