13. SPI通信¶
本章通过讲解在应用层中使用SPI总线与外部设备的通讯，讲解Linux系统总线类型设备驱动架构的应用,它与上一章的I2C 总线操作方法非常相似，可以对比学习。
在Linux内核文档的Documentation/SPI目录下有关于SPI驱动非常详细的说明。
本章的示例代码目录为：base_linux/spi
13.1. 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。
13.1.1. SPI物理层¶
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 ，它们的作用介绍如下：
(1) ( 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。 当有多个SPI从设备与SPI主机相连时，设备的其它信号线SCK、MOSI及MISO同时并联到相同的SPI总线上，即无论有多少个从设备，都共同只使用这3条总线； 而每个从设备都有独立的这一条NSS信号线，本信号线独占主机的一个引脚，即有多少个从设备，就有多少条片选信号线。I2C协议中通过设备地址来寻址、选中总线上的某个设备并与其进行通讯；而SPI协议中没有设备地址， 它使用NSS信号线来寻址，当主机要选择从设备时，把该从设备的NSS信号线设置为低电平，该从设备即被选中，即片选有效，接着主机开始与被选中的从设备进行SPI通讯。 所以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。
(2) SCK (Serial Clock)：时钟信号线，用于通讯数据同步。它由通讯主机产生，决定了通讯的速率， 不同的设备支持的最高时钟频率不一样，如RT1052的SPI时钟频率最大为fpclk/2， 两个设备之间通讯时，通讯速率受限于低速设备。
(3) MOSI (Master Output， Slave Input)：主设备输出/从设备输入引脚。主机的数据从这条信号线输出， 从机由这条信号线读入主机发送的数据，即这条线上数据的方向为主机到从机。
(4) MISO(Master Input,，Slave Output)：主设备输入/从设备输出引脚。主机从这条信号线读入数据， 从机的数据由这条信号线输出到主机，即在这条线上数据的方向为从机到主机。
13.1.2. 协议层¶
与I2C的类似，SPI协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、时钟同步等环节。
13.1.2.1. SPI基本通讯过程¶
先看看SPI通讯的通讯时序，如下图所示。
这是一个主机的通讯时序。NSS、SCK、MOSI信号都由主机控制产生，而MISO的信号由从机产生，主机通过该信号线读取从机的数据。MOSI与MISO的信号只在NSS为低电平的时候才有效，在SCK的每个时钟周期MOSI和MISO传输一位数据。
以上通讯流程中包含的各个信号分解如下：
13.1.2.2. 通讯的起始和停止信号¶
在上图中的标号处，NSS信号线由高变低，是SPI通讯的起始信号。NSS是每个从机各自独占的信号线， 当从机检在自己的NSS线检测到起始信号后，就知道自己被主机选中了，开始准备与主机通讯。 在图中的标号处，NSS信号由低变高，是SPI通讯的停止信号，表示本次通讯结束，从机的选中状态被取消。
13.1.2.3. 数据有效性¶
SPI使用MOSI及MISO信号线来传输数据，使用SCK信号线进行数据同步。MOSI及MISO数据线在SCK的每个时钟周期传输一位数据，且数据输入输出是同时进行的。数据传输时， MSB先行或LSB先行并没有作硬性规定，但要保证两个SPI通讯设备之间使用同样的协定，一般都会采用上图中的MSB先行模式。
观察图中的标号处，MOSI及MISO的数据在SCK的上升沿期间变化输出，在SCK的下降沿时被采样。即在SCK的下降沿时刻，MOSI及MISO的数据有效，高电平时表示数据“1”， 为低电平时表示数据“0”。在其它时刻，数据无效，MOSI及MISO为下一次表示数据做准备。
SPI每次数据传输可以8位或16位为单位，每次传输的单位数不受限制。
13.1.2.4. CPOL/CPHA及通讯模式¶
上面讲述的图中的时序只是SPI中的其中一种通讯模式，SPI一共有四种通讯模式，它们的主要区别是总线空闲时SCK的时钟状态以及数据采样时刻。 为方便说明，在此引入“时钟极性CPOL”和“时钟相位CPHA”的概念。
时钟极性CPOL是指SPI通讯设备处于空闲状态时，SCK信号线的电平信号(即SPI通讯开始前、 NSS线为高电平时SCK的状态)。 CPOL=0时， SCK在空闲状态时为低电平，CPOL=1时，则相反。
时钟相位CPHA是指数据的采样的时刻，当CPHA=0时，MOSI或MISO数据线上的信号将会在SCK时钟线的“奇数边沿”被采样。 当CPHA=1时，数据线在SCK的“偶数边沿”采样。
如下图:
我们来分析这个CPHA=0的时序图。首先，根据SCK在空闲状态时的电平，分为两种情况。SCK信号线在空闲状态为低电平时，CPOL=0；空闲状态为高电平时，CPOL=1。
无论CPOL=0还是=1，因为我们配置的时钟相位CPHA=0，在图中可以看到，采样时刻都是在SCK的奇数边沿。注意当CPOL=0的时候，时钟的奇数边沿是上升沿，而CPOL=1的时候，时钟的奇数边沿是下降沿。 所以SPI的采样时刻不是由上升/下降沿决定的。MOSI和MISO数据线的有效信号在SCK的奇数边沿保持不变，数据信号将在SCK奇数边沿时被采样，在非采样时刻，MOSI和MISO的有效信号才发生切换。
类似地，当CPHA=1时，不受CPOL的影响，数据信号在SCK的偶数边沿被采样。
如下图:
由CPOL及CPHA的不同状态，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”。
表 SPI的四种模式
SPI模式 |
CPOL |
CPHA |
空闲时SCK时钟 |
采样时刻 |
|---|---|---|---|---|
0 |
0 |
0 |
低电平 |
奇数边沿 |
1 |
0 |
1 |
低电平 |
偶数边沿 |
2 |
1 |
0 |
高电平 |
奇数边沿 |
3 |
1 |
1 |
高电平 |
偶数边沿 |
13.1.3. 扩展SPI协议（Single/Dual/Quad/Octal SPI）¶
以上介绍的是经典SPI协议的内容，这种也被称为标准SPI协议（Standard SPI）或单线SPI协议（Single SPI）， 其中的单线是指该SPI协议中使用单根数据线MOSI进行发送数据，单根数据线MISO进行接收数据。
为了适应更高速率的通讯需求，半导体厂商扩展SPI协议，主要发展出了Dual/Quad/Octal SPI协议， 加上标准SPI协议（Single SPI），这四种协议的主要区别是数据线的数量及通讯方式，具体见下表。
表 四种SPI协议的区别
协议 |
数据线数量及功能 |
通讯方式 |
|---|---|---|
Single SPI（标准SPI） |
1根发送，1根接收 |
全双工 |
Dual SPI（双线SPI） |
收发共用2根数据线 |
半双工 |
Quad SPI（四线SPI） |
收发共用4根数据线 |
半双工 |
Octal SPI（八线SPI） |
收发共用8根数据线 |
半双工 |
扩展的三种SPI协议都是半双工的通讯方式，也就是说它们的数据线是分时进行收发数据的。 例如，标准SPI（Single SPI）与双线SPI（Dual SPI）都是两根数据线， 但标准SPI（Single SPI）的其中一根数据线只用来发送，另一根数据线只用来接收， 即全双工；而双线SPI（Dual SPI）的两根线都具有收发功能，但在同一时刻只能是发送或者是接收， 即半双工，四线SPI（Quad SPI）和 八线SPI（Octal SPI）与双线SPI（Dual SPI）类似，只是数据线量的区别。
13.1.3.1. SDR和DDR模式¶
扩展的SPI协议还增加了SDR模式（单倍速率Single Data Rate）和DDR模式（双倍速率Double DataRate）。 例如在标准SPI协议的SDR模式下，只在SCK的单边沿进行数据传输，即一个SCK时钟只传输一位数据；而在它的DDR模式下， 会在SCK的上升沿和下降沿都进行数据传输，即一个SCK时钟能传输两位数据，传输速率提高一倍。
13.2. SPI相关数据结构与ioctl函数¶
编写应用程序需要使用到spi_ioc_transfer结构体，如下所示
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | 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
1 2 3 | #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
SPI_IOC_RD_MODE32 |
设置读取SPI模式(对应上文的SPI的四种模式的表格,SPI_MODE_x) |
SPI_IOC_WR_MODE32 |
设置写入SPI模式(对应上文的SPI的四种模式的表格,SPI_MODE_x) |
SPI_IOC_RD_LSB_FIRST |
设置SPI读取数据模式(LSB先行返回1) |
SPI_IOC_WR_LSB_FIRST |
设置SPI写入数据模式。(0:MSB，非0：LSB) |
SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD |
设置SPI读取设备的字长 |
SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD |
设置SPI写入设备的字长 |
SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ |
设置读取SPI设备的最大通信频率。 |
SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ |
设置写入SPI设备的最大通信速率 |
SPI_IOC_MESSAGE(N) |
一次进行双向/多次读写操作 |
提示
SPI的读取和写入可以设置为不同的参数。
13.3. LubanCat板卡spi接口¶
本章主要围绕带有40Pin引脚的LubanCat-RK系列的板子以及带有30Pin引脚的Lubancat-Q1系列板子,如下
LubanCat-Zero W
LubanCat-Zero N
LubanCat-1
LubanCat-1N
LubanCat-2
LubanCat-2N
LubanCat-4
40pin引脚中只有一组spi接口SCK,MOSI,MISO,有两个默认片选信号CS0,CS1
其中SPI3的引脚关系如下表所示
SPI |
物理引脚 |
功能 |
|---|---|---|
MOSI |
19 |
主设备输出/从设备输入 |
MISO |
21 |
主设备输入/从设备输出 |
CLOCK |
23 |
时钟信号线 |
CS0 |
24 |
片选信号线0 |
CS1 |
26 |
片选信号线1 |
LubanCat0-2系列使用spi3。spidev3.0控制CS0,spidev3.1控制CS1
LubanCat4使用spi0。spidev0.0控制CS0,spidev0.1控制CS1
如下图：
对应实物的40pin接口
LubanCat-Q1使用spi0。spidev0.0控制CS0,spidev0.1控制CS1
如下图：
对应实物的30pin接口
13.3.1. 使能SPI通信接口¶
SPI接口在默认情况是关闭状态的，需要使能才能使用, 如果要开启spi需要配置两项，一个是spi通信引脚，一个是spi-cs引脚
13.3.1.1. 方法一¶
1 2 3 4 5 | #进入工具配置
sudo fire-config
#移动光标到下图的位置
#按确认键进入配置
|
打开SPI通信接口和SPI片选接口
使用方向键移动光标到
SPI按 “空格键” 选中SPI(出现 “*” )，如下图
使用方向键移动光标到
SPI-CS按 “空格键” 选中SPI-CS(出现 “*” )，如下图
按 “确认键” 进行设置
按 “Esc键” 退出到终端，运行 sudo reboot 进行重启应用
13.3.1.2. 方法二¶
板子名称 |
配置文件名称 |
说明 |
|---|---|---|
当前使用的板卡 |
uEnv.txt |
系统会自动把板卡的配置文件链接到该文件 |
LubanCat-RK |
uEnvLubanCat-series.txt |
通用板卡的配置文件，用于第一次启动配置系统 |
Lubancat-Zero-N |
uEnvLubanCatZN.txt |
适用于EBF410068 EBF410068V1 |
Lubancat-Zero-W |
uEnvLubanCatZW.txt |
适用于EBF410067 EBF410067V1 |
Lubancat-1 |
uEnvLubanCat1.txt |
适用于EBF410077 EBF410077V1 EBF410077V2 |
Lubancat-1N |
uEnvLubanCat1N.txt |
适用于EBF410052 EBF410052V1 |
Lubancat-1金手指/BTB |
uEnvLubanCat1IO.txt |
适用于EBF410090 EBF410132 |
Lubancat-2 |
uEnvLubanCat2.txt |
适用于EBF410044 |
Lubancat-2V1 |
uEnvLubanCat2-V1.txt |
适用于EBF410044V1 |
Lubancat-2V2 |
uEnvLubanCat2-V2.txt |
适用于EBF410044V2 |
Lubancat-2-n |
uEnvLubanCat2N.txt |
适用于EBF410076 EBF410076V1 |
Lubancat-2金手指/BTB |
uEnvLubanCat2IO.txt |
适用于EBF410298 EBF410297 |
Lubancat-4 |
uEnvLubanCat4.txt |
适用于EBF410116 |
Lubancat-Q1 |
uEnvLubanCatQ1.txt |
适用于EBF410434 |
可以通过打开 /boot/uEnv/board.txt （board是你所用的板子的名称），一般第一次启动已经初始化将板级uEnv.txt软连接到了/boot/uEnv/uEnv.txt，可以直接修改该文件。
查看是否启用了spi相关设备设备树插件。
编辑文件，将带有 spi 和 spi-cs 的两行的注释符号去掉 如下图:
然后重启激活设备
注解
如果是直接拔电源的方式重启，会有可能出现文件没能做出修改 （原因：文件未能及时从内存同步到存储设备中，解决方法，在终端上输入 “sync” 再拔电关机）
13.3.2. 检查SPI设备¶
使能spi设备树插件之后重新启动板卡，通过SPI设备文件来判断spi驱动是否加载成功。 SPI_3对应的设备文件是spidev3.0和spidev3.1
如下所示
1 2 3 | root@lubancat:~# ls /dev/spi*
/dev/spidev3.0 /dev/spidev3.1
root@lubancat:~#
|
spidev3.0和spidev3.1的区别在于片选信号的不同，spidev3.0使用CS0 , spidev3.1使用CS1
13.4. SPI回环通讯测试实验¶
13.4.2. 编写程序¶
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 | #include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <linux/spi/spidev.h>
#define SPI_DEV_PATH "/dev/spidev3.0"
/*SPI 接收 、发送 缓冲区*/
unsigned char tx_buffer[100] = "hello the world !";
unsigned char rx_buffer[100];
int fd; // SPI 控制引脚的设备文件描述符
static unsigned 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 = 10000000; // 发送速度
static uint16_t delay; //保存延时时间
void 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,
.tx_nbits = 1,
.rx_nbits = 1
};
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &tr);
if (ret < 1)
printf("can't send spi message\n");
}
void spi_init(void)
{
int ret = 0;
//打开 SPI 设备
fd = open(SPI_DEV_PATH, O_RDWR);
if (fd < 0)
printf("can't open %s\n",SPI_DEV_PATH);
//spi mode 设置SPI 工作模式
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MODE32, &mode);
if (ret == -1)
printf("can't set spi mode\n");
//bits per word 设置一个字节的位数
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits);
if (ret == -1)
printf("can't set bits per word\n");
//max speed hz 设置SPI 最高工作频率
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed);
if (ret == -1)
printf("can't set max speed hz\n");
//打印
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);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
/*初始化SPI */
spi_init();
/*执行发送*/
transfer(fd, tx_buffer, rx_buffer, sizeof(tx_buffer));
/*打印 tx_buffer 和 rx_buffer*/
printf("tx_buffer: \n %s\n ", tx_buffer);
printf("rx_buffer: \n %s\n ", rx_buffer);
close(fd);
return 0;
}
|
13.4.3. 编译&运行¶
13.4.4. 代码分析¶
SPI代码与上一章的IIC 非常类似。首先打开SPI对应的设备文件，然后写 入配置参数，这样就完成了SPI的初始化，后面的具体功能实现只需要调用对应的API函数即可。SPI初始化代码如下：
13.4.4.1. SPI 初始化代码¶
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 | void spi_init(void)
{
int ret = 0;
//打开 SPI 设备
fd = open(SPI_DEV_PATH, O_RDWR);
if (fd < 0)
printf("can't open %s\n",SPI_DEV_PATH);
//spi mode 设置SPI 工作模式
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MODE32, &mode);
if (ret == -1)
printf("can't set spi mode\n");
//bits per word 设置一个字节的位数
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits);
if (ret == -1)
printf("can't set bits per word\n");
//max speed hz 设置SPI 最高工作频率
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed);
if (ret == -1)
printf("can't set max speed hz\n");
//打印
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);
}
|
结合代码，简单说明如下：
第3-6行，打开SPI 总线的设备文件。设备文件路径“/dev/spidev3.0”，如果打开失败首先要 查看路径是否正确以及设备文件是否存在。打开方式“O_RDWR”，我们要做SPI回环通信测试，所以要以读、写方式打开。
第9-12行，设置SPI 工作模式。根据之前讲解,SPI根据相位和极性的不同分为四 种工作模式，在这里四种工作模式为SPI_MODE_x (x = 0、1、2、3)。这里是回环 测试所以设置为任意一种工作模式都可以。 需要注意的是我们可以分开设置SPI的读、写工作模式。
第14-17行，设置SPI通信过程中一个字节所占的 位数。默认情况下设置为8即可。 同样，这里的读、写是分开设置的。
第19-22行，设置SPI通信的波特率，这里设置为1M。
经过以上四部分的初始化，SPI已经可以通信了。
13.4.4.2. spi发送函数¶
SPI借助SPI发送结构体spi_ioc_transfer 实现发送，程序中我们只需要将要发送的数据以及必要 的配置参数填入结构体，然后调用ioctl函数执行发送即可。发送函数如下所示：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 | void 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,
.tx_nbits = 1,
.rx_nbits = 1
};
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &tr);
if (ret < 1)
|
函数共有四个参数，fd, 打开SPI设备文件时得到的SPI设备文件描述符， tx,要发送的数据地址，rx，如果是双向传输，rx 用于指定接收缓冲区的地址。 len, 指定本次传输的数据长度，单位为字节。
函数实现非常简单，结合代码介绍如下：
第5-14行，定义并初始化SPI传输结构体。SPI传输结构体的完整定义如下所示：
结合注释很容易理解，简单说明如下:
tx_buf**和 **rx_buf:分别为发送、接收缓冲区地址，数据类型为“__u64”，兼容64位系统，64位或32位由系统自动处理，我们不必关心。
len:一次传输的数据长度。speed_hz,指定SPI通信的比特率。
delay_usecs:如果不为零则用于设置两次传输之间的时间延迟。
bits_per_word:指定字节长度，既一个字节占用多少比特。
cs_change:取消选中，如果设置为真，则在下次传输之前会取消选中当前的SPI设备，更新片选。
tx_nbits:指定“写”数据宽度，SPI 支持1、2、4位宽度，如果没有特殊数据要求的话，一般设置为1或0（设置为0表示使用默认的宽度既宽度为1）。
pad :参数我们没有用到，不用设置。
第16行，调用ioctl执行发送，参数fd,是SPI设备文件描述符，参数SPI_IOC_MESSAGE(1)用于指定执 行传输次数，我们这里只定义并初始化了一个传输结构体tr,所以传输次数为1。tr 是第一部分设置的传输结构体变量。
13.4.4.3. main函数¶
有了初始化函数和发送函数，SPI回环测试就非常简单了。我们只需要初始化SPI然后调用发送函数，最后打印传输结果如下所示：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 | #include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <linux/spi/spidev.h>
#define SPI_DEV_PATH "/dev/spidev3.0"
/*SPI 接收 、发送 缓冲区*/
unsigned char tx_buffer[100] = "hello the world !";
unsigned char rx_buffer[100];
int fd; // SPI 控制引脚的设备文件描述符
static unsigned 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 = 10000000; // 发送速度
static uint16_t delay; //保存延时时间
void 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,
.tx_nbits = 1,
.rx_nbits = 1
};
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &tr);
if (ret < 1)
printf("can't send spi message\n");
}
void spi_init(void)
{
int ret = 0;
//打开 SPI 设备
fd = open(SPI_DEV_PATH, O_RDWR);
if (fd < 0)
printf("can't open %s\n",SPI_DEV_PATH);
//spi mode 设置SPI 工作模式
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MODE32, &mode);
if (ret == -1)
printf("can't set spi mode\n");
//bits per word 设置一个字节的位数
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits);
if (ret == -1)
printf("can't set bits per word\n");
//max speed hz 设置SPI 最高工作频率
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed);
if (ret == -1)
printf("can't set max speed hz\n");
//打印
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);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
/*初始化SPI */
spi_init();
/*执行发送*/
transfer(fd, tx_buffer, rx_buffer, sizeof(tx_buffer));
/*打印 tx_buffer 和 rx_buffer*/
printf("tx_buffer: \n %s\n ", tx_buffer);
printf("rx_buffer: \n %s\n ", rx_buffer);
close(fd);
return 0;
}
|
在main函数中依次调用函数spi_init初始化SPI、调用函数transfer执行发送。
最后分别打印tx_buffer和rx_buffer的内容，正常情况下，程序运行后我们可以在控制终端发现tx_buffer和rx_buffer的内容一致。
13.5. SPI_OLED 显示实验¶
上一小节我们实现了SPI 回环通信，这一小节实现SPI驱动SPI_OLED显示屏。 本小节与上一章的IIC驱动IIC_OLED非常相似，仅仅是发送函数不同。
1 2 | #代码位置
base_linux/spi_oled
|
1 2 3 4 5 6 7 8 | .
|-- Makefile
|-- includes
| `-- spi_oled_app.h
`-- sources
|-- main.c
|-- oled_code_table.c
`-- spi_oled_app.c
|
13.5.1. 硬件说明：¶
OLED使用的是SPI接口0.96寸单色显示屏，详细资料可以在野火电子官网找到。实物如下所示：
SPI_OLED显示屏与板卡连接关系如下表所示
SPI_OLED显示屏 |
板卡引脚编号 |
|---|---|
MOSI |
19(MOSI) |
没有 |
21(MISO) |
CLK |
23(SCLK) |
D/C |
自己设定 |
CS |
24(CS0) |
GND |
25(GND) |
VCC |
17(VCC) |
13.5.1.1. 编译与运行¶
1 2 3 4 5 6 7 8 | #在文件目录下
make
#在spi_oled文件目录下会生成test文件，软连接到生成的执行文件上
#直接执行软链接文件就可以了
sudo ./test /dev/spidev3.0 42
#/dev/spidev3.0 使用CS0驱动屏幕
#42为D/C引脚，需要根据自己的实际情况去修改
|
13.5.2. 代码分析¶
SPI_OLED显示实验由SPI回环测试程序修改得到。其中OLED显示相关代码参照IIC驱动OLED显示屏程序。
13.5.2.1. spi初始化函数¶
这里的SPI初始化函数与上一小节有两点不同。 第一，这里增加了一个GPIO设备，用于控制SPI_OLED的 D/C引脚， 第二，这里要设置SPI工作模式为模式二， 并且可以不设置读（SPI_OLED是只写的一个设备）。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 | void spi_and_gpio_init(char *name)
{
int ret = 0;
gpio_init(name);
/*
* spi mode 设置SPI 工作模式
*/
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MODE32, &mode);
if (ret == -1)
pabort("can't set spi mode");
/*
* bits per word 设置一个字节的位数
*/
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits);
if (ret == -1)
pabort("can't set bits per word");
/*
* max speed hz 设置SPI 最高工作频率
*/
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed);
if (ret == -1)
pabort("can't set max speed hz");
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);
}
|
13.5.2.2. SPI_OLED命令发送和数据发送函数¶
根据之前讲解，SPI_OLED的D/C引脚用于表示显示屏接收到的是命令还是数据， D/C为低电平，发送的是命令，D/C为高电平发送的是数据。 命令发送函数和数据发送函数仅仅是在执行发送之前设置D/C对应引脚的高、低电平。 如下所示。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 | /*
* 向 SPI_OLED 发送控制命令
* cmd， 要发送的命令。
*/
void spi_oled_send_commend(unsigned char cmd)
{
uint8_t tx = cmd;
uint8_t rx;
gpio_low(); //设置 SPI_OLED 的 D/C 为低电平
transfer(fd, &tx, &rx, 1); //发送控制命令
}
/*
* 向 SPI_OLED 发送数据
* cmd， 要发送的数据。
*/
void spi_oled_send_data(unsigned char dat)
{
uint8_t tx = dat;
uint8_t rx;
gpio_high(); //设置 SPI_OLED 的 D/C 为高电平
transfer(fd, &tx, &rx, 1); //发送数据
}
|
13.5.2.3. SPI_OLED初始化代码¶
SPI_OLED初始化分为两部分，首先初始化SPI，然后通过SPI向OLED发送配置参数。 初始化代码如下所示：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 | /*
* oled 初始化函数
*/
void oled_init(char *name)
{
spi_and_gpio_init(name);
spi_oled_send_commend(0xae);
spi_oled_send_commend(0xae); //--turn off oled panel
spi_oled_send_commend(0x00); //---set low column address
spi_oled_send_commend(0x10); //---set high column address
spi_oled_send_commend(0x40); //--set start line address Set Mapping RAM Display Start Line (0x00~0x3F)
spi_oled_send_commend(0x81); //--set contrast control register
spi_oled_send_commend(0xcf); // Set SEG Output Current Brightness
spi_oled_send_commend(0xa1); //--Set SEG/Column Mapping 0xa0,0xa1
spi_oled_send_commend(0xc8); //Set COM/Row Scan Direction 0xc0,0xc8
spi_oled_send_commend(0xa6); //--set normal display
spi_oled_send_commend(0xa8); //--set multiplex ratio(1 to 64)
spi_oled_send_commend(0x3f); //--1/64 duty
spi_oled_send_commend(0xd3); //-set display offset Shift Mapping RAM Counter (0x00~0x3F)
spi_oled_send_commend(0x00); //-not offset
spi_oled_send_commend(0xd5); //--set display clock divide ratio/oscillator frequency
spi_oled_send_commend(0x80); //--set divide ratio, Set Clock as 100 Frames/Sec
spi_oled_send_commend(0xd9); //--set pre-charge period
spi_oled_send_commend(0xf1); //Set Pre-Charge as 15 Clocks & Discharge as 1 Clock
spi_oled_send_commend(0xda); //--set com pins hardware configuration
spi_oled_send_commend(0x12);
spi_oled_send_commend(0xdb); //--set vcomh
spi_oled_send_commend(0x40); //Set VCOM Deselect Level
spi_oled_send_commend(0x20); //-Set Page Addressing Mode (0x00/0x01/0x02)
spi_oled_send_commend(0x02); //
spi_oled_send_commend(0x8d); //--set Charge Pump enable/disable
spi_oled_send_commend(0x14); //--set(0x10) disable
spi_oled_send_commend(0xa4); // Disable Entire Display On (0xa4/0xa5)
spi_oled_send_commend(0xa6); // Disable Inverse Display On (0xa6/a7)
spi_oled_send_commend(0xaf); //--turn on oled panel
OLED_Fill(0x00);
OLED_SetPos(0, 0);
}
|
结合代码，简单说明如下：
第7行，调用spi_and_gpio_init初始化函数，根据之前讲解， 该函数初始化了SPI和一个GPIO。 初始化完成后我们就可以使用SPI与OLED通信同时也可以通过GPIO控制发送的是命令还是数据。
第9-37行，发送OLED初始化参数。
第39行，依次调用清屏函数（使屏幕不显示）和OLED光标设置函数（将光标设置到起始位置）。
程序中OLED清屏函数、显示字符函数、显示汉字函数以及显示图片函数与IIC驱动IIC_OLED非常相似，只是函数的简单替换，这里不再赘述。
13.5.2.4. main 函数实现¶
main函数中调用OLED基本的显示函数测试OLED，完整代码如下所示：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 | int main(int argc, char *argv[])
{
int i = 0; //用于循环
if(argc < 3){
printf("Wrong use !!!!\n");
printf("Usage: %s [dev] [D/C PinNum]\n",argv[0]);
return -1;
}
printf("%s\n",argv[1]);
/*打开 SPI 设备*/
fd = open(argv[1], O_RDWR); // open file and enable read and write
if (fd < 0){
printf("Can't open %s \n",argv[1]); // open i2c dev file fail
exit(1);
}
oled_init(argv[2]);
printf("oled_init\n");
OLED_Fill(0xFF);
while (1){
OLED_Fill(0xff); //清屏
sleep(1);
OLED_Fill(0x00); //清屏
OLED_ShowStr(0, 3, (unsigned char *)"Wildfire Tech", 1); //测试6*8字符
OLED_ShowStr(0, 4, (unsigned char *)"Hello wildfire", 2); //测试8*16字符
sleep(1);
OLED_Fill(0x00); //清屏
for (i = 0; i < 4; i++)
OLED_ShowCN(22 + i * 16, 0, i); //测试显示中文
sleep(1);
OLED_Fill(0x00); //清屏
OLED_DrawBMP(0, 0, 128, 8, (unsigned char *)BMP1); //测试BMP位图显示
sleep(1);
OLED_Fill(0x00); //清屏
}
close(fd);
return 0;
}
|
结合代码各部分简单说明如下：
第17-19行，初始化oled并全屏显示，我们使用的oled分辨率是128*64（64行，128列）。每个像素点只有亮、灭两种状态（0或1）。
第21行，清屏。清屏与全屏填充只是函数参数不同，清屏将每个像素点都设置为0，屏幕不亮，全屏填充将所有像素点设置为1，屏幕全亮。
第23-26行，设置显示字符串。字符串显示函数在IIC驱动OLED章节已经详细介绍，这里再次简单说明，函数前两个参数分别用于设置字符串起始位置的x、y 坐标，根据选择的字体不同（第四个参数）x,y 的取值范围也不同，以6*8字体为例，x可取0到（128-1-6），减1是因为从零开始计数，减6是因为一个字符宽度为6个像素点，一行剩余的像素点小于6则显示不全，y可取0到7，oled显示屏有64行，每8行像素点被分成一组，所以共有8组，字符的其实位置的y坐标只能取0到7。
第27-32行部分，显示中文。使用中文要有对应的点阵字库，字库制作工具以及制作方法请参考SPI_OLED模块资料，这里不再介绍。
第33-37行部分，显示图片。与显示中文相似，使用显示图片函数之前要将图片转化为点阵数据，制作工具以及制作方法请参考SPI_OLED模块资料。