RT Thread的SPI設備驅動框架的使用以及內部機制分析

本文轉載自查看原文 2019-03-21 17:25 936 RTOS/ C語言

注釋：這是19年初的博客，寫得很一般，理解不到位也不全面。19年末得空時又重新看了RTThread的SPI和GPIO，這次理解得比較深刻。有時間時再整理上傳。

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使用SPI設備驅動框架操作max32865讀取PT100的例子程序：

#include "board.h" 
#include "drv_spi.h"
#include "max31865.h"

#define TempModule_SPI_BUS_NAME "spi2" // 對應硬件
#define TempModule_DEVICE_NAME "spi20" // 這個名字無所謂 不需要對應硬件

#define CS_PIN 28

static struct stm32_hw_spi_cs spi_cs;

static struct TempModule_device_ TempModule_device;


int rt_hw_TempModule_Config(void)
{
rt_err_t res;

struct rt_spi_device * rt_spi_device;

rt_pin_mode(CS_PIN, PIN_MODE_OUTPUT);

spi_cs.GPIOx = GPIOB;
spi_cs.GPIO_Pin = GPIO_PIN_12;

// 這個要根據SPI設備名字 來 查找 設備 功能1： 把spi20掛到spi2上
res = rt_hw_spi_device_attach(TempModule_SPI_BUS_NAME, TempModule_DEVICE_NAME, spi_cs.GPIOx, spi_cs.GPIO_Pin);
if( res == RT_EOK )
{
rt_kprintf("\n rt_hw_spi_device_attach(), OK! \r\n");
}

rt_spi_device = (struct rt_spi_device *)rt_device_find(TempModule_DEVICE_NAME);

TempModule_device.Handle_TempModule_spibus = rt_spi_device;

if( rt_spi_device == RT_EOK )
{
rt_kprintf("\n rt_device_find OK! \r\n");
}

/* config spi */
{
struct rt_spi_configuration cfg;
cfg.data_width = 8;
cfg.mode = RT_SPI_MASTER | RT_SPI_MODE_1 | RT_SPI_MSB;
cfg.max_hz = 1 * 30 *1000; /* SPI max 42MHz,ssd1351 4-wire spi */

res = rt_spi_configure(rt_spi_device, &cfg);

if( res == RT_EOK )
{
rt_kprintf("\n rt_spi_configure(), OK! \r\n");
}
}

return RT_EOK;
}


static int rt_hw_TempModule_init(void)
{
rt_hw_TempModule_Config();

// IO 方向
// rt_pin_mode(TempModuleNCS_PIN, PIN_MODE_OUTPUT); 

// 中斷

// IO初值設置
TempModule_NCS_H();
rt_kprintf("rt_hw_TempModule_init \r\n");    
return 0;
}
INIT_PREV_EXPORT(rt_hw_TempModule_init);    /* 組件自動初始化 */

 

u8 TempModuleByte( u8 Sdata)
{
u8 Rdata = 0;
rt_enter_critical();
//    Sdata = 0x55;
// rt_spi_send_then_recv第一個形參：struct rt_spi_device *device;
// rt_spi_send_then_recv( TempModule_device.Handle_TempModule_spibus, &Sdata, (rt_size_t)1, &Rdata, (rt_size_t)1);
//Rdata = rt_spi_send(TempModule_device.Handle_TempModule_spibus, &Sdata, 1);

rt_spi_transfer(TempModule_device.Handle_TempModule_spibus, &Sdata, &Rdata, 1);

rt_exit_critical();
return Rdata;
}


void TempModuleWrite(u16 WrPara)
{
u8 tmp[2] = {0};

tmp[0]= WrPara>>8;
tmp[1]= WrPara&0xFF;

//    TempModuleByte(WrPara>>8); 
//    TempModuleByte(WrPara&0xFF);

rt_spi_send(TempModule_device.Handle_TempModule_spibus, tmp, 2);
}


u8 TempModuleRead(u8 adr)
{
u8 tmp;

// TempModuleByte(adr); 
// tmp = TempModuleByte(0xFF);

tmp = rt_spi_sendrecv8(TempModule_device.Handle_TempModule_spibus, adr); 

return tmp;
}


float Get_tempture(void)
{
float temps;
uint16_t dtemp[2];
uint16_t data_temp;
dtemp[0]=TempModuleRead(0x1); 
//    rt_kprintf("dtemp[0] = %d \r\n",dtemp[0]);    

dtemp[1]=TempModuleRead(0x2); 
//    rt_kprintf("dtemp[1] = %d \r\n",dtemp[1]);    

data_temp=(dtemp[0]<<7)+(dtemp[1]>>1);//Get 15Bit DATA;
temps=data_temp;
temps=(temps*402)/32768;//Here is the rtd R value;
temps=(temps-100)/0.385055;//A gruad
return temps;
}

下面提出我的疑問：

描述如下： SPI總線 "spiX"(X是數字1或2這樣) 這個必須對應實際的硬件。 請解釋下為什么。想看看，對於硬件的spi2是不是在軟件里就是注冊了 “spi2”這個字符串作為其名字。

我故意把這個字符串取名為“spi1” 板子硬件是spi2，實驗結果不可行。 我的意思是RTT在內部關聯了，我想找出關聯的地方。

網友提示：

ENV打開了 spix，就會加載對應的drv 里面的注冊函數。

我的理解：圖YY

找到了。

體會和感悟：通過定義宏條件預編譯，來確實編譯某段代碼。這段代碼,可以是某硬件的初始化代碼。

繼續找，猜想注冊spi2硬件的時候肯定會用到這個包含“spi2”字符串的SPI2_BUS_CONFIG信息。《==== 接下來的目標轉換為找到這個在哪注冊的。

實測，“spi2”這個字符串一定要和硬件所使用的對應（其他文件內我還會配置硬件SPI2對應的IO口），為什么？

明白了。

注冊的時候通過find函數（內含strcmp比對函數），通過我們的函數名去找RTT內部配置好的信息（RTT內部的信息已經把“spi1”與hspi1掛鈎了）。

{

這里有兩種玩法：一是我以為用戶給出“spi2”字符串，然后RTT內部去解析，然后再去配置單片機的SPI2而不是SPI1.

二是RTT內部的配置各種硬件的代碼早已經寫好，只能用戶打開一個宏定義開關而已，我們給出“spi2”，RTT自己也有一套包含“spi1”“spi2”、“spi3”這些字符串信息的配置信息，RTT只要判斷用戶想要的是哪個就可以了。

} 《==這里的截圖可以看出，RTT顯然是第二種思路。

spi_config[]配置信息容器：

這個是個核心，如果一個SPIx的宏都沒打開，那么這個數組的長度就是0. 待初始化的SPI總線的個數就是0.

可以通過數組的長度來計算需要初始化的SPI總線(spi1、spi2)的個數。

上述過程是由RTT的組件自動初始化技術：INIT_BOARD_EXPORT(負責硬件初始化的函數名); 完成。

下圖是 -- 圖X：

針對具體硬件SPI總線的抽象類也含有一份配置信息，可以用來存儲用戶的配置信息。

到這里，已經基本解決了上述的一個疑惑：針對硬件的spi2，是不是在軟件里就是使用了 “spi2”這個字符串作為其名字？答案是：是的。

到了這里，也就慢慢拓展開了SPI設備驅動框架的玩法。

使用組件自動初始化技術調用 rt_hw_spi_bus_init()函數。

// 關於組件自動初始化技術，參考另外的博文。

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwMDUwNDgxOA==&mid=2652663356&idx=1&sn=779762953029c0e0946c22ef2bb0b754&chksm=810f28a1b678a1b747520ba3ee47c9ed2e8ccb89ac27075e2d069237c13974aa43537bff4fba&mpshare=1&scene=1&srcid=0111Ys4k5rkBto22dLokVT5A&pass_ticket=bGNWMdGEbb0307Tm%2Ba%2FzAKZjWKsImCYqUlDUYPZYkLgU061qPsHFESXlJj%2Fyx3VM#rd

知道了組件自動初始化，我們來看一下這個spi總線初始化的函數干了啥？

static int rt_hw_spi_bus_init(void)
{
rt_err_t result;
for (int i = 0; i < sizeof(spi_config) / sizeof(spi_config[0]); i++)
{
spi_bus_obj[i].config = &spi_config[i]; // 保存用戶的配置信息，到單片機外設層面的硬件抽象層。用戶在rt_config.h用使用宏開關打開配置信息。
spi_bus_obj[i].spi_bus.parent.user_data = &spi_config[i];
spi_bus_obj[i].handle.Instance = spi_config[i].Instance;

if (spi_bus_obj[i].spi_dma_flag & SPI_USING_RX_DMA_FLAG)
{
/* Configure the DMA handler for Transmission process */
spi_bus_obj[i].dma.handle_rx.Instance = spi_config[i].dma_rx->Instance;
#if defined(SOC_SERIES_STM32L4) || defined(SOC_SERIES_STM32G0)
spi_bus_obj[i].dma.handle_rx.Init.Request = spi_config[i].dma_rx->request;
#endif
spi_bus_obj[i].dma.handle_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
spi_bus_obj[i].dma.handle_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
spi_bus_obj[i].dma.handle_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
。。。
}。。。

}result = rt_spi_bus_register(&spi_bus_obj[i].spi_bus, spi_config[i].bus_name, &stm_spi_ops);
}return result;
}

對於rt_hw_spi_bus_init()函數，上文我們分析了其內部的一個重要部分，如圖X所示。

我們再來看其內部的另一個重要部分，即rt_spi_bus_register這個注冊函數。

對於rt_spi_bus_register有兩條分析路線,

分支一: 最后一個形參，stm_spi_ops ，關注的是這是啥東西，能干嘛。我們要查找stm_spi_ops的定義。

分支二:rt_spi_bus_register函數本身，關注的是他執行了哪些動作。

STM32層面的SPI總線的硬件抽象的類

下面，進行分支一的討論：

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

static rt_err_t spi_configure (struct rt_spi_device *device, struct rt_spi_configuration *configuration) // 這里的形參們，用品紅色來表示
{...

struct stm32_spi *spi_drv = rt_container_of(device->bus, struct stm32_spi, spi_bus); // 找到針對具體硬件SPI總線的抽象出來的類的對象
spi_drv->cfg = configuration;

return stm32_spi_init(spi_drv, configuration); // 將配置信息填入對應該SPI總線的硬件抽象層的類對象
}

static rt_err_t stm32_spi_init(struct stm32_spi *spi_drv, struct rt_spi_configuration *cfg)
{
RT_ASSERT(spi_drv != RT_NULL);
RT_ASSERT(cfg != RT_NULL);

SPI_HandleTypeDef *spi_handle = &spi_drv->handle; // 獲取該硬件抽象層的類對象的詳細信息

if (cfg->mode & RT_SPI_SLAVE)
{spi_handle->Init.Mode = SPI_MODE_SLAVE;}
else{spi_handle->Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;}

if (cfg->mode & RT_SPI_3WIRE)

{spi_handle->Init.Direction = SPI_DIRECTION_1LINE;}
else{spi_handle->Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;}

... SPI_DATASIZE_8BIT;

... SPI_DATASIZE_16BIT;

... SPI_PHASE_2EDGE;

... SPI_POLARITY_LOW;

... SPI_NSS_SOFT;

... 省...略...不一一列舉...

if (HAL_SPI_Init(spi_handle) != HAL_OK)

// 這里采用其他方法（stm32的HAL庫函數），完成了一系列動作：對stm32單片機的底層寄存器的操作配置。達成了最終的目的。
{return RT_EIO;}

if (spi_drv->spi_dma_flag & SPI_USING_TX_DMA_FLAG)
{
HAL_DMA_Init(&spi_drv->dma.handle_tx);

__HAL_LINKDMA(&spi_drv->handle, hdmatx, spi_drv->dma.handle_tx);

/* NVIC configuration for DMA transfer complete interrupt */
HAL_NVIC_SetPriority(spi_drv->config->dma_tx->dma_irq, 0, 1);
HAL_NVIC_EnableIRQ(spi_drv->config->dma_tx->dma_irq);
}

__HAL_SPI_ENABLE(spi_handle); // 使能相應的SPI

//#define __HAL_SPI_ENABLE(__HANDLE__) SET_BIT((__HANDLE__)->Instance->CR1, SPI_CR1_SPE) 這是在操作底層硬件：單片機的底層寄存器

return RT_EOK;
}

通過分支一的討論，我們知道了，stm_spi_ops具備配置單片機SPIx底層寄存器的全部能力，但是需要我們在外部給入參數，看上文的品紅色示意處。

下面，進行分支二 rt_spi_bus_register 的討論：