EM9280系列SPI接口應用方案
EM9280系列產品包括EM9280、EM9287和EM9281，是英創公司新一代的低成本嵌入式主板產品。該主板的SPI接口，在內部DMA（Direct Memory Access直接內存存取）機制的驅動下，其最高數據傳輸速度可達20Mbps。另外SPI接口可支持4bit、8bit、16bit位長的數據通訊；也可對SPI時序的極性及相位進行設置。
針對SPI接口的應用特點，EM9280的SPI的驅動進行了專門的優化，不僅可支持常規的SPI讀、寫操作，還可支持外部中斷觸發的讀寫操作。中斷觸發的讀寫操作，主要應用于工業控制的高速數據采集。另一方面，針對AD芯片控制需求，SPI驅動還支持混合讀寫模式的數據傳輸操作。
本文以下部分重點介紹SPI驅動API的使用方法。
操作SPI設備的基本步驟
1、打開SPI設備文件，其設備文件名為“SPI1:”
2、根據應用需求，設置SPI數據幀的基本參數，包括數據長度、波特率、時鐘極性等參數。
3、若需要用到外部中斷觸發SPI讀取操作，則需要設置外部GPIO中斷管腳，及中斷后的讀取數據的長度。
4、設置完成后，對常規操作，即可使用標準的ReadFile函數接收SPI數據、使用WriteFile發送SPI數據。
5、對需要讀寫混合操作的，則需要調用DeviceIoControl來實現。
6、當啟動了外部中斷，則通過調用DeviceIoControl來等待外部事件，然后再調用ReadFile函數來讀取已緩沖在驅動程序內部的SPI數據。
7、調用CloseHandle將關閉SPI接口并清除相關設置。即使重新打開SPI設備文件，需重新設置SPI的參數，才能進行讀寫。
SPI數據幀參數設置
初始化SPI，需要用到下面這個數據結構：
typedef struct _SPIFrame
{
UCHAR ucBitLength; // SPI數據bit長度，= 4、8、16
DWORD dwBitRate; // SPI波特率，20000000對應20Mbps
BOOL bPhase; // 時鐘相位
BOOL bPolarity; // 時鐘極性
} SPIFrame , *PSPIFrame;
該數據結構在hw_spi.h頭文件中進行的定義，數據結構中的變量說明：
ucBitLength：SPI通訊的數據位長，EM9280/EM9287支持4bit、8bit、16bit三種數據位長格式，在hw_spi.h中定義了這三種數據位長的常量。
dwBitRate：SPI時鐘速率，為每秒傳輸的bit數，參數20000000表示20Mbps，
bPhase：SPI時序相位設置（如下圖所示）
bPolarity：SPI時序極性設置（如下圖所示）
bPhase=0 , bPolarity=0
bPhase=1 , bPolarity=0
bPhase=0 , bPolarity=1
bPhase=1 , bPolarity=1
SPI設備的初始化例子
HANDLE hSPI;
SPIFrame ConfigSPI;
// 打開設備驅動文件
hSPI = CreateFile(L”SPI1:”, // name of device
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, // desired access
FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE, // sharing mode
NULL, // security attributes (ignored)
OPEN_EXISTING, // creation disposition
FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS, // flags/attributes
NULL); // template file (ignored)
if(hSPI == FALSE )
{
printf('SPI Open False!!!\r\n');
return 0;
}
// 配置SPI參數
ConfigSPI.ucBitLength=SSP_WORD_LENGTH_8BITS; // Len_8BITS
ConfigSPI.dwBitRate=10000000; // 10Mbps
ConfigSPI.bPhase=0;
ConfigSPI.bPolarity=0;
DeviceIoControl(hSPI, // file handle to the driver
SPI_IOCTL_SSPCONFIGURE, // I/O control code
&ConfigSPI, // in buffer
sizeof(ConfigSPI), // in buffer size
NULL,
0,
NULL,
NULL)
SPI接口的單向讀寫操作
用標準的ReadFile和WriteFile就可實現常規的SPI數據接收（讀）或發送（寫）。
SPI數據接收的函數調用：
ReadFile(hSPI, // 設備驅動文件句柄
pDatBuf, // 數據buffer指針，注意指針類型！
dwBufLength, // 數據buffer的字節長度
pdwBytesRead, // 實際讀取的SPI數據字節數
NULL)
pDatBuf：數據BUFF指針。需要注意的是SPI數據幀長度若為4-bit或8-bit，則每個SPI數據占用一個字節，而對16-bit的SPI數據，則占用2個字節。一般來說，對4-bit或8-bit的SPI傳輸，其數據buffer應當是BYTE類型的；對16-bit的SPI傳輸，數據buffer則為WORD類型的。
dwBufLength：需要傳輸的數據字節長度。該參數是以字節為單位，其涵義也與SPI數據長度有關，對16-bit的SPI傳輸，dwBufLength應為2的倍數。
pdwBytesRead：SPI數據實際接收的字節數。一個正確的SPI數據接收調用后，指針pdwByteRead所包含的數據應等于dwBufLength，才能表示SPI數據接收執行完全正確。
SPI數據發送的函數調用：
WriteFile(hSPI, // 設備驅動文件句柄
pDatBuf, // 數據buffer指針，事先應把數據填入
dwBufLength, // 數據buffer的字節長度
pdwBytesWritten, // 實際發送的SPI數據字節數
NULL)
發送函數的參數定義與接收函數的參數定義是一致的。特別的，一個正確的SPI數據發送調用后，指針pdwByteWritten所包含的數據應等于dwBufLength。
讀寫混合型的SPI操作
在SPI的實際應用，有時需要在一個連續的片選過程中，既有讀操作，也有寫操作。這時間需要用到所謂的混合型SPI操作。
混合型SPI操作需要用到以下數據結構：
typedef struct _SPITransfer
{
LPVOID pTxBuff; // SPI發送buffer指針
LPVOID pRxBuff; // SPI接收buffer指針
DWORD dwBufLength; // 本次SPI傳輸的字節數
} SPITransfer;
pTxBuff：SPI輸出數據BUFF指針
pRxBuff：SPI讀入數據BUFF指針
dwBufLength：SPI數據傳輸長度，以字節為單位
注意，EM9280的SPI接口僅支持半雙工操作，因此在上述結構中，只能有一個buffer指針為有效指針，另一個必須為NULL。dwBufLength的定義與單向讀寫的定義一致。具體的傳輸是通過DeviceIoControl來實現的，舉例說明，本例首先進行發送1個字節（8-bit SPI），然后接收2個字節。
SPITransfer Trans[2];
BYTE Tx[16], Rx[16]; // buffer足夠大
Tx[0] = 0xE5; // 發送的字節
Trans[0].pTxBuf = Tx;
Trans[0].pRxBuf = NULL;
Trans[0].dwBufLength = 1; // 要發送1字節
Trans[1].pTxBuf = NULL;
Trans[1].pRxBuf = Rx;
Trans[1].dwBufLength = 2; // 要接收2字節
DeviceIoControl(hSPI,
SPI_IOCTL_EXCHANGE,
Trans, // in buffer
sizeof(Trans) , // in buffer size
NULL,
0,
NULL,
NULL))
在上述調用中需要注意的是，DeviceIoControl()輸入參數中的buffer長度必須是數據結構SPITransfer大小的整倍數，否則將被視作無效參數。
外部中斷觸發的SPI操作
外部中斷觸發的SPI操作，主要是利用SPI的高速特性，進行實時的大數據量讀取。因為SPI的接線非常簡單，作為一種高效低成本的接口模式在工業控制領域有廣泛的應用。使用這種SPI操作方式，需要用到以下數據結構：
typedef struct _SPI_IrqTransfer
{
DWORD dwGpioPin; // 外部中斷管腳，上升沿觸發中斷
DWORD dwBufLength; // 中斷觸發的SPI傳輸的字節數，小于64KB
DWORD dwRVSD; // 保留，必須設置為0
} SPI_IrqTransfer;
dwGpioPin：要用作外部中斷源的GPIO引腳
dwBufLength：要讀取的數據字節長度
dwRVSD：系統保留，必須設置為0
在上述結構中，dwBufLength的定義與單向讀寫的定義一致，如果dwGpioPin與dwBufLength同時設置為0，則將關閉已打開的GPIO中斷資源并禁止該功能啟動。dwGpioPin為EM9280主板的GPIO引腳編號，與GPIO操作時的引腳數據一致。注意：由于系統功能的占用，不是所有的GPIO引腳都可以用作外部中斷觸發源。
? EM9280可以使用的GPIO引腳有：GPIO0、GPIO1、GPIO6、GPIO7、GPIO10、GPIO11、GPIO20、GPIO21、GPIO22、GPIO23。
? EM9287和EM9281可以使用的GPIO引腳有：GPIO0 - GPIO23。
該操作的具體的設置操作仍然需要調用DeviceIoControl()來實現。
SPI_IrqTransfer irq_transfer;
irq_transfer. dwGpioPin=GPIO0; // 使用GPIO0作為SPI的外部中斷源
irq_transfer. dwBufLength=1024; // 中斷產生后需要讀取1024字節的數據
irq_transfer. dwRVSD=0;
DeviceIoControl(hSPI,
SPI_IOCTL_SSP_IRQTransfer,
& irq_transfer, // 輸入參數
sizeof(SPI_IrqTransfer), // 輸入參數字節數
NULL,
0,
NULL,
NULL);
設置完成即啟動外部中斷自動觸發SPI操作，一旦中斷產生，驅動程序將自動接收dwBufLength長度的數據，存儲在驅動程序的內部緩沖區中。數據接收完成后，將發送事件通知應用層。應用程序可通過DeviceIoControl()調用來等待該事件，得到事件后再調用ReadFile讀取數據。通過調用DeviceIOControl()等待SPI事件，可以給定一個時間參數作為等待超時的條件，以ms為單位。成功等到SPI執行完成的消息時，DeviceIoControl會返回TRUE，否則返回FALSE。SPI事件等待的調用方法如下：
DeviceIoControl(hSPI,
SPI_IOCTL_SSP_WaitSPIEvent,
&DelayTime, // 等待超時，時間為ms
Sizeof(DWORD),
NULL,
0,
NULL,
NULL)
調用上述方法啟動了外部中斷觸發SPI讀取數據的功能后，該功能將一直存在，即每次在所設置的GPIO引腳上產生中斷信號，都會執行一次SPI讀取操作，直到應用程序關閉該中斷，即設置dwGpioPin和dwBufLength等于0，再調用DeviceIoControl()進行設置操作。
SPI操作相關的范例代碼請參考光盤中的EM9280_SPIDemo，或來郵件索取或咨詢。