基于硬件 SPI 的数据抽象实例（附代码）

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作者 |  Acuity

1.写在前面

spi（Serial Peripheral Interface）即串行外设接口。与i2c一样，spi也常用外设设备通信的总线，从事嵌入式开发必不可少的掌握。

根据本人以往的经历，对spi进行总结（主要是MCU范畴，Linux已有成熟的驱动设备），主要目的及实现：

1）spi总线与spi设备分离；

2）快速使用新的硬件spi或者模拟spi；

3）方便移植spi总线设备及spi外设程序到不同mcu平台。

2.spi总线抽象

此部分实现源码为：spi_core.c spi_core.h

2.1 spi总线模型对外接口（API）

/*extern function*/
extern int spi_send_then_recv(struct spi_dev_device *spi_dev,const void *send_buff,
         unsigned short send_size,void *recv_buff,unsigned short recv_size);
extern int spi_send_then_send(struct spi_dev_device *spi_dev,const void *send_buff1,
         unsigned short send_size1,const void *send_buff2,unsigned short send_size2);
extern int spi_send_recv(struct spi_dev_device *spi_dev,const void *send_buff,void *recv_buff,unsigned short data_size);
extern int spi_send(struct spi_dev_device *spi_dev,const void *send_buff,unsigned short send_size);
1）spi_send_then_recv，标准spi，常规操作，发送完一帧再接收，如读取某芯片寄存器的值；

2）spi_send_then_send，标准spi，常规操作，发送完一帧再发送，如向某芯片寄存器（地址）写入数据；

3）spi_send_recv，非标spi，具体看芯片时序图，产生时钟信号，发送完成的同时，也接收完成；第二种情况是，只接收，发送动作只是用来产生时钟信号，如一些AD芯片；

4）spi_send，标准或非标spi都使用，只发送无返回值或者无须理会返回值，如spi LCD屏。

2.2 spi总线抽象API实现

以“spi_send_then_recv”函数为例：

1）spi_dev：spi设备指针，类型为“struct spi_dev_device”，驱动一个spi外设时，首先需要对此指针进行初始化；

2）send_buff：待发送数据（缓存）；

3）send_size：发送数据量大小（单位字节）；

4）：recv_buff：存放返回值数据缓存（地址）；

5）：recv_size：返回数据量大小。

另外3个函数，第一个参数都为spi设备指针，其他参数为发送/接收缓冲区，收发数据量等，通过变量名即可看出。

2.3 struct spi_de_device

该结构体为关键，调用API驱动一个外设时，需要先初始化（类似Linux的注册设备驱动）。一个完整的spi外设，包括片选和总线量部分，一个总线可和多个片选组成，驱动多个外设，因此struct spi_dev_device设计原型为：

struct spi_dev_device
{ 
    void (*spi_cs)(unsigned char state); 
    struct spi_bus_device *spi_bus; 
};
1）第一个参数为函数指针，主要功能的实现spi外设片选的选择（拉低/拉高）功能；

2）第二个参数为spi总线相关的结构体指针，主要是底层相关收据收发的的功能，具体继续往下看改结构体。

2.4 struct spi_bus_device *spi_bus

该结构体为底层硬件相关的spi总线实现，具体由实际需求实现，如用硬件spi还是用模拟spi。struct spi_bus_device*spi_bus原型为：

struct spi_bus_device
{ 
    int (*spi_bus_xfer)(struct spi_dev_device *spi_bus,struct spi_dev_message *msg);
    void *spi_phy;
    unsigned char data_width;
};
1）第一个参数是函数指针，为spi总线收发函数，这部分就是我们平常写裸机代码时候写到的，只是这里把它放在一个结构体里面，以函数指针的方式实现；这样的好处是，上层接口不变，更好其他MCU或者使用模拟spi时，只需修改此部分的函数实体，上层代码不需变动。

2）第二个参数，一个指针，表示具体物理spi，如stm32的SPI1、SPI2，或者模拟spi；

3）第三参数，数据宽度，一般是8bit或者16bit。

其他参数，如数据速率、spi模式等，其实也可以放在此处，只是个人觉得此类参数不常变动，为了节约内存，故不加入此结构体配置中。下面中断分析函数指针

“int (*spi_bus_xfer) (struct spi_dev_device *spi_bus,struct spi_dev_message *msg)”的实现。


2.5 spi_bus_xfer

该函数指针入口参数为spi设备指针（struct spi_dev_device ）、spi设备信息帧指针（struct spi_dev_message）。struct spi_dev_device与前面提及的为同一类参数，struct spi_dev_message为收发数据信息帧，其原型如下：

struct spi_dev_message
{
    const void  *send_buf;
    void        *recv_buf;
    int  length;
    unsigned char cs_take    : 1;
    unsigned char cs_release : 1;
};
1）send_buf：待发送数据（缓存）；

2）recv_buf：存放返回值数据缓存（地址）；

3）length：发送/接收数据长度；

4）cs_take：使能片选；

5）cs_release：释放片选。

3. spi总线抽象实现

此部分实现源码为：spi_hw.c spi_hw.h

3.1 spi总线抽象API实现

第一步：“spi_send_then_recv”，实现代码如下：

int spi_send_then_recv(struct spi_dev_device *spi_dev,const void *send_buff,unsigned short send_size,void *recv_buff,unsigned short recv_size)
{
    struct spi_dev_message message;
 
    message.length     = send_size;
    message.send_buf   = send_buff;
    message.recv_buf   = 0;
    message.cs_take    = 1;
    message.cs_release = 0;
    spi_dev->spi_bus->spi_bus_xfer(spi_dev,