1. SPI 接口技术简介
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种串行通信协议，用于连接微控制器或外设设备。它允许多个设备通过同一组物理线路进行通信，其中一个设备可以被配置为主设备，其他设备被称为从设备。SPI 接口速度快，数据传输可靠，常用于嵌入式系统和外设设备的通信。
1.1 SPI 接口特点
SPI 接口具有以下特点：
全双工通信：主设备和从设备可以同时发送和接收数据。
点对点或多点通信：主设备可以同时控制多个从设备。
传输速度快：SPI 接口可以达到非常高的传输速度。
主设备驱动：主设备在通信过程中产生时钟信号，控制数据的传输。
低成本：SPI 接口的硬件成本相对较低。
1.2 SPI 接口应用
SPI 接口广泛应用于各种设备和领域：
存储设备：例如闪存芯片、EEPROM 等。
传感器：例如温度传感器、加速度传感器等。
显示设备：例如液晶显示屏、OLED 屏幕等。
通信设备：例如 Wi-Fi 模块、蓝牙模块等。
2. Linux 中的 SPI 接口
Linux 提供了强大的支持，以便开发者在 Linux 系统上使用 SPI 接口。在 Linux 内核中，SPI 接口通过 spi-dev 和 spidev 子系统来管理和控制。spi-dev 提供了一个驱动程序框架，用于与硬件设备进行通信，而 spidev 则提供了一个用户空间编程接口。
2.1 spi-dev 子系统
spi-dev 子系统在 Linux 内核中提供了与 SPI 设备的底层通信接口。它允许开发者通过向 /dev/spidevN.M 文件进行读写，与 SPI 设备进行通信。其中 N 表示 SPI 控制器的编号，M 表示 SPI 设备的编号。
在使用 spi-dev 子系统进行 SPI 设备通信时，需要使用 ioctl() 函数设置和获取 SPI 设备的一些属性，例如传输模式、传输速度和位序等。下面是一个使用 spi-dev 子系统进行 SPI 设备通信的示例：
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/spi/spidev.h>
int main()
{
int fd;
unsigned char send_data[1];
unsigned char recv_data[1];
fd = open("/dev/spidev0.0", O_RDWR);
if (fd < 0) {
printf("Failed to open SPI device\n");
return -1;
}
send_data[0] = 0x55;
struct spi_ioc_transfer tr = {
.tx_buf = (unsigned long)send_data,
.rx_buf = (unsigned long)recv_data,
.len = 1,
.speed_hz = 1000000,
.bits_per_word = 8,
};
if (ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &tr) < 0) {
printf("SPI transfer failed\n");
return -1;
}
printf("Received data: 0x%x\n", recv_data[0]);
close(fd);
return 0;
}
上述代码中，首先通过 open() 函数打开 SPI 设备文件 /dev/spidev0.0，然后初始化 spi_ioc_transfer 结构体 tr，设置发送缓冲区和接收缓冲区的地址、数据长度、传输速度和字长等属性，最后使用 ioctl() 函数进行 SPI 数据传输。
2.2 spidev 子系统
spidev 子系统为开发者提供了一个用户空间的编程接口，简化了与 SPI 设备的通信。开发者可以通过打开 spi-dev 设备节点，使用 read() 和 write() 函数进行数据的读写操作，从而实现与 SPI 设备的通信。
以下是使用 spidev 子系统进行 SPI 设备通信的示例：
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/spi/spidev.h>
int main()
{
int fd;
unsigned char send_data[1];
unsigned char recv_data[1];
fd = open("/dev/spidev0.0", O_RDWR);
if (fd < 0) {
printf("Failed to open SPI device\n");
return -1;
}
struct spi_ioc_transfer tr = {
.tx_buf = (unsigned long)send_data,
.rx_buf = (unsigned long)recv_data,
.len = 1,
.speed_hz = 1000000,
.bits_per_word = 8,
};
send_data[0] = 0x55;
if (ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &tr) < 0) {
printf("SPI transfer failed\n");
return -1;
}
printf("Received data: 0x%x\n", recv_data[0]);
close(fd);
return 0;
}
上述代码中，首先通过 open() 函数打开 SPI 设备文件 /dev/spidev0.0，然后初始化 spi_ioc_transfer 结构体 tr，设置发送缓冲区和接收缓冲区的地址、数据长度、传输速度和字长等属性，最后使用 ioctl() 函数进行 SPI 数据传输。
3. 总结
本文对 Linux 中的 SPI 接口技术进行了探究，并介绍了 SPI 接口的特点和应用。通过 spi-dev 和 spidev 子系统，开发者可以方便地在 Linux 系统上使用 SPI 接口，并与 SPI 设备进行通信。希望本文对读者理解和使用 Linux 中的 SPI 接口有所帮助。