Android Things物联网开发--外围I/O接口之SPI（六）

太过爱你忘了你带给我的痛 2022-06-18 13:07 231阅读 0赞

## **SPI接口** ##

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**SPI(Serial Peripheral Interface )**是串行外设接口的缩写。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，经常用于需要高速传输数据的设备。SPI非常适合高带宽的使用场景，比如外部非易失性存储器以及图形显示设备。很多传感器设备除了支持 I 2C 之外还支持SPI。

SPI是一个同步串行接口，这意味着它依赖于一个共享时钟信号来同步设备间的数据传输。一个主设备控制时钟信号的触发，所有的连接上的设备都作为从设备。每个设备连接到同一组数据信号以形成总线。

理论上，SPI传输数据的速率仅仅受限于主设备能以多快的速率切换时钟信号。时钟速率的范围一般在16MHZ到25MHZ之间。这种高速时钟信号允许SPI外设更快的传输数据而且还比UART误码率少。  
![这里写图片描述][SouthEast]

SPI支持全双工数据传输，这意味着主设备与从设备之间可以同时交换信息。为了支持全双工传输，总线必须提供如下单独的信号，这使得SPI最少有4根线缆接口：

*  Master Out Slave In (MOSI)：主设备输出从设备输入
 *  Master In Slave Out (MISO)：主设备输入从设备输出
 *  Shared clock signal (CLK)：共享时钟信号
 *  Common ground reference (GND)：地线

SPI支持多个从设备连接到同一个总线。不像 I2C 设备需要使用硬件寻址。每个从设备需要一个额外的片选信号，以允许主设备寻址到该特定设备，并将该设备作为数据传输目标。如果仅使用单个从设备，则不需要此信号。

### **管理设备连接** ###

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为了打开一个到特定SPI从设备的连接，你需要知道总线的唯一的名字。在开发的前期阶段，后者移植一个app到一个新设备时，使用PeripheralManagerService 的getSpiBusList()方法获取所用可用的设备名是很有帮助的。

PeripheralManagerService manager = new PeripheralManagerService();
    List<String> deviceList = manager.getSpiBusList();
    if (deviceList.isEmpty()) {
        Log.i(TAG, "No SPI bus available on this device.");
    } else {
        Log.i(TAG, "List of available devices: " + deviceList);
    }

支持多个硬件片选信号的SPI控制器会将每个可用从设备端口报告为单独的设备名称。例如，一个主板上同一个SPI总线上的设备CS0,CS1以及CS2，使用getSpiBusList()方法会获取到类似”SPI0.0”, “SPI0.1”和 “SPI0.2” 的名称。

一旦你知道了目标设备的名称，使用PeripheralManagerService 来连接到该设备。当你完成与外设的通信后，要断开连接释放资源。另外，你不能在同一个设备连接关闭之前再次打开一个新的连接。使用 close() 方法来关闭连接：

public class HomeActivity extends Activity { 
        // SPI Device Name
        private static final String SPI_DEVICE_NAME = ...;
    
        private SpiDevice mDevice;
    
        @Override
        protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            // Attempt to access the SPI device
            try {
                PeripheralManagerService manager = new PeripheralManagerService();
                mDevice = manager.openSpiDevice(SPI_DEVICE_NAME);
            } catch (IOException e) {
                 Log.w(TAG, "Unable to access SPI device", e);
            }
        }
    
        @Override
        protected void onDestroy() {
            super.onDestroy();
    
            if (mDevice != null) {
                try {
                    mDevice.close();
                    mDevice = null;
                } catch (IOException e) {
                    Log.w(TAG, "Unable to close SPI device", e);
                }
            }
        }
    }

### **配置时钟和数据模式** ###

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当在SPI总线上建立一个连接以后，配置数据传输速率和操作模式来匹配同一个总线上的从设备。要是数据传输成功，总线上的所有设备必须具有相同的时钟和数据传输格式。

**注意：**一些从设备无法配置他们的SPI操作模式，所以当你选择外设时要查看文档。

1.  设置SPI模式，模式定义了时钟信号的极性和相位。你选择的模式基于三个属性：  
    ![这里写图片描述][SouthEast 1]
    
    1.  **Idle Level**：当没有数据传输时，时钟信号的电平（低或高）
    2.  **Leading Edge**：每个时钟脉冲的前沿。
    3.  **Trailing Edge**：每个时钟脉冲与前沿相反的转换。  
        支持下面的模式：
        
         *  MODE0–空闲状态时钟信号为低电平，数据在Leading Edge时传输。
         *  MODE1–空闲状态时钟信号为低电平，数据在Trailing Edge时传输。
         *  MODE0–空闲状态时钟信号为高电平，数据在Leading Edge时传输。
         *  MODE0–空闲状态时钟信号为高电平，数据在Leading Edge时传输。
2.  设置如下SPI设备参数：
    
     *  **Frequency （频率）**–指定共享时钟信号的频率，单位为HZ。时钟信号功能在不同的设备硬件上有所不同。在设置这个值之前你应该确认你的特定设备支持的频率。
     *  **Justification （对齐）**–指定每个字节中通过总线传输的各个位的顺序。这也被称为字节顺序。默认的，数据将最先发送最高有效位。
     *  **Bits per Word（一个字对应的位数）**–默认一个字为8位。

下面的代码配置了SPI连接的模式为 MODE0，16MHZ时钟，一个字8位，并且是先传输最高有效位。

public void configureSpiDevice(SpiDevice device) throws IOException {
        // Low clock, leading edge transfer
        device.setMode(SpiDevice.MODE0);
    
        device.setFrequency(16000000);     // 16MHz
        device.setBitsPerWord(8);          // 8 BPW
        device.setBitJustification(false); // MSB first
    }

### **传输数据** ###

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SPI支持半双工和全双工数据传输。大多数app应该使用半双工write()或者read()方法来与一个从设备交互数据。

// Half-duplex data transfer
    public void sendCommand(SpiDevice device, byte[] buffer) throws IOException {
        // Shift data out to slave
        device.write(buffer, buffer.length);
    
        // Read the response
        byte[] response = new byte[32];
        device.read(response, response.length);
        ...
    }

要执行全双工交互，使用transfer()方法来代替。这个方法接收两个缓冲区来读和写。写缓存包含了要发送给从设备的信息，当读缓冲空时，接收从设备的数据。

数据长度必须小于或等于最小缓冲大小。通常全双工传输缓冲区大小相等。

// Full-duplex data transfer
    public void sendCommand(SpiDevice device, byte[] buffer) throws IOException {
        byte[] response = new byte[buffer.length];
        device.transfer(buffer, response, buffer.length);
        ...
    }

[SouthEast]: /images/20220618/c3d86711d6904552b5822d96db280a55.png
[SouthEast 1]: /images/20220618/af28741cd353422fb8f0df78044e941e.png