关于SPI
SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的简写，其实就是一种总线通信协议，该总线以主从方式工作，通常是一个主设备和一个或多个从设备，一般需要4根线来进行数据通信，即SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)，相应的，有一套时序逻辑规定了通信过程。一般使用SPI的设备都配备了现成的SPI模块，只需要对相应的寄存器写入指令就可以进行通信了，如果没有SPI接口，也可以软件实现，就是根据时序图手动操作GPIO来实现通信，这就比较费劲了。
树莓派已经带了SPI接口，不过默认是关闭的。执行sudo raspi-config 进入配置页，打开SPI接口。
也可以使用树莓派的图形化设置工具
设置完后可以执行lsmod 查看是否有spi模块存在
//设置之前
pi@raspberrypi:~ $ lsmod
Module Size Used by
rfcomm 45056 4
bnep 20480 2
//设置之后
pi@raspberrypi:~ $ lsmod
Module Size Used by
spidev 20480 0
spi_bcm2835 24576 0还可以查看在/dev下是否存在spidev0.0和spidev0.1两个文件，这两个文件代表了树莓派SPI模块可以使能两个SPI从设备，也对应了GPIO上的CE0和CE1脚。
接线
把模块的引脚接到树莓派的GPIO上， 需要注意这里要分清GPIO引脚号是BCM编号还是实际编号。GND脚和树莓派的GND连接；VCC接到3.3V脚；D0接到树莓派的SCLK脚（第23号脚），即BCM.11脚；D1接到MOSI脚（第19号脚），即BCM.10；RES接到BCM.17脚，即第11号脚；DC接到BCM.22脚，即第15号脚；CS接到CE0脚（第24号脚）。总之，除了RES和DC是可以任意指定GPIO口，其他引脚是必须和树莓派上的指定脚连接的。
安装相关库
执行下面的更新内核并安装基本环境，这个不是必须的，一般都已经装好了：
sudo apt-get update
sudo apt-get install build-essential python-dev python-pip
sudo pip install RPi.GPIO
参考：
//need review
//need review
一、SPI协议介绍：
1、【SPI基础知识简介】
SPI全称是串行外设接口（Serial Peripheral Interface），是由Motorola提出的一种全双工同步串行通信接口，通信波特率可以高达5Mbps，但具体速度大小取决于SPI硬件。SPI接口具有全双工操作，操作简单，数据传输速率较高的优点，但也存在没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据的缺点。SPI总线只需四条线就可以完成MCU与各种外围器件的通讯:
SCLK：Serial Clock，（串行）时钟
MISO：Master In Slave Out，主设备输入，从设备输出
MOSI：Master Out Slave In，主设备输出，从设备输入
SS: Slave Select，选中从设备，片选，片选的其他别称[① CS(Chip Select)芯片选择、②CE(Chip Enable)芯片使能]
2、【SPI相关的缩写或说法】
先简单说一下，关于SPI中一些常见的说法：
SPI的极性Polarity和相位Phase，最常见的写法是CPOL和CPHA，不过也有一些其他写法，简单总结如下：
(1) CKPOL (Clock Polarity) = CPOL = POL = Polarity = （时钟）极性
(2) CKPHA (Clock Phase) = CPHA = PHA = Phase = （时钟）相位
(3) SCK=SCLK=SPI的时钟
(4) Edge=边沿，即时钟电平变化的时刻，即上升沿(rising edge)或者下降沿(falling edge)
对于一个时钟周期内，有两个edge，分别称为：
Leading edge=前一个边沿=第一个边沿，对于开始电压是1，那么就是1变成0的时候，对于开始电压是0，那么就是0变成1的时候；
Trailing edge=后一个边沿=第二个边沿，对于开始电压是1，那么就是0变成1的时候（即在第一次1变成0之后，才可能有后面的0变成1），对于开始电压是0，那么就是1变成0的时候；
3、【SPI总线通信】
①、SPI是［单主设备(single-master )］通信协议，这意味着总线中的只有一支中心设备能发起通信。当SPI主设备想读/写［从设备］时，它首先拉低［从设备］对应的SS线（SS是低电平有效），接着开始发送工作脉冲到时钟线上，在相应的脉冲时间上，［主设备］把信号发到MOSI实现“写”，同时可对MISO采样而实现“读”
②、SPI模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性(CPOL)对传输协议没有重大的影响，SPI主模块和与之通信的外设音时钟相位和极性应该一致。
如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；
如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平；
时钟相位(CPHA)能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。
如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿(上升或下降)数据被采样；
如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿(上升或下降)数据被采样；
4、【数据传输】
在一个SPI时钟周期内，会完成如下操作：
1) 主设备通过MOSI线发送1位数据，从设备通过该线读取这1位数据；
2) 从设备通过MISO线发送1位数据，主设备通过该线读取这1位数据。
这是通过移位寄存器来实现的。如图所示，主设备和从设备各有一个移位寄存器，且二者连接成环。随着时钟脉冲，数据按照从高位到低位的方式依次移出主设备寄存器和从机寄存器，并且依次移入从设备寄存器和主设备寄存器。当寄存器中的内容全部移出时，相当于完成了两个寄存器内容的交换。
5、【内部工作机制】
SSPSR 是 SPI 设备内部的移位寄存器(Shift Register). 它的主要作用是根据 SPI 时钟信号状态, 往 SSPBUF 里移入或者移出数据, 每次移动的数据大小由Bus-Width 以及 Channel-Width 所决定。
二、树莓派40Pin引脚对照图：
三、本次SPI编程要实现的结果：
用排线短接树莓派的19脚和21脚，实现树莓派spi通信的自发自收
四、SPI编程实现：
1、编程思路：
①、使能内核SPI驱动模块抽象出spi设备
②、利用open系统调用打开spi设备 "/dev/spidev0.0"
③、利用ioctl设置spi设备各项参数
④、进行读写操作
2、实际操作与代码部分：
①、使能内核SPI驱动
pi@raspberrypi:~ $ sudo raspi-config 弹出系统配置对话框，使能spi,重新启动树莓派,内核加载成功
重启之后可以确认系统已自动加载SPI驱动
pi@raspberrypi:~ $ ls /dev/spidev0.*
/dev/spidev0.0 /dev/spidev0.1
这里抽象出两个spi接口设备，但树莓派只引出来一组spi(引脚19、21、23、24)，对应的设备文件为/dev/spidev0.0
②树莓派自发自收代码
/*********************************************************************************
* Copyright: (C) 2018 wangtao
* All rights reserved.
*
* Filename: spi_own.c
* Description: This file
*
* Version: 1.0.0(11/07/2018)
* Author: WangTao <TAlicer@163.com>
* ChangeLog: 1, Release initial version on "11/07/2018 17:15:56 PM"
*
********************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include "SPISet.h"
int initSPI()
{
int spiFd;
spiFd=SPISetup(0,500000); //初始化SPI通道0，并设置为最大速度500000hz
if(spiFd==-1)
{
printf("init spi failed!\n");
}
}
int main()
{
char tx_Data[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}; //定义读写的数据
char rx_Data[10]={0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};
int i=0;
initSPI(); //spi的初始化
while(1)
{
SPIDataRW(0,tx_Data,rx_Data,7); //向总线中写入7个数据
printf("read spi_rx_data is:\n"); //读出总线的数据，引脚19与21短接打印【1,2,3,4,5,6,7,0,0,0】
// 引脚19与21不短接打印【0,0,0,0,0,0,0,0,0,0】
for(i=0;i<10;i++)
{
printf("%d\n",rx_Data[i]);
}
printf("\n");
sleep(1);
}
return 0;
}
/*********************************************************************************
* Copyright: (C) 2018 wangtao
* All rights reserved.
*
* Filename: SPISet.c
* Description: This file
*
* Version: 1.0.0(11/07/2018)
* Author: WangTao <TAlicer@163.com>
* ChangeLog: 1, Release initial version on "11/07/2018 17:15:56 PM"
*
********************************************************************************/
#include <stdint.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <asm/ioctl.h>
#include <linux/spi/spidev.h>
#include "SPISet.h"
static const char *spiDev0 = "/dev/spidev0.0" ;
static const char *spiDev1 = "/dev/spidev0.1" ;
static uint8_t spiBPW = 8 ;
static uint16_t spiDelay = 0 ;
static uint32_t spiSpeeds [2] ;
static int spiFds [2] ;
/*
* SPIDataRW:
* Write and Read a block of data over the SPI bus.
* Note the data ia being read into the transmit buffer, so will
* overwrite it!
* This is also a full-duplex operation.
*********************************************************************************
*********************************************************************************/
int SPIDataRW (int channel, unsigned char *tx_data, unsigned char *rx_data, int len)
{
int i = 0;
struct spi_ioc_transfer spi ;
channel &= 1 ;
memset (&spi, 0, sizeof (spi)) ;
spi.tx_buf = (unsigned long)tx_data ;
spi.rx_buf = (unsigned long)rx_data ;
spi.len = len ;
spi.delay_usecs = spiDelay ;
spi.speed_hz = spiSpeeds [channel] ;
spi.bits_per_word = spiBPW ;
return ioctl (spiFds [channel], SPI_IOC_MESSAGE(1), &spi) ; //SPI_IOC_MESSAGE(1)的1表示spi_ioc_transfer的数量
}
/*
* SPISetupMode:
* Open the SPI device, and set it up, with the mode, etc.
*********************************************************************************
*********************************************************************************/
int SPISetupMode (int channel, int speed, int mode)
{
int fd ;
if ((fd = open (channel == 0 ? spiDev0 : spiDev1, O_RDWR)) < 0)
{
printf("Unable to open SPI device: %s\n", strerror (errno)) ;
return -1;
}
spiSpeeds [channel] = speed ;
spiFds [channel] = fd ;
/*
* 设置spi的读写模式：
* Mode 0： CPOL=0, CPHA=0
* Mode 1： CPOL=0, CPHA=1
* Mode 2： CPOL=1, CPHA=0
* Mode 3： CPOL=1, CPHA=1
* 这里我们默认设置为模式0
*********************************************************************************
*/
if (ioctl (fd, SPI_IOC_WR_MODE, &mode) < 0)
{
printf("Can't set spi mode: %s\n", strerror (errno)) ;
return -1;
}
if (ioctl (fd, SPI_IOC_RD_MODE, &mode) < 0)
{
printf("Can't get spi mode: %s\n", strerror (errno)) ;
return -1;
}
/*
* spi的读写bit/word设置可写
* 这里设置为8个位为一个字节
*********************************************************************************
*/
if (ioctl (fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &spiBPW) < 0)
{
printf("Can't set bits per word: %s\n", strerror (errno)) ;
return -1;
}
if (ioctl (fd, SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD, &spiBPW) < 0)
{
printf("Can't get bits per word: %s\n", strerror (errno)) ;
return -1;
}
/*
* 设置spi读写速率
*********************************************************************************
*/
if (ioctl (fd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed) < 0)
{
printf("Can't set max speed hz: %s\n", strerror (errno));
return -1;
}
if (ioctl (fd, SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ, &speed) < 0)
{
printf("Can't get max speed hz: %s\n", strerror (errno));
return -1;
}
return fd ;
}
/*
* SPISetup:
* Open the SPI device, and set it up, etc. in the default MODE 0
*********************************************************************************
*********************************************************************************/
int SPISetup (int channel, int speed)
{
return SPISetupMode (channel, speed, 0) ;
}
/*********************************************************************************
* Copyright: (C) 2018 wangtao
* All rights reserved.
*
* Filename: SPISet.h
* Description: This file
*
* Version: 1.0.0(11/07/2018)
* Author: WangTao <TAlicer@163.com>
* ChangeLog: 1, Release initial version on "11/07/2018 17:15:56 PM"
*
********************************************************************************/
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
int SPIDataRW (int channel, unsigned char *tx_data,unsigned char *rx_data, int len) ;
int SPISetupMode (int channel, int speed, int mode) ;
int SPISetup (int channel, int speed) ;
#ifdef __cplusplus
}
#endif
五、程序运行结果：
1、MISO与MOSI短接 2、MISO与MOSI未短接
关于Linux下ioctl的理解推荐这篇博客
关于spi的ioctl的理解推荐这两篇博客
1.打开树莓派spi驱动
sudo raspi-config
2.查看spi设备驱动
ls /dev 其中 spidev0.0 和spidev0.1即是树莓派下的两个spishebei
3.查看树莓派下spi设备引脚定义
gpio readall 左边方框的管脚分别为MOSI MISO SCLK,右边CE0,CE1为两个片选管脚，分别对应上图中的spidev0.0,spidev0.1两个设备。对这两个文件读写操作即可控制spi设备。
树莓派引脚定义
一、SPI接口
树莓派3B+上的SPI接口如下所示，有两组SPI，分别由CE0和CE1来进行选择。
首先查看树莓派的SPI是否启用，在/dev查看是否有spidev0.0和spidev0.1
如果不存在spi设备号，需要在raspi-config中启用，在命令行输入：sudo raspi-config
选Interfacing Options,选择SPI，选择enable。
二、wiringPiSPI库
wiringPISPI库提供了树莓派的SPI驱动调用，包含四个接口函数。
2.1 获取SPI的描述符 wiringPiSPIGetFd
int wiringPiSPIGetFd (int channel) ;输入参数为通道，由CE0和CE1决定连接的是哪一个SPI，CE0连接SPI0，CE1连接SPI1。
2.2 SPI读写函数 wiringPiSPIDataRW
int wiringPiSPIDataRW (int channel, unsigned char *data, int len) ;由于SPI是上升沿下数据，下降沿读数据的，因此，一个时钟即可同时完成读写。wiringPiSPIDataRW函数同时执行读写，因此，读取的数据会覆盖写入的数据空间，即读写命令都会操作data指针指向的buff。调用一次即完成一次读写，片选使能CE0和CE1由该函数自动设置，无需再次操作。
2.3 SPI模式设置函数 wiringPiSPISetupMode
int wiringPiSPISetupMode (int channel, int speed, int mode) ;该函数设置SPI的模式，包括通道（0,1），SPI速度，和SPI模式（0,1,2,3）。SPI有四种工作模式，各个工作模式的不同在于SCLK不同, 具体工作由CPOL，CPHA决定
- CPOL: (Clock Polarity),时钟极性
当CPOL为0时,时钟空闲时电平为低;
当CPOL为1时,时钟空闲时电平为高;
- CPHA:(Clock Phase),时钟相位
当CPHA为0时,时钟周期的上升沿采集数据，时钟周期的下降沿输出数据;
当CPHA为1时,时钟周期的下降沿采集数据，时钟周期的上升沿输出数据;
一般采用模式0，可以设置为：
wiringPiSPISetupMode (0, 500000, 0);//500kHz2.4 SPI默认模式0设置 wiringPiSPISetup
int wiringPiSPISetup (int channel, int speed) ;此函数直接默认了SPI模式为0，只需设置通道和速度即可。
三、SX1278 移植SPI
根据SX1278的接口函数驱动代码可知，只需要自己实现LoRa_Write_Buff和LoRa_Read_Buff即可。两者函数的接口形式为：
void LoRa_Write_Buff(uint8_t addr,uint8_t *buffer,uint8_t size);
void LoRa_Read_Buff(uint8_t addr, uint8_t *buffer, uint8_t size);即调用上述函数对SX1278的寄存器进行指定长度的读写。根据手册，可知在进行SPI读写之前需要先发送操作地址码，同时读操作的地址最高位为1，写操作的地址最高位为地址0。
因此，可以在读写之前需要进行寄存器的地址读写配置，static uint8_t Cfg_SpiModeRW(uint8_t rw, uint8_t val)。
/*!
* \brief Configure the SPI read and write mode
* \para rw,uint8_t, read mode = SPI_LORA_READ and write mode = SPI_LORA_WRITE
SPI_LORA_READ = 0, SPI_LORA_WRITE = 1, a Marao define
* \retval a_val:uint8_t,cfg_addr
*/
static uint8_t Cfg_SpiModeRW(uint8_t rw, uint8_t val)
{
uint8_t a_val;
if(rw == SPI_LORA_READ)
{
a_val = 0x7F & val;
}
else if(rw == SPI_LORA_WRITE)
{
a_val = 0x80 | val;
}
return a_val;
}
SX1278的SPI时序图如下：
wiringPiSPI的wiringPiSPIDataRW 函数同时执行读写，且自动控制CE接口，因此，LoRa_Write_Buff和LoRa_Read_Buff中需要把数据buff和地址操作CMD提前准备好，然后调用一次wiringPiSPIDataRW函数即可实现指定长度和寄存器的SPI读写。具体移植如下：
/*!
* \brief LoRa write buff with SPI, using wiringPiSPI wiringPiSPIDataRW interface
* \para addr:uint8_t, LoRa Reg addr
buffer:uint8_t pointer, write buffer
size:uint8_t,size of buffer byte to write
* \retval none
*/
void LoRa_Write_Buff(uint8_t addr,uint8_t *buffer,uint8_t size)
{
uint8_t cmd;
uint8_t buf[256];
buf[0] = Cfg_SpiModeRW(SPI_LORA_WRITE,addr);
memcpy(buf+1,buffer,size);
wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL_0,buf,size+1);//build addr+buff cmd
}
/*!
* \brief LoRa read buff with SPI, using wiringPiSPI wiringPiSPIDataRW interface
* \para addr:uint8_t, LoRa Reg addr
buffer:uint8_t pointer, read buffer
size:uint8_t,size of buffer byte to read
* \retval none
*/
void LoRa_Read_Buff(uint8_t addr, uint8_t *buffer, uint8_t size)
{
uint8_t cmd;
uint8_t buf[257];
buf[0] = Cfg_SpiModeRW(SPI_LORA_READ,addr);
wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL_0,buf,size+1);
memcpy(buffer,buf+1,size);//remove fisrt val, which means addr
}移植的时候，别忘了头文件
#include "wiringPi.h"
#include "wiringPiSPI.h"至此，SPI移植完毕。
