基于硬件?SPI?的數(shù)據(jù)抽象實(shí)例（附代碼）

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作者?|??Acuity

1.寫在前面

spi（Serial Peripheral Interface）即串行外設(shè)接口。與i2c一樣，spi也常用外設(shè)設(shè)備通信的總線，從事嵌入式開發(fā)必不可少的掌握。

根據(jù)本人以往的經(jīng)歷，對spi進(jìn)行總結(jié)（主要是MCU范疇，Linux已有成熟的驅(qū)動設(shè)備），主要目的及實(shí)現(xiàn)：

1）spi總線與spi設(shè)備分離；

2）快速使用新的硬件spi或者模擬spi；

3）方便移植spi總線設(shè)備及spi外設(shè)程序到不同mcu平臺。

2.spi總線抽象

此部分實(shí)現(xiàn)源碼為：spi_core.c spi_core.h

2.1 spi總線模型對外接口（API）

/*extern?function*/
extern?int?spi_send_then_recv(struct?spi_dev_device?*spi_dev,const?void?*send_buff,
?????????unsigned?short?send_size,void?*recv_buff,unsigned?short?recv_size);
extern?int?spi_send_then_send(struct?spi_dev_device?*spi_dev,const?void?*send_buff1,
?????????unsigned?short?send_size1,const?void?*send_buff2,unsigned?short?send_size2);
extern?int?spi_send_recv(struct?spi_dev_device?*spi_dev,const?void?*send_buff,void?*recv_buff,unsigned?short?data_size);
extern?int?spi_send(struct?spi_dev_device?*spi_dev,const?void?*send_buff,unsigned?short?send_size);
1）spi_send_then_recv，標(biāo)準(zhǔn)spi，常規(guī)操作，發(fā)送完一幀再接收，如讀取某芯片寄存器的值；

2）spi_send_then_send，標(biāo)準(zhǔn)spi，常規(guī)操作，發(fā)送完一幀再發(fā)送，如向某芯片寄存器（地址）寫入數(shù)據(jù)；

3）spi_send_recv，非標(biāo)spi，具體看芯片時序圖，產(chǎn)生時鐘信號，發(fā)送完成的同時，也接收完成；第二種情況是，只接收，發(fā)送動作只是用來產(chǎn)生時鐘信號，如一些AD芯片；

4）spi_send，標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)spi都使用，只發(fā)送無返回值或者無須理會返回值，如spi LCD屏。

2.2 spi總線抽象API實(shí)現(xiàn)

以“spi_send_then_recv”函數(shù)為例：

1）spi_dev：spi設(shè)備指針，類型為“struct spi_dev_device”，驅(qū)動一個spi外設(shè)時，首先需要對此指針進(jìn)行初始化；

2）send_buff：待發(fā)送數(shù)據(jù)（緩存）；

3）send_size：發(fā)送數(shù)據(jù)量大?。▎挝蛔止?jié)）；

4）：recv_buff：存放返回值數(shù)據(jù)緩存（地址）；

5）：recv_size：返回數(shù)據(jù)量大小。

另外3個函數(shù)，第一個參數(shù)都為spi設(shè)備指針，其他參數(shù)為發(fā)送/接收緩沖區(qū)，收發(fā)數(shù)據(jù)量等，通過變量名即可看出。

2.3 struct spi_de_device

該結(jié)構(gòu)體為關(guān)鍵，調(diào)用API驅(qū)動一個外設(shè)時，需要先初始化（類似Linux的注冊設(shè)備驅(qū)動）。一個完整的spi外設(shè)，包括片選和總線量部分，一個總線可和多個片選組成，驅(qū)動多個外設(shè)，因此struct spi_dev_device設(shè)計原型為：

struct?spi_dev_device
{?
????void?(*spi_cs)(unsigned?char?state);?
????struct?spi_bus_device?*spi_bus;?
};
1）第一個參數(shù)為函數(shù)指針，主要功能的實(shí)現(xiàn)spi外設(shè)片選的選擇（拉低/拉高）功能；

2）第二個參數(shù)為spi總線相關(guān)的結(jié)構(gòu)體指針，主要是底層相關(guān)收據(jù)收發(fā)的的功能，具體繼續(xù)往下看改結(jié)構(gòu)體。

2.4 struct spi_bus_device *spi_bus

該結(jié)構(gòu)體為底層硬件相關(guān)的spi總線實(shí)現(xiàn)，具體由實(shí)際需求實(shí)現(xiàn)，如用硬件spi還是用模擬spi。struct spi_bus_device*spi_bus原型為：

struct?spi_bus_device
{?
????int?(*spi_bus_xfer)(struct?spi_dev_device?*spi_bus,struct?spi_dev_message?*msg);
????void?*spi_phy;
????unsigned?char?data_width;
};
1）第一個參數(shù)是函數(shù)指針，為spi總線收發(fā)函數(shù)，這部分就是我們平常寫裸機(jī)代碼時候?qū)懙降?，只是這里把它放在一個結(jié)構(gòu)體里面，以函數(shù)指針的方式實(shí)現(xiàn)；這樣的好處是，上層接口不變，更好其他MCU或者使用模擬spi時，只需修改此部分的函數(shù)實(shí)體，上層代碼不需變動。

2）第二個參數(shù)，一個指針，表示具體物理spi，如stm32的SPI1、SPI2，或者模擬spi；

3）第三參數(shù)，數(shù)據(jù)寬度，一般是8bit或者16bit。

其他參數(shù)，如數(shù)據(jù)速率、spi模式等，其實(shí)也可以放在此處，只是個人覺得此類參數(shù)不常變動，為了節(jié)約內(nèi)存，故不加入此結(jié)構(gòu)體配置中。下面中斷分析函數(shù)指針

“int?(*spi_bus_xfer)?(struct spi_dev_device *spi_bus,struct spi_dev_message *msg)”的實(shí)現(xiàn)。


2.5 spi_bus_xfer

該函數(shù)指針入口參數(shù)為spi設(shè)備指針（struct spi_dev_device ）、spi設(shè)備信息幀指針（struct spi_dev_message）。struct spi_dev_device與前面提及的為同一類參數(shù)，struct spi_dev_message為收發(fā)數(shù)據(jù)信息幀，其原型如下：

struct?spi_dev_message
{
????const?void??*send_buf;
????void????????*recv_buf;
????int??length;
????unsigned?char?cs_take????:?1;
????unsigned?char?cs_release?:?1;
};
1）send_buf：待發(fā)送數(shù)據(jù)（緩存）；

2）recv_buf：存放返回值數(shù)據(jù)緩存（地址）；

3）length：發(fā)送/接收數(shù)據(jù)長度；

4）cs_take：使能片選；

5）cs_release：釋放片選。

3. spi總線抽象實(shí)現(xiàn)

此部分實(shí)現(xiàn)源碼為：spi_hw.c spi_hw.h

3.1 spi總線抽象API實(shí)現(xiàn)

第一步：“spi_send_then_recv”，實(shí)現(xiàn)代碼如下：

int?spi_send_then_recv(struct?spi_dev_device?*spi_dev,const?void?*send_buff,unsigned?short?send_size,void?*recv_buff,unsigned?short?recv_size)
{
????struct?spi_dev_message?message;
?
????message.length?????=?send_size;
????message.send_buf???=?send_buff;
????message.recv_buf???=?0;
????message.cs_take????=?1;
????message.cs_release?=?0;
????spi_dev->spi_bus->spi_bus_xfer(spi_dev,