RT-Thread SPI 使用教程

实验环境使用的是正点原子的潘多拉开发板。

SPI从机设备使用的是BMP280温湿度大气压传感器。

使用RT-Thread Studio搭建基础功能。

1. 创建工程

使用RT-Thread Studio IDE创建芯片级的工程。创建完成后，可以直接编译下载进行测试。

2. 添加驱动

2.1 工程配置

工程创建完成后，在RT-Thread Studio的组建和服务层/Drivers/SPI中开启SPI驱动。

在这里插入图片描述

然后对SPI进行配置：

在这里插入图片描述

配置完成后，Ctrl+S保存配置会自动更新工程代码。

完成配置后，还需要在board.h中打开需要使用的那一路SPI的宏。

在这里插入图片描述

再在board.c中添加STM32的SPI初始化代码，可以通过配置CubeMX生成代码：

SPI_HandleTypeDef hspi2;

/* SPI2 init function */
void MX_SPI2_Init(void)
{

  hspi2.Instance = SPI2;
  hspi2.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
  hspi2.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
  hspi2.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
  hspi2.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
  hspi2.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
  hspi2.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
  hspi2.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_2;
  hspi2.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
  hspi2.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
  hspi2.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
  hspi2.Init.CRCPolynomial = 10;
  if (HAL_SPI_Init(&hspi2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

}

void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* spiHandle)
{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(spiHandle->Instance==SPI2)
  {
  /* USER CODE BEGIN SPI2_MspInit 0 */

  /* USER CODE END SPI2_MspInit 0 */
    /* SPI2 clock enable */
    __HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE();

    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    /**SPI2 GPIO Configuration
    PB13     ------> SPI2_SCK
    PB14     ------> SPI2_MISO
    PB15     ------> SPI2_MOSI
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF5_SPI2;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

  /* USER CODE BEGIN SPI2_MspInit 1 */

  /* USER CODE END SPI2_MspInit 1 */
  }
}

void HAL_SPI_MspDeInit(SPI_HandleTypeDef* spiHandle)
{

  if(spiHandle->Instance==SPI2)
  {
  /* USER CODE BEGIN SPI2_MspDeInit 0 */

  /* USER CODE END SPI2_MspDeInit 0 */
    /* Peripheral clock disable */
    __HAL_RCC_SPI2_CLK_DISABLE();

    /**SPI2 GPIO Configuration
    PB13     ------> SPI2_SCK
    PB14     ------> SPI2_MISO
    PB15     ------> SPI2_MOSI
    */
    HAL_GPIO_DeInit(GPIOB, GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15);

  /* USER CODE BEGIN SPI2_MspDeInit 1 */

  /* USER CODE END SPI2_MspDeInit 1 */
  }
}

完成后，SPI的驱动就算是添加完成了。

2.2 代码分析

2.2.1 SPI驱动使用流程

SPI总线设备通过rt_spi_bus_register() 接口注册到SPI设备驱动框架中。
SPI设备驱动框架通过rt_device_register() 接口将SPI总线设备注册到I/O设备管理器中。
SPI从机驱动程序通过rt_spi_bus_attach_device() 接口将从设备挂载到SPI总线设备上，并注册到SPI设备驱动框架中。
SPI从机驱动通过SPI设备接口访问SPI从机设备硬件。

2.2.2 代码

在drivers group中的drv_spi.c中：

int rt_hw_spi_init(void)
{
    stm32_get_dma_info();
    return rt_hw_spi_bus_init();
}
INIT_BOARD_EXPORT(rt_hw_spi_init);

通过这里的INIT_BOARD_EXPORT()申明，添加初始化代码到.rti_fn.1 段：

#define INIT_EXPORT(fn, level)                                                       \
            RT_USED const init_fn_t __rt_init_##fn SECTION(".rti_fn." level) = fn
#define INIT_BOARD_EXPORT(fn)           INIT_EXPORT(fn, "1")

然后在board.c中的rt_hw_board_init() -> rt_components_board_init() 中集中去初始化设备驱动。

void rt_components_board_init(void)
{
    volatile const init_fn_t *fn_ptr;

    for (fn_ptr = &__rt_init_rti_board_start; fn_ptr < &__rt_init_rti_board_end; fn_ptr++)
    {
        (*fn_ptr)();
    }
#endif
}

rt_hw_spi_bus_init() 又调用了rt_spi_bus_register() ，rt_spi_bus_register() 调用rt_spi_bus_device_init()去调用rt_device_register() 完成注册。

static rt_err_t spi_configure(struct rt_spi_device *device,
                              struct rt_spi_configuration *configuration)
{
    RT_ASSERT(device != RT_NULL);
    RT_ASSERT(configuration != RT_NULL);

    struct stm32_spi *spi_drv =  rt_container_of(device->bus, struct stm32_spi, spi_bus);
    spi_drv->cfg = configuration;

    return stm32_spi_init(spi_drv, configuration);
}

static const struct rt_spi_ops stm_spi_ops =
{
    .configure = spi_configure,
    .xfer = spixfer,
};

HAL_SPI_Init()初始化在stm32_spi_init()中被完成，注册到了ops中。在attach后，直接调用rt_spi_configure() 来完成初始化。

注意，和i2c使用不同，SPI必须要通过attach绑定，才能使用SPI设备接口。

3. 使用SPI

完成bmp280的读取Device ID的代码编写，添加到文件中bmp280.c中，再将文件添加到工程中：

#include <rtthread.h>
#include <rtdevice.h>
#include <drv_spi.h>

#define BME280_SPI_DEVICE_NAME "spi20"
#define BEM280_REG_ID 0XD0

rt_bool_t initialnized = RT_FALSE;

static void spi_bme280_demo(void)
{
    uint8_t data = BEM280_REG_ID | (1 << 7);
    rt_err_t err;

    struct rt_spi_device * spi_bme280;
    if (!initialnized) {
        initialnized = RT_TRUE;
        err = rt_hw_spi_device_attach("spi2", BME280_SPI_DEVICE_NAME, GPIOB, GPIO_PIN_12);
        if (err) {
            rt_kprintf("attach device error\r\n");
            return ;
        }
    }

    spi_bme280 = (struct rt_spi_device *)rt_device_find(BME280_SPI_DEVICE_NAME);
    if (spi_bme280 == RT_NULL) {
        rt_kprintf("find %s error\r\n", BME280_SPI_DEVICE_NAME);
        return ;
    }

    struct rt_spi_configuration cfg = {
            .mode = RT_SPI_MASTER | RT_SPI_MODE_0 | RT_SPI_MSB,
            .data_width = 8,
            .max_hz = 1 * 1000 * 1000
    };
    err = rt_spi_configure(spi_bme280, &cfg);
    if (err != RT_NULL) {
        rt_kprintf("spi configurate error\r\n");
        return ;
    }

    uint8_t send_buf[5] = {data, 0xff};
    uint8_t recv_buf[5];
    if (rt_spi_transfer(spi_bme280, send_buf, recv_buf, 2) == 0) {
        rt_kprintf("spi transfer error\r\n");
    }

    rt_kprintf("bme280 id: 0x%02x\r\n", recv_buf[1]);
}

MSH_CMD_EXPORT(spi_bme280_demo, read bme280 id);