深入了解Linux SPI读写操作

1. 什么是SPI

SPI(Serial Peripheral Interface)是一种串行通信协议，用于在嵌入式系统中连接主控芯片和外设芯片。它允许主控芯片与多个外设芯片进行通信，每个外设芯片使用一个片选信号进行识别。SPI协议使用四根线进行通信，分别是主时钟（SCLK）、数据输入（MISO）、数据输出（MOSI）和片选（CS）线。

1.1 主从模式

SPI通信中存在两种工作模式，分别是主模式和从模式。在主模式下，主控芯片负责控制通信的时序和片选信号的发出；而在从模式下，外设芯片接受来自主控芯片的时序控制和片选信号。

1.2 数据传输

SPI通信是全双工的，主控芯片和外设芯片可以同时发送和接收数据。通信过程中，数据以字节为单位进行传输，双方通过时钟信号同步数据的传输。

2. Linux下的SPI设备驱动

在Linux系统中，SPI设备的驱动由内核提供。内核提供了一些API函数供应用程序调用，进行SPI设备的读写操作。下面介绍一下Linux中常用的SPI设备驱动API。

2.1 SPI设备的打开和关闭

首先，需要打开SPI设备才能进行后续的读写操作。可以使用open()函数打开设备文件，并通过返回的文件描述符进行后续操作。

int fd;
fd = open("/dev/spidev0.0", O_RDWR);
if (fd < 0) {
    perror("Failed to open SPI device");
    return -1;
}

读写操作完成后，应该关闭SPI设备，释放占用的资源。

close(fd);

2.2 SPI设备的配置

SPI设备在使用之前，需要进行配置，包括时钟频率、位序、字长等。可以使用ioctl()函数和spi_ioc_transfer结构体进行配置。

#include <linux/spi/spidev.h>
struct spi_ioc_transfer spi_tr;
int ret;
/* 设置SPI时钟频率 */
unsigned int speed = 1000000;
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed);
if (ret == -1) {
    perror("Failed to set SPI speed");
    return -1;
}
/* 设置SPI位序 */
unsigned char mode = SPI_MODE_0;
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MODE, &mode);
if (ret == -1) {
    perror("Failed to set SPI mode");
    return -1;
}
/* 设置SPI字长 */
unsigned char bits_per_word = 8;
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits_per_word);
if (ret == -1) {
    perror("Failed to set SPI bits per word");
    return -1;
}

2.3 SPI设备的读写

通过write()函数可以向SPI设备写入数据，通过read()函数可以从SPI设备读取数据。

unsigned char send_data[3] = {0x01, 0x02, 0x03};
unsigned char recv_data[3] = {0};
int ret;
/* 向SPI设备写入数据 */
ret = write(fd, send_data, sizeof(send_data));
if (ret == -1) {
    perror("Failed to write to SPI device");
    return -1;
}
/* 从SPI设备读取数据 */
ret = read(fd, recv_data, sizeof(recv_data));
if (ret == -1) {
    perror("Failed to read from SPI device");
    return -1;
}

在读写操作中，需要传入合适的数据缓冲区和长度参数，注意数据的字节顺序和字节长度。

2.4 SPI设备的其他操作

除了基本的读写操作之外，Linux下的SPI设备驱动还支持其他一些特殊操作，可以通过ioctl()函数进行调用，例如设置片选信号、传输中断处理等。

/* 设置片选信号 */
unsigned char cs_change = 0;
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_CS_CHANGE, &cs_change);
if (ret == -1) {
    perror("Failed to set SPI CS change");
    return -1;
}
/* 设置传输中断处理 */
unsigned char tx_nofull = 1;
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &tx_nofull);
if (ret == -1) {
    perror("Failed to set SPI TX interrupt");
    return -1;
}

3. 总结

本文介绍了Linux下的SPI设备驱动，包括SPI的基本概念、工作模式、数据传输方式，以及在Linux系统中使用SPI设备驱动的方法。通过打开和关闭设备、配置设备参数、进行读写操作等步骤，可以实现与SPI设备的通信。

SPI设备驱动在嵌入式系统中应用广泛，是与外设芯片进行通信的重要手段。掌握SPI设备驱动的相关知识，对于开发嵌入式应用具有重要意义。