SPI 用户空间的读写操作

spi_device

虽然用户空间不需要直接用到spi_device结构体，但是这个结构体和用户空间的程序有密切的关系，理解它的成员有助于理解SPI设备节点的IOCTL命令，所以首先来介绍它。在内核中，每个spi_device代表一个物理的SPI设备：

struct spi_device {
structdevice dev;
structspi_master *master;
u32 max_speed_hz; /* 通信时钟最大频率 */
u8 chip_select; /* 片选号 */
u8 mode; /*SPI设备的模式，下面的宏是它各bit的含义 */
#define SPI_CPHA 0x01 /* 采样的时钟相位 */
#define SPI_CPOL 0x02 /* 时钟信号起始相位：高或者是低电平 */
#define SPI_MODE_0 (0|0)
#define SPI_MODE_1 (0|SPI_CPHA)
#define SPI_MODE_2 (SPI_CPOL|0)
#define SPI_MODE_3 (SPI_CPOL|SPI_CPHA)
#define SPI_CS_HIGH 0x04 /* 为1时片选的有效信号是高电平 */
#define SPI_LSB_FIRST 0x08 /* 发送时低比特在前 */
#define SPI_3WIRE 0x10 /* 输入输出信号使用同一根信号线 */
#define SPI_LOOP 0x20 /* 回环模式 */
u8 bits_per_word; /* 每个通信字的字长（比特数） */
int irq; /*使用到的中断 */
void *controller_state;
void *controller_data;
char modalias[32]; /* 设备驱动的名字 */
};

spi_device的mode成员有两个比特位含义很重要：
SPI_CPHA选择对数据线采样的时机，0选择每个时钟周期的第一个沿跳变时采样数据，1选择第二个时钟沿采样数据；
SPI_CPOL选择每个时钟周期开始的极性，0表示时钟以低电平开始，1选择高电平开始。
这两个比特有四种组合，对应SPI_MODE_0～SPI_MODE_3。
另一个比较重要的成员是bits_per_word。这个成员指定每次读写的字长，单位是比特。虽然大部分SPI接口的字长是8或者16，仍然会有一些特殊的例子。需要说明的是，如果这个成员为零的话，默认使用8作为字长。
最后一个成员并不是设备的名字，而是需要绑定的驱动的名字。

spi_ioc_transfer

linux中，应用开发常用的结构体主要是struct spi_ioc_transfer：

struct spi_ioc_transfer {
    __u64        tx_buf;
    __u64        rx_buf;
 
    __u32        len;
    __u32        speed_hz;
 
    __u16        delay_usecs;
    __u8        bits_per_word;
    __u8        cs_change;
    __u32        pad;
};

每个 spi_ioc_transfer都可以包含读和写的请求，其中读和写的长度必须相等。所以成员len不是tx_buf和rx_buf缓冲的长度之和，而是它们各自的长度。SPI控制器驱动会先将tx_buf写到SPI总线上，然后再读取len长度的内容到rx_buf。如果只想进行一个方向的传输，把另一个方向的缓冲置为0就可以了。
speed_hz和bits_per_word这两个成员可以为每次通信配置不同的通信速率（必须小于spi_device的max_speed_hz）和字长，如果它们为0的话就会使用spi_device中的配置。
delay_usecs可以指定两个spi_ioc_transfer之间的延时，单位是微妙。一般不用定义。
cs_change指定这个cs_change结束之后是否需要改变片选线。一般针对同一设备的连续的几个spi_ioc_transfer，只有最后一个需要将这个成员置位。这样省去了来回改变片选线的时间，有助于提高通信速率。

SPI设备的初始化

void spi_Init()
{
    int ret = 0;
 
 
    spifd = open(device, O_RDWR);
    if (spifd < 0)
        pabort("can't open device");
 
    /*
     * spi mode
     */
    ret = ioctl(spifd, SPI_IOC_WR_MODE, &mode);
    if (ret == -1)
        pabort("can't set spi mode");
 
    ret = ioctl(spifd, SPI_IOC_RD_MODE, &mode);
    if (ret == -1)
        pabort("can't get spi mode");
 
    /*
     * bits per word
     */
    ret = ioctl(spifd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits);
    if (ret == -1)
        pabort("can't set bits per word");
 
    ret = ioctl(spifd, SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD, &bits);
    if (ret == -1)
        pabort("can't get bits per word");
 
    /*
     * max speed hz
     */
    ret = ioctl(spifd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed);
    if (ret == -1)
        pabort("can't set max speed hz");
 
    ret = ioctl(spifd, SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ, &speed);
    if (ret == -1)
        pabort("can't get max speed hz");
}

首先open打开SPI的设备，然后通过ioctl函数进行数据位、速率、模式进行配置。

IOCTL命令

用户空间对spidev设备节点使用IOCTL命令失败会返回-1。

SPI_IOC_RD_MODE

读取SPI设备对应的spi_device.mode，使用的方法如下：

ioctl(fd,SPI_IOC_RD_MODE, &mode);

SPI_IOC_WR_MODE

设置SPI设备对应的spi_device.mode。使用的方式如下：

ioctl(fd,SPI_IOC_WR_MODE, &mode);

SPI_IOC_RD_LSB_FIRST

查看设备传输的时候是否先传输低比特位。如果是的话，返回1。使用的方式如下：

ioctl(fd,SPI_IOC_RD_LSB_FIRST, &lsb);

其中lsb是一个uint8_t类型的变量。返回的结果存在lsb中。

SPI_IOC_WR_LSB_FIRST

设置设备传输的时候是否先传输低比特位。当传入非零的时候，低比特在前，当传入0的时候高比特在前（默认）。使用的方式如下：

ioctl(fd,SPI_IOC_WR_LSB_FIRST, &lsb);

SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD

读取SPI设备的字长。使用的方式如下：

ioctl(fd,SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD, &bits);

其中bits是一个uibt8_t类型的变量。返回的结果保存在bits中。

SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD

设置SPI通信的字长。使用的方式如下：

ioctl(fd,SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits);

SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ

读取SPI设备的通信的最大时钟频率。使用的方式如下：

ioctl(fd,SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ, &speed);

SPI_IOC_MESSAGE(N)

一次进行双向/多次读写操作。使用的方式如下：

structspi_ioc_transfer xfer[2];

......

status= ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(2), xfer);

其中N是本次通信中xfer的数组长度。

SPI的读写

int spi_read()
{
    bt_devide_msg msg;
    unsigned char ucRegVal;
    int ret,i;
    unsigned char tx[20];
    for(i = 0;i<20;i++)
    {
        tx[i] = 0xda;
    }
    unsigned char rx[ARRAY_SIZE(tx)] = {0, };
    struct spi_ioc_transfer tr = {
        .tx_buf = (unsigned long)tx,
        .rx_buf = (unsigned long)rx,
        .len = ARRAY_SIZE(tx),
        .delay_usecs = udelay,
        .speed_hz = speed,
        .bits_per_word = bits,
    };
    
    ret = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &tr);
    if (ret < 1)
    {
        printf("can't read spi message\n");
        return -1;
    }
    
    if(rx[0] !=0xAA)
    {
        printf("read spi data: ");    
        for (ret = 0; ret < ARRAY_SIZE(tx); ret++) 
        {
            printf("%02X ", rx[ret]);
        }
        printf("\n");
    }
    
    ucRegVal = rx[ARRAY_SIZE(tx)-1];
    get_data_process(rx);
                            
  return 1;

测试：

void main()
{
    spi_init();
    spi_read();
}