浅谈SPI驱动API的使用方法
em9280系列产品包括em9280、em9287和em9281，是英创公司新一代的低成本嵌入式主板产品。该主板的spi接口，在内部dma（direct memory access直接内存存取）机制的驱动下，其最高数据传输速度可达20mbps。另外spi接口可支持4bit、8bit、16bit位长的数据通讯；也可对spi时序的极性及相位进行设置。
针对spi接口的应用特点，em9280的spi的驱动进行了专门的优化，不仅可支持常规的spi读、写操作，还可支持外部中断触发的读写操作。中断触发的读写操作，主要应用于工业控制的高速数据采集。另一方面，针对ad芯片控制需求，spi驱动还支持混合读写模式的数据传输操作。
本文以下部分重点介绍spi驱动api的使用方法。
操作spi设备的基本步骤
1、打开spi设备文件，其设备文件名为“spi1:”
2、根据应用需求，设置spi数据帧的基本参数，包括数据长度、波特率、时钟极性等参数。
3、若需要用到外部中断触发spi读取操作，则需要设置外部gpio中断管脚，及中断后的读取数据的长度。
4、设置完成后，对常规操作，即可使用标准的readfile函数接收spi数据、使用writefile发送spi数据。
5、对需要读写混合操作的，则需要调用deviceiocontrol来实现。
6、当启动了外部中断，则通过调用deviceiocontrol来等待外部事件，然后再调用readfile函数来读取已缓冲在驱动程序内部的spi数据。
7、调用closehandle将关闭spi接口并清除相关设置。即使重新打开spi设备文件，需重新设置spi的参数，才能进行读写。
spi数据帧参数设置
初始化spi，需要用到下面这个数据结构：
typedef struct _spiframe
{
uchar ucbitlength; // spi数据bit长度，= 4、8、16
dword dwbitrate; // spi波特率，20000000对应20mbps
bool bphase; // 时钟相位
bool bpolarity; // 时钟极性
} spiframe , *pspiframe;
该数据结构在hw_spi.h头文件中进行的定义，数据结构中的变量说明：
ucbitlength：spi通讯的数据位长，em9280/em9287支持4bit、8bit、16bit三种数据位长格式，在hw_spi.h中定义了这三种数据位长的常量。
dwbitrate：spi时钟速率，为每秒传输的bit数，参数20000000表示20mbps，
bphase：spi时序相位设置（如下图所示）
bpolarity：spi时序极性设置（如下图所示）
bphase=0 , bpolarity=0
bphase=1 , bpolarity=0
bphase=0 , bpolarity=1
bphase=1 , bpolarity=1
spi设备的初始化例子
handle hspi;
spiframe configspi;
// 打开设备驱动文件
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参数
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接口的单向读写操作
用标准的readfile和writefile就可实现常规的spi数据接收（读）或发送（写）。
spi数据接收的函数调用：
readfile(hspi, // 设备驱动文件句柄
pdatbuf, // 数据buffer指针，注意指针类型！
dwbuflength, // 数据buffer的字节长度
pdwbytesread, // 实际读取的spi数据字节数
null)
pdatbuf：数据buff指针。需要注意的是spi数据帧长度若为4-bit或8-bit，则每个spi数据占用一个字节，而对16-bit的spi数据，则占用2个字节。一般来说，对4-bit或8-bit的spi传输，其数据buffer应当是byte类型的；对16-bit的spi传输，数据buffer则为word类型的。
dwbuflength：需要传输的数据字节长度。该参数是以字节为单位，其涵义也与spi数据长度有关，对16-bit的spi传输，dwbuflength应为2的倍数。
pdwbytesread：spi数据实际接收的字节数。一个正确的spi数据接收调用后，指针pdwbyteread所包含的数据应等于dwbuflength，才能表示spi数据接收执行完全正确。
spi数据发送的函数调用：
writefile(hspi, // 设备驱动文件句柄
pdatbuf, // 数据buffer指针，事先应把数据填入
dwbuflength, // 数据buffer的字节长度
pdwbyteswritten, // 实际发送的spi数据字节数
null)
发送函数的参数定义与接收函数的参数定义是一致的。特别的，一个正确的spi数据发送调用后，指针pdwbytewritten所包含的数据应等于dwbuflength。
读写混合型的spi操作
在spi的实际应用，有时需要在一个连续的片选过程中，既有读操作，也有写操作。这时间需要用到所谓的混合型spi操作。
混合型spi操作需要用到以下数据结构：
typedef struct _spitransfer
{
lpvoid ptxbuff; // spi发送buffer指针
lpvoid prxbuff; // spi接收buffer指针
dword dwbuflength; // 本次spi传输的字节数
} spitransfer;
ptxbuff：spi输出数据buff指针
prxbuff：spi读入数据buff指针
dwbuflength：spi数据传输长度，以字节为单位
注意，em9280的spi接口仅支持半双工操作，因此在上述结构中，只能有一个buffer指针为有效指针，另一个必须为null。dwbuflength的定义与单向读写的定义一致。具体的传输是通过deviceiocontrol来实现的，举例说明，本例首先进行发送1个字节（8-bit spi），然后接收2个字节。
spitransfer trans[2];
byte tx[16], rx[16]; // buffer足够大
tx[0] = 0xe5; // 发送的字节
trans[0].ptxbuf = tx;
trans[0].prxbuf = null;
trans[0].dwbuflength = 1; // 要发送1字节
trans[1].ptxbuf = null;
trans[1].prxbuf = rx;
trans[1].dwbuflength = 2; // 要接收2字节
deviceiocontrol(hspi,
spi_ioctl_exchange,
trans, // in buffer
sizeof(trans) , // in buffer size
null,
0,
null,
null))
在上述调用中需要注意的是，deviceiocontrol()输入参数中的buffer长度必须是数据结构spitransfer大小的整倍数，否则将被视作无效参数。
外部中断触发的spi操作
外部中断触发的spi操作，主要是利用spi的高速特性，进行实时的大数据量读取。因为spi的接线非常简单，作为一种高效低成本的接口模式在工业控制领域有广泛的应用。使用这种spi操作方式，需要用到以下数据结构：
typedef struct _spi_irqtransfer
{
dword dwgpiopin; // 外部中断管脚，上升沿触发中断
dword dwbuflength; // 中断触发的spi传输的字节数，小于64kb
dword dwrvsd; // 保留，必须设置为0
} spi_irqtransfer;
dwgpiopin：要用作外部中断源的gpio引脚
dwbuflength：要读取的数据字节长度
dwrvsd：系统保留，必须设置为0
在上述结构中，dwbuflength的定义与单向读写的定义一致，如果dwgpiopin与dwbuflength同时设置为0，则将关闭已打开的gpio中断资源并禁止该功能启动。dwgpiopin为em9280主板的gpio引脚编号，与gpio操作时的引脚数据一致。注意：由于系统功能的占用，不是所有的gpio引脚都可以用作外部中断触发源。
• em9280可以使用的gpio引脚有：gpio0、gpio1、gpio6、gpio7、gpio10、gpio11、gpio20、gpio21、gpio22、gpio23。
• em9287和em9281可以使用的gpio引脚有：gpio0 - gpio23。
该操作的具体的设置操作仍然需要调用deviceiocontrol()来实现。
spi_irqtransfer irq_transfer;
irq_transfer. dwgpiopin=gpio0; // 使用gpio0作为spi的外部中断源
irq_transfer. dwbuflength=1024; // 中断产生后需要读取1024字节的数据
irq_transfer. dwrvsd=0;
deviceiocontrol(hspi,
spi_ioctl_ssp_irqtransfer,
& irq_transfer, // 输入参数
sizeof(spi_irqtransfer), // 输入参数字节数
null,
0,
null,
null);
设置完成即启动外部中断自动触发spi操作，一旦中断产生，驱动程序将自动接收dwbuflength长度的数据，存储在驱动程序的内部缓冲区中。数据接收完成后，将发送事件通知应用层。应用程序可通过deviceiocontrol()调用来等待该事件，得到事件后再调用readfile读取数据。通过调用deviceiocontrol()等待spi事件，可以给定一个时间参数作为等待超时的条件，以ms为单位。成功等到spi执行完成的消息时，deviceiocontrol会返回true，否则返回false。spi事件等待的调用方法如下：
deviceiocontrol(hspi,
spi_ioctl_ssp_waitspievent,
&delaytime, // 等待超时，时间为ms
sizeof(dword),
null,
0,
null,
null)
调用上述方法启动了外部中断触发spi读取数据的功能后，该功能将一直存在，即每次在所设置的gpio引脚上产生中断信号，都会执行一次spi读取操作，直到应用程序关闭该中断，即设置dwgpiopin和dwbuflength等于0，再调用deviceiocontrol()进行设置操作。
spi操作相关的范例代码请参考光盘中的em9280_spidemo，或来邮件索取或咨询。
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1、打开spi设备文件，其设备文件名为“spi1:”
2、根据应用需求，设置spi数据帧的基本参数，包括数据长度、波特率、时钟极性等参数。
3、若需要用到外部中断触发spi读取操作，则需要设置外部gpio中断管脚，及中断后的读取数据的长度。
4、设置完成后，对常规操作，即可使用标准的readfile函数接收spi数据、使用writefile发送spi数据。
5、对需要读写混合操作的，则需要调用deviceiocontrol来实现。
6、当启动了外部中断，则通过调用deviceiocontrol来等待外部事件，然后再调用readfile函数来读取已缓冲在驱动程序内部的spi数据。
7、调用closehandle将关闭spi接口并清除相关设置。即使重新打开spi设备文件，需重新设置spi的参数，才能进行读写。
spi数据帧参数设置
初始化spi，需要用到下面这个数据结构：
typedef struct _spiframe
{
uchar ucbitlength; // spi数据bit长度，= 4、8、16
dword dwbitrate; // spi波特率，20000000对应20mbps
bool bphase; // 时钟相位
bool bpolarity; // 时钟极性
} spiframe , *pspiframe;
该数据结构在hw_spi.h头文件中进行的定义，数据结构中的变量说明：
ucbitlength：spi通讯的数据位长，em9280/em9287支持4bit、8bit、16bit三种数据位长格式，在hw_spi.h中定义了这三种数据位长的常量。
dwbitrate：spi时钟速率，为每秒传输的bit数，参数20000000表示20mbps，
bphase：spi时序相位设置（如下图所示）
bpolarity：spi时序极性设置（如下图所示）
bphase=0 , bpolarity=0
bphase=1 , bpolarity=0
bphase=0 , bpolarity=1
bphase=1 , bpolarity=1
spi设备的初始化例子
handle hspi;
spiframe configspi;
// 打开设备驱动文件
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参数
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接口的单向读写操作
用标准的readfile和writefile就可实现常规的spi数据接收（读）或发送（写）。
spi数据接收的函数调用：
readfile(hspi, // 设备驱动文件句柄
pdatbuf, // 数据buffer指针，注意指针类型！
dwbuflength, // 数据buffer的字节长度
pdwbytesread, // 实际读取的spi数据字节数
null)
pdatbuf：数据buff指针。需要注意的是spi数据帧长度若为4-bit或8-bit，则每个spi数据占用一个字节，而对16-bit的spi数据，则占用2个字节。一般来说，对4-bit或8-bit的spi传输，其数据buffer应当是byte类型的；对16-bit的spi传输，数据buffer则为word类型的。
dwbuflength：需要传输的数据字节长度。该参数是以字节为单位，其涵义也与spi数据长度有关，对16-bit的spi传输，dwbuflength应为2的倍数。
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writefile(hspi, // 设备驱动文件句柄
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dwbuflength, // 数据buffer的字节长度
pdwbyteswritten, // 实际发送的spi数据字节数
null)
发送函数的参数定义与接收函数的参数定义是一致的。特别的，一个正确的spi数据发送调用后，指针pdwbytewritten所包含的数据应等于dwbuflength。
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{
lpvoid ptxbuff; // spi发送buffer指针
lpvoid prxbuff; // spi接收buffer指针
dword dwbuflength; // 本次spi传输的字节数
} spitransfer;
ptxbuff：spi输出数据buff指针
prxbuff：spi读入数据buff指针
dwbuflength：spi数据传输长度，以字节为单位
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spitransfer trans[2];
byte tx[16], rx[16]; // buffer足够大
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trans[0].ptxbuf = tx;
trans[0].prxbuf = null;
trans[0].dwbuflength = 1; // 要发送1字节
trans[1].ptxbuf = null;
trans[1].prxbuf = rx;
trans[1].dwbuflength = 2; // 要接收2字节
deviceiocontrol(hspi,
spi_ioctl_exchange,
trans, // in buffer
sizeof(trans) , // in buffer size
null,
0,
null,
null))
在上述调用中需要注意的是，deviceiocontrol()输入参数中的buffer长度必须是数据结构spitransfer大小的整倍数，否则将被视作无效参数。
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typedef struct _spi_irqtransfer
{
dword dwgpiopin; // 外部中断管脚，上升沿触发中断
dword dwbuflength; // 中断触发的spi传输的字节数，小于64kb
dword dwrvsd; // 保留，必须设置为0
} spi_irqtransfer;
dwgpiopin：要用作外部中断源的gpio引脚
dwbuflength：要读取的数据字节长度
dwrvsd：系统保留，必须设置为0
在上述结构中，dwbuflength的定义与单向读写的定义一致，如果dwgpiopin与dwbuflength同时设置为0，则将关闭已打开的gpio中断资源并禁止该功能启动。dwgpiopin为em9280主板的gpio引脚编号，与gpio操作时的引脚数据一致。注意：由于系统功能的占用，不是所有的gpio引脚都可以用作外部中断触发源。
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• em9287和em9281可以使用的gpio引脚有：gpio0 - gpio23。
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spi_irqtransfer irq_transfer;
irq_transfer. dwgpiopin=gpio0; // 使用gpio0作为spi的外部中断源
irq_transfer. dwbuflength=1024; // 中断产生后需要读取1024字节的数据
irq_transfer. dwrvsd=0;
deviceiocontrol(hspi,
spi_ioctl_ssp_irqtransfer,
& irq_transfer, // 输入参数
sizeof(spi_irqtransfer), // 输入参数字节数
null,
0,
null,
null);
设置完成即启动外部中断自动触发spi操作，一旦中断产生，驱动程序将自动接收dwbuflength长度的数据，存储在驱动程序的内部缓冲区中。数据接收完成后，将发送事件通知应用层。应用程序可通过deviceiocontrol()调用来等待该事件，得到事件后再调用readfile读取数据。通过调用deviceiocontrol()等待spi事件，可以给定一个时间参数作为等待超时的条件，以ms为单位。成功等到spi执行完成的消息时，deviceiocontrol会返回true，否则返回false。spi事件等待的调用方法如下：
deviceiocontrol(hspi,
spi_ioctl_ssp_waitspievent,
&delaytime, // 等待超时，时间为ms
sizeof(dword),
null,
0,
null,
null)
调用上述方法启动了外部中断触发spi读取数据的功能后，该功能将一直存在，即每次在所设置的gpio引脚上产生中断信号，都会执行一次spi读取操作，直到应用程序关闭该中断，即设置dwgpiopin和dwbuflength等于0，再调用deviceiocontrol()进行设置操作。
spi操作相关的范例代码请参考光盘中的em9280_spidemo，或来邮件索取或咨询。
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