树莓派开源驱动库BCM2835之SPI

一、前言
本文是树莓派外围io操作的入门介绍，高手跳过。
前一篇介绍了BCM2835库的init部分，这里接着介绍一下BCM2835的SPI. SPI在BCM2835库文件中有两个相关的文件，一个是spi.c和spin. c; spin.c是多字节连续发送接收的demo。Spin.c是单字节发送的demo。这里主要讲一下spin.c。
BCM2835库的主要代码实现都目录下面的bcm2835.c这个文件里面。Spi部分相关的代码接口一共有11个，分别是：
int bcm2835_spi_begin(void); //
void bcm2835_spi_end(void);
void bcm2835_spi_setBitOrder(uint8_t order);   
void bcm2835_spi_setBitOrder(uint8_t order); 
void bcm2835_spi_setClockDivider(uint16_t divider);
void bcm2835_spi_setDataMode(uint8_t mode);
void bcm2835_spi_chipSelect(uint8_t cs);
void bcm2835_spi_setChipSelectPolarity(uint8_t cs, uint8_t active);
uint8_t bcm2835_spi_transfer(uint8_t value);
void bcm2835_spi_transfernb(char* tbuf, char* rbuf, uint32_t len);
void bcm2835_spi_transfern(char* buf, uint32_t len);
void bcm2835_spi_writenb(char* buf, uint32_t len);
二、代码分析
下面主要来分析一下spin.c里面的main函数及其所调用的接口函数
int main(int argc, char **argv)
{    
    if (!bcm2835_init())//所有外围io引脚初始化，之前已经分析过了
    {
      printf("bcm2835_init failed. Are you running as root??\n");
      return 1;
    }
/*spi相关的功能引脚初始化，主要的是将spi对应的io设置成spi功能，将CS寄存器清0，
清spi TX和RX的接收发送缓存。
*/
    if (!bcm2835_spi_begin())    {
      printf("bcm2835_spi_begin failed. Are you running as root??\n");
      return 1;
    }
    bcm2835_spi_begin();
bcm2835_spi_setBitOrder(BCM2835_SPI_BIT_ORDER_MSBFIRST);      // The default


    /*将SPI的数据通信模式设置为模式BCM2835_SPI_MODE0，即CPOL = 0, CPHA = 0
CPOL = 0通信空闲状态时时钟线为高电平，CPHA = 0第二个时钟边沿采样数据。
*/
bcm2835_spi_setDataMode(BCM2835_SPI_MODE0);                   // The default
// 时钟分频
bcm2835_spi_setClockDivider(BCM2835_SPI_CLOCK_DIVIDER_65536);  
//拉低片选引脚
 bcm2835_spi_chipSelect(BCM2835_SPI_CS0);                     
    bcm2835_spi_setChipSelectPolarity(BCM2835_SPI_CS0, LOW);      // the default
       
    char buf[] = { 0x01, 0x02, 0x11, 0x33 }; // Data to send
    bcm2835_spi_transfern(buf, sizeof(buf));//数据发送和接收
    // buf will now be filled with the data that was read from the slave
    printf("Read from SPI: %02X  %02X  %02X  %02X \n", buf[0], buf[1], buf[2], buf[3]);
    
    bcm2835_spi_end();
    bcm2835_close();
    return 0;
}


bcm2835_spi_transfern是通过调用bcm2835_spi_transfernb来完成数据的发送的。
void bcm2835_spi_transfernb(char* tbuf, char* rbuf, uint32_t len)
{
    volatile uint32_t* paddr = bcm2835_spi0 + BCM2835_SPI0_CS/4;
    volatile uint32_t* fifo = bcm2835_spi0 + BCM2835_SPI0_FIFO/4;
    uint32_t TXCnt=0;
    uint32_t RXCnt=0;


    /* Clear TX and RX fifos */
    bcm2835_peri_set_bits(paddr, BCM2835_SPI0_CS_CLEAR, BCM2835_SPI0_CS_CLEAR);


    /* Set TA = 1，设置TA将SPI恢复到未通信状态 */
    bcm2835_peri_set_bits(paddr, BCM2835_SPI0_CS_TA, BCM2835_SPI0_CS_TA);


    /* Use the FIFO's to reduce the interbyte times */
    while((TXCnt < len)||(RXCnt < len))//发送和接收循环
    {
        /* TX fifo not full, so add some more bytes */
        while(((bcm2835_peri_read(paddr) & BCM2835_SPI0_CS_TXD))&&(TXCnt < len ))
        {
           bcm2835_peri_write_nb(fifo, tbuf[TXCnt]);
           TXCnt++;
        }
        /* Rx fifo not empty, so get the next received bytes */
        while(((bcm2835_peri_read(paddr) & BCM2835_SPI0_CS_RXD))&&( RXCnt < len ))
        {
           rbuf[RXCnt] = bcm2835_peri_read_nb(fifo);
           RXCnt++;
        }
    }
    /* Wait for DONE to be set */
//等待通信结束   
 while (!(bcm2835_peri_read_nb(paddr) & BCM2835_SPI0_CS_DONE))
;


    /* Set TA = 0, and also set the barrier */
    bcm2835_peri_set_bits(paddr, 0, BCM2835_SPI0_CS_TA);//设置TA位结束通信
}


三、实例效果

下面借助图片来看一下树莓派spin.c回环实验的效果。 

上图是用逻辑分析仪抓到的数据，channel1和channel2分别是MOSI和MISO，channel3是时钟信号，时钟模式为CPOL = 0, CPHA = 0。CS片选为channel4，通信时将其拉低使能SPI。
下图是树莓派3的外围IO图，左红色方框是spi的主要三个引脚，右边CE可不接，做loop是将MOSI和MISO互连，GDN和逻辑分析仪互连（最好相连，否则参考电平不同可能会出现解码错误）。