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(STM32)从零开始的RT-Thread之旅--GPIO

我使用的开发板是WeAct的H743板子，板子带一个0.96的SPI驱动的LCD，给的有现成的测试用例，看源码应该是ST的工程师写的ST7735的驱动，打算把这个驱动直接拿到RTT工程里面使用。这里按正常流程来，先打通SPI，再进行上层功能实现。一般当我们用SPI读取到LCD的ID时，即认为SPI没问题了。

这里这块由ST7735驱动的LCD屏幕的SPI接口和一般的不太一样，接线如下：

首先SPI是3线制的，MOSI可以读也可以写，然后通过一根线控制读写的是寄存器还是缓存。它和CS一样，低电平有效（低电平对应寄存器）。这里在配置SPI的时候要注意。 

我们知道，如果没有使用RTT的时候，我们需要使用SPI，只需调用HAL库相关初始化函数，把相关外设初始化完成，就可以直接调用HAL库的发送函数使用SPI了，而现在当我们想要在RTT的驱动框架内使用SPI时，则需要两步：

1.初始化硬件SPI，然后告诉RTT内核我们初始化了哪个SPI，内核可以使用它了

2.在框架内调用注册函数，其实就是从内核可用SPI列表找一个，然后使用它的时候就可以用一种规范的方式发送、接收

这就是驱动应用分离，Linux下通常都是这么开发的，简单来说就是，驱动开发负责底层初始化等，然后把它们加到内核设备列表里，应用开发需要使用SPI传输时，向内核请求使用SPI，然后直接调用内核定义的发送函数就行，而不需要考虑底层SPI怎么配置的。

这里，我把驱动干的事叫做内核之下--驱动：即底层配置，应用干的事叫做内核之上--应用：即实际使用。

1.内核之下

我们打开drivers/board.h里面有使用SPI的提示：

双击左侧RT-Thread Settings可以看到软件配置里有SPI：

直接打开就可以，然后我这里驱动屏幕用的SPI4，所以在board.h里面定义：

然后根据提示让我们去找cubemx生成的配置代码，这个代码在stm32h7xx_hal_msp.c中，由于我在用CubeMX生成代码的时候没有选择每个外设单独生成一个.c和.h，所以有关SPI配置的函数一共有两个，一个是stm32h7xx_hal_msp.c中的 HAL_SPI_MspInit ，另一个是main中的和修改HAL库配置头文件。但是这里我们并不需要做这两步，为什么？

首先由上一章我们已经把cubemx所有生成的文件都包含进来了（除了特别说明的那两个），所以我们可以直接调用HAL_SPI_MspInit函数了，其次第一章已经说过了，在用CubeMX生成文件的时候，有一个文件被重命名了(stm32h7xx_hal_conf_bak.h)，那个文件就是HAL的配置文件，所以如果在CubeMX里面配置过就不需要再设置了。

根据CubeMX生成的SPI配置，我们可以知道SPI主要分为两部分配置，第一部分是SPI功能配置，在函数 MX_SPI4_Init 中，请记住这个函数：

另一部分是SPI的物理引脚配置，在函数 MX_SPI4_Init 中，请也记住这个函数：

假如我们单单看CubeMX生成的代码，发现并没有直接调用HAL_SPI_MspInit这个函数，那是在哪调用的呢？

答案在 MX_SPI4_Init  的：

HAL_SPI_Init这个函数中有：

关键这个函数在 stm32h7xx_hal_spi.c 这个文件中，这一下RTT如何把我们生成的代码包含进驱动框架的思路就清晰了，很简单，搜索这个文件：

我们可以看到这个文件CubeMX生成一个，而RTT使用的是自己生成的，其实第一章我们就讲过，我们没有用CubeMX生成的，而是用的RTT创建工程后自带的，包含文件的时候忽略了Drivers下的，但是HAL_SPI_MspInit这个函数是在stm32h7xx_hal_msp.c中的，它被我们包含了进去。如果没有CubeMX生成的 HAL_SPI_MspInit 这个函数，RTT内核本身使用的是 stm32h7xx_hal_spi.c 这个文件里面的：

同样熟悉的weak修饰，在我们把cubemx下的包含进去后，使用的就是我们生成的 HAL_SPI_MspInit 函数了。现在 HAL_SPI_MspInit 如何被包含进去我们知道了，那 MX_SPI4_Init 里面的配置呢？又如何包含进内核里？这就在下一节，内核之上里了。

2.内核之上

关于驱动所有使用均可参考官方文档：

官方文档

里面有API的相关介绍及使用案例，我觉得这点做的很好。

在上一章的BSP文件夹下新建spi的源文件：

细心的小伙伴会发现我把上一章的文件名称改了，因为发现有重名文件！所以起名要谨慎。

初始化有：

void mspi_rw_gpio_init(void)
{
    rt_pin_mode(SPI_RD_PIN_NUM, PIN_MODE_OUTPUT);
    rt_pin_write(SPI_RD_PIN_NUM, PIN_HIGH);
}
void mspi_init(void)
{
    struct rt_spi_configuration cfg;
    mspi_rw_gpio_init();
    rt_hw_spi_device_attach("spi4", "spi40", GPIOE, GPIO_PIN_11);
    spi_lcd = (struct rt_spi_device *)rt_device_find("spi40");
    if(!spi_lcd)
    {
        rt_kprintf("spi40 can't find\n");
    }
    else
    {
        spi_lcd->bus->owner = spi_lcd;
        cfg.data_width = 8;
        cfg.mode = RT_SPI_MASTER | RT_SPI_3WIRE | RT_SPI_MODE_0 | RT_SPI_MSB;
        cfg.max_hz = 12.5 * 1000 * 1000;
        rt_spi_configure(spi_lcd, &cfg);
    }
}

这里需要说明几点：

SPI_RD_PIN_NUM 这个和上一章的LED一样的配置方法，这个引脚就是最开始说的控制寄存器和缓存切换的。

然后 rt_hw_spi_device_attach("spi4", "spi40", GPIOE, GPIO_PIN_11) 里面传入的引脚就是CS引脚，我们在调用内核提供的API时，它会自动设置这个引脚。而"spi4"和"spi40"，第一个是我们最开始在board.h中使用了SPI4的宏定义，内核会自动关联，它表示spi4总线。"spi40"是指的spi4总线的第0个设备。

创建完设备后用rt_device_find函数关联到本地一个变量，这里我申请的变量是 spi_lcd ：

而 spi_lcd->bus->owner = spi_lcd; 则是把 spi_lcd 的总线的使用者设置为 spi_lcd。这是啥意思？

因为SPI4总线其实可以注册很多设备，但是同一时间，只能被其中一个设备使用，所以每当一个设备成功申请到总线的使用权时，会把总线的使用者指向自己。设备在使用完总线后，并不会把使用者指向NULL，而是留给下个使用者判断，如果上个使用者不是自己，则会重新初始化总线的配置。从这里也可以看出来，总线能不能申请到，并不是看有没有使用者，而是用的另一个总线初始化的互斥量判断。

最后，我们第一节提到的剩下的另一个SPI配置就在这里被使用：

这个cfg的变量里保存所有SPI的配置，定义如下：

可以看到主要集中在mode里：

 

但是对比CubeMX生成的配置，总感觉还是少了很多，可能RTT对H7的支持还不是很完善，所以我们需要自己修改。还有需要特别注意的就是最大频率max_hz我们这里如果自己选的SPI时钟源，则需要手动修改源码，这个值我们不使用。 

打开 rt_spi_configure 函数，可以看到，设置SPI参数的函数是：

可以看到这里判断了总线当前的拥有者是不是传入的设备，如果不是，就不会初始化！那是不是

spi_lcd->bus->owner = spi_lcd 这行代码就一定要加？ 其实上文说的很明白了，每次使用总线的时候都会判断，这里没有初始化也没有关系，当使用的时候总线拥有者不是自己自然会初始化，这里重要的是把配置保存在设备信息里：

查看configure函数发现跳转的是一个函数指针的定义处：

在很多开源项目中，很喜欢使用函数指针，究其原因是为了兼容二字，用函数指针可以只改实现不用改接口。

这里教一个搜索技巧，遇到这种函数我们搜索名字是很难搜索出来的，这个时候可以搜索参数！因为接口名字再改，参数是不会改的（别抬变参函数）。这里我搜索完整的参数：

发现没有匹配的函数，为什么？

因为有些人写代码的时候，函数过长会折到下一行，所以匹配不到，这时候就要搜索参数的一部分了，这里看到函数是配置函数，第一个参数是 struct rt_spi_device *device 不用说肯定一搜一大把，而第二个参数 struct rt_spi_configuration *configuration 一看只和配置有关，肯定就少得多了。这里我们选择第二个参数搜索：
 

可以看到一下就搜索出来了，而且我们也可以看到这个接口格式还有可能被用作QSPI设备。在这个函数中我们可以找到SPI初始化函数：

这个函数完全可以对比CubeMX生成的SPI配置代码一点点对比，具体不再赘述，只讲最重要的：

首先我们看到我们设置的最大频率参数影响的其实是SPI的分频参数。参考芯片手册可以知道：

H7的SPI4的主机模式最高频率为100MHz，这里分频最小二分频，也就是实际通信速率50Mbps，为什么我们通过设置最大频率直接设置？

因为内核默认的SPI时钟源是APB，而我在设置时钟时，选择的是：

 所以这里计算的肯定不对。这个地方我建议先设置分频大一点，然后逐渐缩小，因为你很难确认从机实际最大频率是多少。这里我选择8分频：

然后在下面可以看到M7内核专属的一些SPI配置：

这些需要我们手动根据需求更改。

完成这些后，我们可以先写一个读取寄存器的函数，来读取LCD的ID：

int mspi_read_reg(uint8_t reg,uint8_t *data)
{
    struct rt_spi_message msg;
    uint32_t remsg = RT_NULL;
    uint8_t reg1 = reg;
    msg.send_buf = &reg1;
    msg.recv_buf = RT_NULL;
    msg.length = 1;
    msg.cs_take = 1;
    msg.cs_release = 0;
    msg.next = RT_NULL;
    LCD_RD_REG;
    remsg = (uint32_t)rt_spi_transfer_message(spi_lcd,&msg);
    LCD_RD_DATA;
    if(remsg == 0)
    {
        msg.send_buf = RT_NULL;
        msg.recv_buf = data;
        msg.length = 1;
        msg.cs_take = 0;
        msg.cs_release = 1;
        msg.next = RT_NULL;
        remsg += (uint32_t)rt_spi_transfer_message(spi_lcd,&msg);
    }
    if(remsg!=RT_NULL)
        return -1;
    else
        return 0;
}

重新创建lcd.c及头文件：

int mlcd_readid(uint8_t *id)
{
    if(mspi_read_reg(ST7735_READ_ID1,&id[0]))
        LOG_E("ID1\n");
    else if(mspi_read_reg(ST7735_READ_ID2,&id[1]))
        LOG_E("ID2\n");
    else if(mspi_read_reg(ST7735_READ_ID3,&id[2]))
        LOG_E("ID3\n");
    else
    {
        LOG_I("ID:%02x%02x%02x",id[0],id[1],id[2]);
        return 0;
    }
    return -1;
}

void mlcd_init(void)
{
    mspi_init();
}

在main中调用：

注意最好在循环中尝试循环读取，因为有时候CS或RD引脚配置有问题会导致只有第一次读取正常，或者只有第一次读取不正常。还有就是mlcd.c中需要使用LOG_D或其他日志打印，需要添加：

实际效果：