JAVA操作英創(chuàng)主板SPI接口簡介
2017年9月，英創(chuàng)在Linux的文件系統(tǒng)中移植了針對嵌入式Linux的JRE（Java Runtime Environment），能夠支持Java應(yīng)用程序的運(yùn)行。由于Java語言不能直接訪問硬件資源，英創(chuàng)提供了Java硬件支持包，主要支持的工控接口有：以太網(wǎng)、串口、CAN、GPIO、SPI、I2C、RTC等。本文主要介紹使用Java語言調(diào)用英創(chuàng)Java硬件支持包，操作英創(chuàng)主板SPI接口的過程。
1、SPI簡介
SPI(Synchronous Peripheral Interface)是一種同步串行數(shù)據(jù)通訊總線接口，常用于連接ADCs、EPROMs、Sensors或者是其他一些微控制器，SPI具有兩種工作模式：master和slave模式，其中master模式提供時(shí)鐘信號。
圖1 SPI主從設(shè)備信號連接
SPI有四種數(shù)據(jù)傳輸模式，如表1所示，主要差別在于：輸出串行同步時(shí)鐘極性（CPOL）和相位（CPHA）可以進(jìn)行配置。
| SPI mode | CPOL | CPHA | Comments |
| 0 | 0 | 0 | 時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為低電平；上升沿采樣 |
| 1 | 0 | 1 | 時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為低電平；下降沿采樣 |
| 2 | 1 | 0 | 時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為高電平；下降沿采樣 |
| 3 | 1 | 1 | 時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為高電平；上升沿采樣 |
表1 SPI四種數(shù)據(jù)傳輸模式
2、SPI傳輸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
英創(chuàng)提供的SPI傳輸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)源文件為emtronix.hardware.SPITransfer.java。每一個(gè)SPITransfer類實(shí)例代表一次SPI傳輸，其主要成員變量如下所示：
public class SPITransfer {
/*寫數(shù)據(jù)緩存，只讀模式時(shí)為null*/
public byte[] tx_buf;
/*讀數(shù)據(jù)緩存，只寫模式時(shí)為null */
public byte[] rx_buf;
/* 緩存長度
* 全雙工時(shí)，讀寫緩存應(yīng)該長度相同；
* 半雙工時(shí)，非工作狀態(tài)的緩存為null
*/
public int len;
/*SPI時(shí)鐘頻率*/
public int speed_hz;
/*兩個(gè)SPITransfer之間的延時(shí)*/
public char delay_usecs;
/*SPI傳輸字寬*/
public byte bits_per_word;
/*本次傳輸完成之后，是否改變片選*/
public byte cs_change;
public int pad;
}
SPI傳輸使用同步時(shí)鐘，在發(fā)送的同時(shí)，也在接收數(shù)據(jù)。因此其傳輸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要同時(shí)擁有寫數(shù)據(jù)緩存tx_buf和讀數(shù)據(jù)緩存rx_buf才能支持這種全雙工工作模式，并且兩個(gè)緩存區(qū)域長度都為len字節(jié)。當(dāng)然，如果要使用半雙工讀/寫，只需要讓tx_buf/rx_buf等于null就可以了。speed_hz為SPI的時(shí)鐘頻率，esm335x最大時(shí)鐘頻率48MHz，esm6800最大時(shí)鐘頻率60MHz；delay_usecs表示連續(xù)傳輸?shù)腡ransfer之間的間隔，單位為微秒；bits_per_word表示一個(gè)字有幾個(gè)比特組成，最大32；cs_change表示本次傳輸完成后是否修改片選信號；pad暫時(shí)不用設(shè)置，保留。
3、SPI傳輸接口函數(shù)
英創(chuàng)提供的SPI傳輸接口源文件為emtronix.hardware.SPI.java。用戶在實(shí)例化SPI類后可以調(diào)用Open、SetSPI、Transfer、Close對SPI硬件接口進(jìn)行操作。SPI類的具體信息如下，其中mFd為設(shè)備描述符，用戶不用設(shè)置，由接口函數(shù)自動(dòng)修改。
public class SPI {
private int mFd;
/**
* 打開spi主設(shè)備，返回fd.自動(dòng)修改mFd
* @param dev "/dev/spidev1.0"
* @return 成功返回spi主設(shè)備描述符，失敗返回-1
*/
public native int Open(String dev);
/**
* 設(shè)置SPI的工作參數(shù)
* @param args "S16000000-M1-B16-D100" S為時(shí)鐘速率，M為數(shù)據(jù)傳輸模式（0-3），B為數(shù)據(jù)位寬，D發(fā)送完后的延時(shí)
* 四個(gè)參數(shù)之間不分順序“M1-D100-B16-S16000000”與之前的相同
* @return 成功返回0；失敗返回-1
*/
public native int SetSPI(String args);
/**
* SPI一次傳輸，trans.tx_buf=null,trans.rx_buf != null, only receive;
* trans.tx_buf!=null,trans.rx_buf=null,only send;
* trans.tx_buf!=null,trans.rx_buf!=null, send&receive
* @param trans, 一次spi傳輸參數(shù)
* @param ntrans, 進(jìn)行ntrans次spi transfer
* @return 成功返回0；失敗返回-1
*/
public native int Transfer(SPITransfer[] trans, int ntrans);
/**
* 關(guān)閉SPI主設(shè)備
* @return 成功返回0；失敗返回-1
*/
public native int Close() ;
}
4、SPI測試程序
SPI傳輸接口中操作SPI的接口函數(shù)聲明都有native的前綴，表明其實(shí)現(xiàn)部分在本地的庫當(dāng)中。英創(chuàng)將所有英創(chuàng)主板的硬件接口訪問函數(shù)的實(shí)現(xiàn)部分編譯成了動(dòng)態(tài)鏈接庫libemtronixhardware.so，放在了文件系統(tǒng)/lib目錄下。
在編寫SPI傳輸主程序的時(shí)候，首先需要加載該庫，如下所示：
public class testSPIMain {
static {
System.loadLibrary("emtronixhardware");
}
public static void main(String[] args) {
...
}
}
然后，就可以在main函數(shù)中實(shí)例化SPI類，并打開主板的SPI設(shè)備：
SPI spi = new SPI();
spi.Open("/dev/spidev1.0");
接著，初始化SPI傳輸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，發(fā)送數(shù)據(jù)：
int transcnt = 1;
SPITransfer[] trans = new SPITransfer[transcnt];
trans[0] = new SPITransfer();
trans[0].tx_buf = tArray;
trans[0].rx_buf = rArray;
trans[0].len = bytes;
trans[0].speed_hz = speed;
trans[0].bits_per_word = (byte) bitspw;
if(spi.Transfer(trans, transcnt) == 0) {
//傳輸成功，處理數(shù)據(jù)
}
其中，transcnt表示SPITransfer的個(gè)數(shù)，每一個(gè)SPITransfer需要用戶自己實(shí)例化。
最后，使用完畢后關(guān)閉SPI設(shè)備：
spi.Close();
5、SPI測試程序運(yùn)行結(jié)果
運(yùn)行SPI傳輸Java主程序需要把編譯結(jié)果bin文件中的所有目錄文件拷貝到主板/mnt/nandflash，或者通過nfs掛載到主板/mnt/nfs目錄下。然后，使用“java 包名.類名”運(yùn)行，如下圖所示：
圖2 運(yùn)行SPI測試程序
以上就是使用Java操作英創(chuàng)主板SPI接口的介紹，感興趣的客戶可以通過電話或者郵件聯(lián)系英創(chuàng)工程師。我們將提供Java示例程序源碼供客戶參考。