淺談SPI驅(qū)動API的使用方法

EM9280系列產(chǎn)品包括EM9280、EM9287和EM9281，是英創(chuàng)公司新一代的低成本嵌入式主板產(chǎn)品。該主板的SPI接口，在內(nèi)部DMA（Direct Memory Access直接內(nèi)存存?。C制的驅(qū)動下，其最高數(shù)據(jù)傳輸速度可達20Mbps。另外SPI接口可支持4bit、8bit、16bit位長的數(shù)據(jù)通訊；也可對SPI時序的極性及相位進行設(shè)置。

針對SPI接口的應(yīng)用特點，EM9280的SPI的驅(qū)動進行了專門的優(yōu)化，不僅可支持常規(guī)的SPI讀、寫操作，還可支持外部中斷觸發(fā)的讀寫操作。中斷觸發(fā)的讀寫操作，主要應(yīng)用于工業(yè)控制的高速數(shù)據(jù)采集。另一方面，針對AD芯片控制需求，SPI驅(qū)動還支持混合讀寫模式的數(shù)據(jù)傳輸操作。

本文以下部分重點介紹SPI驅(qū)動API的使用方法。

操作SPI設(shè)備的基本步驟

1、打開SPI設(shè)備文件，其設(shè)備文件名為“SPI1:”
2、根據(jù)應(yīng)用需求，設(shè)置SPI數(shù)據(jù)幀的基本參數(shù)，包括數(shù)據(jù)長度、波特率、時鐘極性等參數(shù)。
3、若需要用到外部中斷觸發(fā)SPI讀取操作，則需要設(shè)置外部GPIO中斷管腳，及中斷后的讀取數(shù)據(jù)的長度。
4、設(shè)置完成后，對常規(guī)操作，即可使用標準的ReadFile函數(shù)接收SPI數(shù)據(jù)、使用WriteFile發(fā)送SPI數(shù)據(jù)。
5、對需要讀寫混合操作的，則需要調(diào)用DeviceIoControl來實現(xiàn)。
6、當啟動了外部中斷，則通過調(diào)用DeviceIoControl來等待外部事件，然后再調(diào)用ReadFile函數(shù)來讀取已緩沖在驅(qū)動程序內(nèi)部的SPI數(shù)據(jù)。
7、調(diào)用CloseHandle將關(guān)閉SPI接口并清除相關(guān)設(shè)置。即使重新打開SPI設(shè)備文件，需重新設(shè)置SPI的參數(shù)，才能進行讀寫。

SPI數(shù)據(jù)幀參數(shù)設(shè)置

初始化SPI，需要用到下面這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
typedef struct _SPIFrame
{
UCHAR ucBitLength; //SPI數(shù)據(jù)bit長度，= 4、8、16
DWORD dwBitRate; //SPI波特率，20000000對應(yīng)20Mbps
BOOL bPhase; //時鐘相位
BOOL bPolarity; //時鐘極性
} SPIFrame , *PSPIFrame;

該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在hw_spi.h頭文件中進行的定義，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的變量說明：
ucBitLength：SPI通訊的數(shù)據(jù)位長，EM9280/EM9287支持4bit、8bit、16bit三種數(shù)據(jù)位長格式，在hw_spi.h中定義了這三種數(shù)據(jù)位長的常量。
dwBitRate：SPI時鐘速率，為每秒傳輸?shù)腷it數(shù)，參數(shù)20000000表示20Mbps，
bPhase：SPI時序相位設(shè)置（如下圖所示）
bPolarity：SPI時序極性設(shè)置（如下圖所示）

bPhase=0 , bPolarity=0

bPhase=1 , bPolarity=0

bPhase=0 , bPolarity=1

bPhase=1 , bPolarity=1

SPI設(shè)備的初始化例子

HANDLE hSPI;
SPIFrame ConfigSPI;
//打開設(shè)備驅(qū)動文件
hSPI = CreateFile(L”SPI1:”, //name of device
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, //desired access
FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE, //sharing mode
NULL, //security attributes (ignored)
OPEN_EXISTING, //creation disposition
FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS, //flags/attributes
NULL); //template file (ignored)

if(hSPI == FALSE )
{
printf('SPI Open False!!!\r\n');
return 0;
}
//配置SPI參數(shù)
ConfigSPI.ucBitLength=SSP_WORD_LENGTH_8BITS; //Len_8BITS
ConfigSPI.dwBitRate=10000000; //10Mbps
ConfigSPI.bPhase=0;
ConfigSPI.bPolarity=0;
DeviceIoControl(hSPI, //file handle to the driver
SPI_IOCTL_SSPCONFIGURE, //I/O control code
&ConfigSPI, //in buffer
sizeof(ConfigSPI), //in buffer size
NULL,
0,
NULL,
NULL)

SPI接口的單向讀寫操作

用標準的ReadFile和WriteFile就可實現(xiàn)常規(guī)的SPI數(shù)據(jù)接收（讀）或發(fā)送（寫）。

SPI數(shù)據(jù)接收的函數(shù)調(diào)用：
ReadFile(hSPI, //設(shè)備驅(qū)動文件句柄
pDatBuf, //數(shù)據(jù)buffer指針，注意指針類型！
dwBufLength, //數(shù)據(jù)buffer的字節(jié)長度
pdwBytesRead, //實際讀取的SPI數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)
NULL)

pDatBuf：數(shù)據(jù)BUFF指針。需要注意的是SPI數(shù)據(jù)幀長度若為4-bit或8-bit，則每個SPI數(shù)據(jù)占用一個字節(jié)，而對16-bit的SPI數(shù)據(jù)，則占用2個字節(jié)。一般來說，對4-bit或8-bit的SPI傳輸，其數(shù)據(jù)buffer應(yīng)當是BYTE類型的；對16-bit的SPI傳輸，數(shù)據(jù)buffer則為WORD類型的。

dwBufLength：需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字節(jié)長度。該參數(shù)是以字節(jié)為單位，其涵義也與SPI數(shù)據(jù)長度有關(guān)，對16-bit的SPI傳輸，dwBufLength應(yīng)為2的倍數(shù)。

pdwBytesRead：SPI數(shù)據(jù)實際接收的字節(jié)數(shù)。一個正確的SPI數(shù)據(jù)接收調(diào)用后，指針pdwByteRead所包含的數(shù)據(jù)應(yīng)等于dwBufLength，才能表示SPI數(shù)據(jù)接收執(zhí)行完全正確。

SPI數(shù)據(jù)發(fā)送的函數(shù)調(diào)用：
WriteFile(hSPI, //設(shè)備驅(qū)動文件句柄
pDatBuf, //數(shù)據(jù)buffer指針，事先應(yīng)把數(shù)據(jù)填入
dwBufLength, //數(shù)據(jù)buffer的字節(jié)長度
pdwBytesWritten, //實際發(fā)送的SPI數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)
NULL)

發(fā)送函數(shù)的參數(shù)定義與接收函數(shù)的參數(shù)定義是一致的。特別的，一個正確的SPI數(shù)據(jù)發(fā)送調(diào)用后，指針pdwByteWritten所包含的數(shù)據(jù)應(yīng)等于dwBufLength。

讀寫混合型的SPI操作

在SPI的實際應(yīng)用，有時需要在一個連續(xù)的片選過程中，既有讀操作，也有寫操作。這時間需要用到所謂的混合型SPI操作。

混合型SPI操作需要用到以下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
typedef struct _SPITransfer
{
LPVOID pTxBuff; //SPI發(fā)送buffer指針
LPVOID pRxBuff; //SPI接收buffer指針
DWORD dwBufLength; //本次SPI傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)
} SPITransfer;

pTxBuff：SPI輸出數(shù)據(jù)BUFF指針
pRxBuff：SPI讀入數(shù)據(jù)BUFF指針
dwBufLength：SPI數(shù)據(jù)傳輸長度，以字節(jié)為單位

注意，EM9280的SPI接口僅支持半雙工操作，因此在上述結(jié)構(gòu)中，只能有一個buffer指針為有效指針，另一個必須為NULL。dwBufLength的定義與單向讀寫的定義一致。具體的傳輸是通過DeviceIoControl來實現(xiàn)的，舉例說明，本例首先進行發(fā)送1個字節(jié)（8-bit SPI），然后接收2個字節(jié)。

SPITransfer Trans[2];
BYTE Tx[16], Rx[16]; //buffer足夠大
Tx[0] = 0xE5; //發(fā)送的字節(jié)
Trans[0].pTxBuf = Tx;
Trans[0].pRxBuf = NULL;
Trans[0].dwBufLength = 1; //要發(fā)送1字節(jié)
Trans[1].pTxBuf = NULL;
Trans[1].pRxBuf = Rx;
Trans[1].dwBufLength = 2; //要接收2字節(jié)
DeviceIoControl(hSPI,
SPI_IOCTL_EXCHANGE,
Trans, //in buffer
sizeof(Trans) , //in buffer size
NULL,
0,
NULL,
NULL))

在上述調(diào)用中需要注意的是，DeviceIoControl()輸入?yún)?shù)中的buffer長度必須是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)SPITransfer大小的整倍數(shù)，否則將被視作無效參數(shù)。

外部中斷觸發(fā)的SPI操作

外部中斷觸發(fā)的SPI操作，主要是利用SPI的高速特性，進行實時的大數(shù)據(jù)量讀取。因為SPI的接線非常簡單，作為一種高效低成本的接口模式在工業(yè)控制領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。使用這種SPI操作方式，需要用到以下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
typedef struct _SPI_IrqTransfer
{
DWORD dwGpioPin; //外部中斷管腳，上升沿觸發(fā)中斷
DWORD dwBufLength; //中斷觸發(fā)的SPI傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，小于64KB
DWORD dwRVSD; //保留，必須設(shè)置為0
} SPI_IrqTransfer;

dwGpioPin：要用作外部中斷源的GPIO引腳
dwBufLength：要讀取的數(shù)據(jù)字節(jié)長度
dwRVSD：系統(tǒng)保留，必須設(shè)置為0

在上述結(jié)構(gòu)中，dwBufLength的定義與單向讀寫的定義一致，如果dwGpioPin與dwBufLength同時設(shè)置為0，則將關(guān)閉已打開的GPIO中斷資源并禁止該功能啟動。dwGpioPin為EM9280主板的GPIO引腳編號，與GPIO操作時的引腳數(shù)據(jù)一致。注意：由于系統(tǒng)功能的占用，不是所有的GPIO引腳都可以用作外部中斷觸發(fā)源。

?EM9280可以使用的GPIO引腳有：GPIO0、GPIO1、GPIO6、GPIO7、GPIO10、GPIO11、GPIO20、GPIO21、GPIO22、GPIO23。

?EM9287和EM9281可以使用的GPIO引腳有：GPIO0 - GPIO23。

該操作的具體的設(shè)置操作仍然需要調(diào)用DeviceIoControl()來實現(xiàn)。
SPI_IrqTransfer irq_transfer;
irq_transfer. dwGpioPin=GPIO0; //使用GPIO0作為SPI的外部中斷源
irq_transfer. dwBufLength=1024; //中斷產(chǎn)生后需要讀取1024字節(jié)的數(shù)據(jù)
irq_transfer. dwRVSD=0;
DeviceIoControl(hSPI,
SPI_IOCTL_SSP_IRQTransfer,
& irq_transfer, //輸入?yún)?shù)
sizeof(SPI_IrqTransfer), //輸入?yún)?shù)字節(jié)數(shù)
NULL,
0,
NULL,
NULL);

設(shè)置完成即啟動外部中斷自動觸發(fā)SPI操作，一旦中斷產(chǎn)生，驅(qū)動程序?qū)⒆詣咏邮誨wBufLength長度的數(shù)據(jù)，存儲在驅(qū)動程序的內(nèi)部緩沖區(qū)中。數(shù)據(jù)接收完成后，將發(fā)送事件通知應(yīng)用層。應(yīng)用程序可通過DeviceIoControl()調(diào)用來等待該事件，得到事件后再調(diào)用ReadFile讀取數(shù)據(jù)。通過調(diào)用DeviceIOControl()等待SPI事件，可以給定一個時間參數(shù)作為等待超時的條件，以ms為單位。成功等到SPI執(zhí)行完成的消息時，DeviceIoControl會返回TRUE，否則返回FALSE。SPI事件等待的調(diào)用方法如下：
DeviceIoControl(hSPI,
SPI_IOCTL_SSP_WaitSPIEvent,
&DelayTime, //等待超時，時間為ms
Sizeof(DWORD),
NULL,
0,
NULL,
NULL)

調(diào)用上述方法啟動了外部中斷觸發(fā)SPI讀取數(shù)據(jù)的功能后，該功能將一直存在，即每次在所設(shè)置的GPIO引腳上產(chǎn)生中斷信號，都會執(zhí)行一次SPI讀取操作，直到應(yīng)用程序關(guān)閉該中斷，即設(shè)置dwGpioPin和dwBufLength等于0，再調(diào)用DeviceIoControl()進行設(shè)置操作。

SPI操作相關(guān)的范例代碼請參考光盤中的EM9280_SPIDemo，或來郵件索取或咨詢。