英创信息技术工控主板EM9160介绍

在基于工控主板EM9160的嵌入式应用中，经常需要与具有SPI接口的芯片或电路单元，进行数据通讯。通常情况下，我们建议采用基于GPIO的SPI通讯协议实现方案，其优点是灵活性，客户可使用任意的GPIO管脚来实现SPI通讯，有关这方面的技术方案的实现，可参考英创网站的《使用GPIO控制SPI接口的AD芯片》一文。在SPI通讯中，还有一类应用需要进行大数据量的传输，且要求尽可能高的波特率，这时若采用基于GPIO的方案，就可能造成占用过多的CPU资源。因此需要使用EM9160的硬件SPI接口。
EM9160的硬件SPI接口为4线制SPI，其管脚与GPIO12–GPIO15复用：

GPIO管脚	SPI接口信号	简要说明
GPIO12	SPI_DIN	串行数据输入
GPIO13	SPI_DOUT	串行数据输出
GPIO14	SPI_CLK	串行数据同步时钟输出
GPIO15	SPI_CS#	片选控制输出，低电平有效

为了操作硬件SPI接口，应用程序需要打开“SPI1:”的设备文件：
HANDLE hDevice;
hDevice = CreateFile( _T('SPI1:'),
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);
if (hDevice == INVALID_HANDLE_VALUE)
{
return -1;
}
获得有效的文件句柄后，就可通过DeviceIoControl（…）函数来操作SPI接口了。在EM9160的SDK中已封装了相应的API函数，以方便应用程序的使用。相关的数据结构和函数定义，包括在“SPI_API.h”中：
// 定义SPI通讯参数结构
typedef struct
{
DWORD   dwCLKPolarity;    // SPI时钟极性：=0 或者 =1
DWORD   dwCLKPhase;     // SPI时钟相位：=0 或者 =1
DWORD    dwDataBitSize;    // SPI通讯数据帧的位数：8bit-16bit
DWORD   dwBaudRate;     // SPI通讯波特率：最高波特率为10Mbps
} SPISTATE;
尽管EM9160的硬件波特率可以高达100Mbps，但为了保证可靠传输，建议应用程序把波特率控制在10Mbps以下。SPI时钟极性dwCLKPolarity，在数据手册中通常记为CPOL，= 0表示在没有数据传输时为低电平，= 1表示没有数据传输时为高电平。SPI时钟相位dwCLKPhase，在数据手册中通常记为CPHA，= 0表示时钟的第一个沿更新数据、第二个沿锁存数据，= 1表示时钟的第一个沿锁存数据、第二个沿更新数据。下面的事宜图，以8-bit数据为例：
CPHA = 0的SPI时序

CPHA = 1的SPI时序

SPI通讯参数设置，通过以下两个函数实现：
// 功能描述:设置SPI通讯参数。
// 输入参数 HANDLE hDevice: 运行CreateFile( _T('SPI1:'),....)函数返回的有效句柄
//          SPISTATE *pSPIState: SPI通讯参数
// 返回值 = TRUE:  SPI通讯参数成功。
//        = FALSE: SPI通讯参数失败。
BOOL SetSPIState( HANDLE hDevice, SPISTATE *pSPIState );

// 功能描述:获取SPI通讯参数。
// 输入参数 HANDLE hDevice: 运行CreateFile( _T('SPI1:'),....)函数返回的有效句柄
// 输出     SPISTATE *pSPIState: 获取的SPI通讯参数
// 返回值 = TRUE:  SPI通讯参数成功。
//        = FALSE: SPI通讯参数失败。
BOOL GetSPIState( HANDLE hDevice, SPISTATE *pSPIState );
在调用上述函数时，注意指针pSPIState需要初始化分配空间。在设置好SPI参数后，就可调用下面的函数进行具体的数据通讯了
// 功能描述:全双工收发SPI数据
// 输入参数:
// HANDLE hDevice: 运行CreateFile( _T('SPI1:'),....)函数返回的有效句柄
// DWORD DatLength: 需收发的数据样点长度, (DatLength * 字节数/样点) < 1024。
// PVOID pTxBuf:     需发送的数据BUFFER，注意一个数据样点可能占用2个字节。
// PVOID pRxBuf:     需接收的数据BUFFER，注意一个数据样点可能占用2个字节。
// 返回值 = TRUE:  SPI数据通讯成功。
//        = FALSE: SPI数据通讯失败。
BOOL SPI_FullDuplex( HANDLE hDevice,
PVOID pTxBuf,
PVOID pRxBuf,
DWORD DatLength );
在调用上述SPI函数，需要注意以下事宜：
1、SPI设备驱动程序的内部buffer缺省设置为1K字节，因此每次通讯的字节数不能超过1K字节，对大于8-bit的数据，每个数据均按2个字节计算。
2、对8-bit的SPI传输，收发数据buffer的类型应设置为UCHAR；而对9-bit – 16-bit的数据传输，其收发数据buffer的类型应设置为WORD。
3、参数DatLength是以数据为单位计算的，所以若传输8-bit数据，其最大值为1024，若传输8-bit以上数据，其最大值为512。
4、对传输长度超过SPI设备驱动程序的内部buffer长度的应用，可通过循环多次调用来实现数据通讯。