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SPI#xff08;Serial Peripheral Interface#xff0c;串行外设接口#xff09;是一种同步串行通信协议#xff0c;广泛应用于微控制器和各种外围设备之间的数据传输。它由摩托罗拉公司在20世纪80年代开发#xff0c;具有高速、全双工通信的特点#xff0c…SPI基础知识
SPISerial Peripheral Interface串行外设接口是一种同步串行通信协议广泛应用于微控制器和各种外围设备之间的数据传输。它由摩托罗拉公司在20世纪80年代开发具有高速、全双工通信的特点常用于传感器、存储器、显示器和音频设备等。
SPI的主要特点
1. 同步通信使用一个主时钟线SCLK来同步数据传输。 2. 全双工通信数据可以同时在两个方向上传输。 3. 多从设备支持通过选择线CS来选择具体的从设备。 4. 高速传输相比于I2CSPI提供了更高的数据传输速率。
SPI协议的工作原理
SPI协议采用主从架构通常由一个主设备Master和一个或多个从设备Slave组成。它主要包含四条信号线 - SCLKSerial Clock由主设备生成的时钟信号。 - MOSIMaster Out Slave In主设备发送数据的信号线。 - MISOMaster In Slave Out从设备发送数据的信号线。 - CSChip Select从设备选择信号低电平有效。
在Linux下使用SPI
Linux内核提供了对SPI设备的支持通过SPIDEV接口可以方便地进行SPI设备的编程。以下是一些基本的SPI编程步骤。
创建SPI设备
在使用SPI设备之前需要在系统中创建相应的设备节点。通常设备节点会自动创建在/dev目录下例如/dev/spidev0.0表示SPI总线0上的设备0。
配置SPI设备
使用ioctl系统调用来配置SPI设备的通信参数例如时钟频率、数据模式和字长。常用的ioctl命令包括
- SPI_IOC_WR_MODE设置SPI模式0-3包括 - SPI_MODE_0CPOL0, CPHA0 - SPI_MODE_1CPOL0, CPHA1 - SPI_MODE_2CPOL1, CPHA0 - SPI_MODE_3CPOL1, CPHA1
- SPI_IOC_RD_MODE读取当前SPI模式。
- SPI_IOC_WR_LSB_FIRST设置数据传输顺序LSB最低有效位优先。- SPI_IOC_RD_LSB_FIRST读取数据传输顺序。
- SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD设置每个字的位数通常为8。- SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD读取每个字的位数。
- SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ设置SPI时钟频率。- SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ读取SPI时钟频率。
配置示例
以下是一个配置SPI设备的示例代码
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include fcntl.h
#include sys/ioctl.h
#include linux/spi/spidev.hint main() {int fd;uint8_t mode SPI_MODE_0;uint32_t speed 500000;uint8_t bits 8;uint8_t lsb_first 0;fd open(/dev/spidev0.0, O_RDWR);if (fd 0) {perror(Failed to open SPI device);return EXIT_FAILURE;}if (ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MODE, mode) 0) {perror(Failed to set SPI mode);close(fd);return EXIT_FAILURE;}if (ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, speed) 0) {perror(Failed to set SPI speed);close(fd);return EXIT_FAILURE;}if (ioctl(fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, bits) 0) {perror(Failed to set SPI bits per word);close(fd);return EXIT_FAILURE;}if (ioctl(fd, SPI_IOC_WR_LSB_FIRST, lsb_first) 0) {perror(Failed to set LSB first);close(fd);return EXIT_FAILURE;}close(fd);return EXIT_SUCCESS;
}读写SPI数据
SPI通信使用read和write系统调用进行数据传输。以下是一个简单的SPI数据发送和接收的例子
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include fcntl.h
#include unistd.h
#include stdint.h
#include linux/spi/spidev.hint main() {int fd;uint8_t tx[] {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF};uint8_t rx[4] {0, };struct spi_ioc_transfer tr {.tx_buf (unsigned long)tx,.rx_buf (unsigned long)rx,.len sizeof(tx),.speed_hz 500000,.delay_usecs 0,.bits_per_word 8,};fd open(/dev/spidev0.0, O_RDWR);if (fd 0) {perror(Failed to open SPI device);return EXIT_FAILURE;}if (ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), tr) 0) {perror(Failed to send SPI message);close(fd);return EXIT_FAILURE;}for (int i 0; i sizeof(rx); i) {printf(Received byte: 0x%02X\n, rx[i]);}close(fd);return EXIT_SUCCESS;
}
总结
SPI作为一种高效的同步串行通信协议在嵌入式系统中有着广泛的应用。在Linux系统中利用SPIDEV接口可以方便地进行SPI设备的编程实现各种数据传输和设备控制。通过对SPI设备的配置、数据传输和实际应用的示例我们可以更好地理解和掌握SPI在Linux下的应用编程。
