Android Things：外设I/O接口-SPI

来源：互联网发布：m1213nf mfp mac扫描编辑：程序博客网时间：2024/04/25 08:07

一、接口简介

串行外围接口（Serial Peripheral Interface）设备通常需要快速的数据传输速率。SPI适合高带宽使用情况，如外部非易失性存储器和图形显示，许多传感器除了I2C也支持SPI。

SPI总线是一种同步的串行接口：这意味着它依赖于共享的时钟信号来同步设备之间的数据传输。控制时钟信号的设备被称为master。其它所有连接的外设被认为是Slaves。每个设备连接到同一组数据信号以形成总线。从理论上讲，SPI数据传输率是仅限于master切换时钟信号的快慢。时钟速度通常在16MHz到25MHz范围。高速共享时钟允许SPI外设更快的传输数据，比UART错误更少。

SPI支持全双工数据传输：意味着master和slave可以同时交换数据。为了支持全双工传输，总线必须提供下列单独的信号，使得SPI最少四线接口：

Master出Slave入（MOSI）；
Mater入Slave出（MISO）；
共享时钟信号（CLK）；
共同的接地参考（GND）；

SPI支持同一总线连接多个从设备：和I2C不同，slave设备使用硬件寻址。每个slave都需要外部芯片选择信号，来让master定位特定的设备作为数据传输的目标。如果仅仅使用一个slave这个信号就不必须。
这里写图片描述

二、接口使用

打开连接
创建PeripheralManagerService对象，使用你想打开端口的名称，调用open()方法打开连接。

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
在一个SPI总线连接建立之后，配置数据传输速率和操作模式来匹配同一条总线上的Slave设备。为了成功的传输数据，在总线的所有设备必须具有相同的时钟和数据格式行为。
设置SPI模式，定义了时钟信号的极性和相位。你选择的属性基于三个属性：
- 闲置级别：当没有数据传输的时候，时钟信号的级别（或高或低）；
- 前沿：每个时钟脉冲的前沿；
- 后沿：每个时钟脉冲前沿相反过渡；
支持以下模式：
- MODE0-时钟信号闲置为低，数据传输在前时钟边沿；
- MODE1-时钟信号闲置为高，数据传输在后时钟边沿；
- MODE2-时钟信号闲置为低，数据传输在前时钟边沿；
- MODE3-时钟信号闲置为高，数据传输在后时钟边沿；
设置如下SpiDevice参数：
- 频率：以Hz为单位指定共享时钟信号。时钟信号的能力在不同的设备之间有所不同。在设置这个值之前，你应该确认下你设备支持的频率。
- xxx：指定在总线上传输的每个字节中比特的顺序，这也被称为数据的字节序。默认情况下，数据将会把最高有效位（MSB）首先发送。
- 每个字的比特：配置一次传输的比特数，…，默认的值是8比特每字。
```
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

SPI支持半双工和全双工数据传输。
大多数应用程序应该都使用半双工write()或read()方法与Slave设备交换数据。

// Half-duplex data transferpublic 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);      ...}

要想执行全双工交换，使用transfer()方法。这个而方法接受读和写两个缓冲。写缓冲包含发送给Slave的数据，然而读缓冲是空的来接受Slave的数据。数据的长度必须小于或者等于数据缓冲的最小缓冲的大小。常见的全双工传输缓冲区大小是相等的。

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

关闭连接
当你完成和外部设备的通信，调用close()方法关闭连接并释放资源。此外在现有端口关闭之前，你不能打开相同端口的新连接。

public class HomeActivity extends Activity {    // SPI Device Name    private static final String SPI_DEVICE_NAME = ...;    private SpiDevice mDevice;    @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);            }        }    }}

三、案例演示

下面我们就通过spi接口，控制Max7219模块的显示来演示接口的使用。

硬件准备
- 树莓派开发板 1块
- 面包板 1块
- Max7219点阵模块
- 杜邦线（公对母）若干
电路搭建（注意，没有找个对应的元器件图，下图多一个引脚）

代码编写
SpiDemo\app\src\main\java\com\chengxiang\spidemo\MainActivity.java

public class MainActivity extends AppCompatActivity {    private static final String SPI_DEVICE_NAME = "SPI0.0";    private static final byte OP_NOOP = 0;    private static final byte OP_DIGIT0 = 1;    private static final byte OP_DIGIT1 = 2;    private static final byte OP_DIGIT2 = 3;    private static final byte OP_DIGIT3 = 4;    private static final byte OP_DIGIT4 = 5;    private static final byte OP_DIGIT5 = 6;    private static final byte OP_DIGIT6 = 7;    private static final byte OP_DIGIT7 = 8;    private static final byte OP_DECODEMODE = 9;    private static final byte OP_INTENSITY = 10;    private static final byte OP_SCANLIMIT = 11;    private static final byte OP_SHUTDOWN = 12;    private static final byte OP_DISPLAYTEST = 15;    public static final byte[] ALIEN_FRAME_1 = new byte[]{            (byte)0b00001000,            (byte)0b00011000,            (byte)0b00001000,            (byte)0b00001000,            (byte)0b00001000,            (byte)0b00001000,            (byte)0b00001000,            (byte)0b00000000    };    public static final byte[] ALIEN_FRAME_2 = new byte[]{            (byte)0b00011000,            (byte)0b00100100,            (byte)0b00100100,            (byte)0b00000100,            (byte)0b00001000,            (byte)0b00010000,            (byte)0b00111110,            (byte)0b00000000    };    public static final byte[] ALIEN_FRAME_3 = new byte[]{            (byte)0b00011000,            (byte)0b00100100,            (byte)0b00000100,            (byte)0b00011000,            (byte)0b00000100,            (byte)0b00100100,            (byte)0b00011000,            (byte)0b00000000    };    public static final byte[][] FRAMES = new byte[][]{ALIEN_FRAME_1, ALIEN_FRAME_2, ALIEN_FRAME_3};    private SpiDevice mDevice;    private byte[] spidata = new byte[2];    @Override    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);        setContentView(R.layout.activity_main);        try {            //打开SPI接口连接            PeripheralManagerService manager = new PeripheralManagerService();            mDevice = manager.openSpiDevice(SPI_DEVICE_NAME);            //设置SPI信号模式、频率、每个字比特数等            mDevice.setMode(SpiDevice.MODE0);            mDevice.setFrequency(1000000);            mDevice.setBitsPerWord(8);            mDevice.setBitJustification(false);            //设置译码模式，0-用于驱动LED点阵屏            spiTransfer(OP_DECODEMODE, 0);            //设置扫描限制，显示7行            spiTransfer(OP_SCANLIMIT, 7);            //设置显示器检测，0-一般模式            spiTransfer(OP_DISPLAYTEST, 0);            //设置停机为false            spiTransfer(OP_SHUTDOWN, 1);            //设置显示强度为3            spiTransfer(OP_INTENSITY, 15);            while (true) {                for (int i = 0; i < FRAMES.length; i++) {                    for (int j = 0; j < FRAMES[i].length; j++) {                        spiTransfer((byte) (OP_DIGIT0 + j), FRAMES[i][j]);                    }                    Thread.sleep(500);                }            }        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }    }    @Override    protected void onDestroy() {        super.onDestroy();        if (mDevice != null) {            try {                mDevice.close();                mDevice = null;            } catch (IOException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }    private void spiTransfer(byte opcode, int data) throws IOException {        spidata[0] = opcode;        spidata[1] = (byte) data;        mDevice.write(spidata, 2);    }}

代码库：https://github.com/ThingsDeveloper/spidemo

运行结果
运行程序，显示器上闪烁显示1,2,3数字如下：

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