SPI Slave Sender 示例

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示例说明

本示例展示了在 ESP-IDF 中如何使用 SPI 主机驱动与另一台设备进行数据通信，主机在发送数据的同时接收从机返回的信息，并通过握手信号确保仅在从机准备就绪时才发起事务。有关 SPI 主机模式的说明可参考 SPI 主机驱动程序。学习该示例前，建议先掌握 FreeRTOS 信号量和队列的相关内容，其基础说明及 API 使用示例可参考 信号量和互斥锁 和 队列管理 文档。

运行方法

该示例需要与 Receiver 示例 配合使用，两者分别烧录到两块 ESP32 系列芯片，并正确连接信号线，从而实现完整的数据交换。虽然示例名称中包含 Slave，但 Sender 实际上配置为 SPI 主机，在通信中承担产生时钟和控制片选的角色，负责驱动 Receiver（SPI 从机）完成收发。

示例完整代码见 SPI Slave Sender 示例。运行前的配置说明、对应 GPIO 引脚、构建与烧录流程详见 spi_slave 目录下的 README.md 文件。

如需自定义配置项及查看默认值，可参考 宏定义说明 部分。

头文件说明

本示例所使用的头文件涵盖了 FreeRTOS 任务管理与同步、日志输出、SPI 主机驱动以及 GPIO 与定时器控制等模块，为 SPI 主机的初始化、数据传输和任务调度提供支持。

各头文件按功能分类如下：

  1. FreeRTOS 任务调度 ：提供任务创建与调度、信号量和队列功能，用于并发任务管理和多任务间的通信。

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/semphr.h"
#include "freertos/queue.h"

  1. 系统工具 ：提供标准输入输出、数据类型定义以及日志输出功能。

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stddef.h>
#include <string.h>
#include "esp_log.h"

  1. SPI 从机驱动 ：提供 SPI 主机模式的初始化、设备配置及数据传输功能。

#include "driver/spi_master.h"

  1. GPIO 控制 ：提供 GPIO 引脚配置及电平控制功能。

#include "driver/gpio.h"

  1. 定时器：提供基于微秒级精度的定时和回调功能，用于任务延时或周期性操作。

#include "esp_timer.h"

宏定义说明

本示例中涉及的宏定义主要用于配置 SPI 外设的引脚、控制器选择以及握手信号引脚，便于后续 SPI 数据传输和任务调度。

宏定义按功能分类如下：

  1. SPI 主机配置

  • 定义 SPI 主机所使用的控制器，本示例固定使用 SPI2_HOST。

#define RCV_HOST    SPI2_HOST

  • 定义 SPI 的关键引脚，包括握手、数据输入/输出、时钟以及片选引脚。

#define GPIO_HANDSHAKE      2    // 握手信号
#define GPIO_MOSI           12   // 主机输出，从机输入
#define GPIO_MISO           13   // 主机输入，从机输出
#define GPIO_SCLK           15   // SPI 时钟
#define GPIO_CS             14   // 片选信号

备注

  • 握手引脚用于主机与从机的数据同步控制，可根据硬件设计选择合适 GPIO。

  • 片选引脚用于选择 SPI 从机，保证总线上多从机的正确通信。

任务函数说明

本示例定义了一个中断服务函数（ISR），用于响应握手 GPIO 触发的中断。当从机通过握手引脚发出就绪信号时，该中断会被触发，主机通过该函数获知从机已准备好，可以进行数据传输。

static void IRAM_ATTR gpio_handshake_isr_handler( void* arg );

备注

  • 函数使用 IRAM_ATTR 修饰，保证函数放在内部 RAM 中，提高中断响应速度。

  • 函数传参为用户自定义参数指针，常用于传递触发源或上下文信息。在本示例中，该函数并未对传参内容进行访问或修改，仅用于满足回调函数的函数原型要求。

该函数的执行逻辑为：

  1. 中断抖动过滤：为了避免握手 GPIO 上的干扰或信号反弹导致重复触发中断，函数通过记录上次中断时间并与当前中断时间进行比较，如果两次中断间隔小于设定阈值（1 ms），则忽略此次中断。

  • 定义变量 lasthandshaketime_us 用于记录上次中断的时间。

  • 调用 esp_timer_get_time() 获取当前时间（微秒级）并保存至变量 currtime_us。进一步介绍及参数说明可参考 ESP 定时器。

  • 通过以上两个变量获取两次中断触发的时间间隔 diff。

  • 判断时间间隔是否小于设定阈值（1 ms），如果小于，则直接返回，忽略此次中断；否则，更新上次中断的时间为当前时间，并继续执行后续操作。

  1. 发出同步信号：为了通知等待的任务从机已准备好，可以开始 SPI 数据传输，函数使用 FreeRTOS 信号量机制，从 ISR 安全地释放信号量，并在必要时触发任务切换。

  • 定义标志变量 mustYield，用于指示是否需要在中断结束后立即切换任务，初始化为 false。

  • 调用 xSemaphoreGiveFromISR() 释放信号量。进一步介绍及参数说明可参考 释放信号量资源。

  • 判断 mustYield 是否为 true，如果是则调用 portYIELD_FROM_ISR() 切换到高优先级任务执行。

主函数说明

本示例演示了 SPI 主机的初始化、与从机设备建立通信并传输数据，以及资源释放的步骤。

  1. 定义变量：

  • 定义返回值变量 ret 用于保存 SPI 外设相关函数的返回状态，判断操作是否成功，并可根据返回值进行错误处理或打印提示信息。

  • 定义设备句柄变量 handle，用于标识和管理 SPI 总线上注册的从设备。

  1. 配置/初始化 SPI 总线

  2. 配置/初始化 SPI 从机接口

  3. 配置握手信号 GPIO：在 SPI 从机与主机通信中，为了实现可靠的数据传输，通常会使用一个握手信号（handshake line）来通知主机从机已准备好发送或接收数据。

  1. 配置握手线 中断服务。

  • 安装并绑定中断服务，以便握手信号变化时能够触发对应处理。

  • 在绑定中断服务前，再次显式设置引脚的中断触发模式为 GPIO_INTR_POSEDGE，防止硬件初始化或驱动库内部修改中断配置。

备注

再次设置中断触发模式属于冗余但保险的操作，确保握手 GPIO 的中断触发类型确实为上升沿触发，从而保证主从通信的可靠性。

  1. SPI 主机发送/接收事务的准备工作：

  • 定义计数变量 n 并将其初始化为 0，用于记录或标识当前传输的次数，方便调试或生成发送数据。

  • 定义数据缓冲区数组，为 SPI 主机的数据发送和接收提供存储空间，保证每次传输有确定的存储区域：

    • 定义变量 sendbuf 并初始化为 0，用作发送数据缓冲区。

    • 定义变量 recvbuf 并初始化为 0，用作接收数据缓冲区。

    • 数组长度设置为 128，表示缓冲区可以存放最多 128 个字节 的数据，可根据实际应用需求调整字节容量。

  • 定义 SPI 事务结构体 t。

  • 调用 xSemaphoreCreateBinary() 创建一个信号量，并保存其句柄至变量 rdySem。进一步介绍及参数说明可参考 创建二值信号量。

  • 调用 xSemaphoreGive() 向信号量 rdySem 发送一个“可用”信号，用于通知等待的任务从机已准备好或数据已经到达，可以继续执行后续操作。进一步介绍及参数说明可参考 释放信号量资源。

  1. 构建需要发送给 SPI 从机的数据，并在数据中记录本次传输编号以及上一次从机返回的数据。

  • 调用 snprintf() 将格式化字符串写入发送缓冲区 sendbuf，保证不会越界。

  • 检查返回值，若发送数据超出缓冲区大小，则打印 Data truncated，防止溢出。

  1. 设置事务信息并执行：

  • 执行事务前需要调用 xSemaphoreTake() 阻塞等待信号量，直到从机通过握手信号表明可以进行下一次传输。超时时间设置为 portMAX_DELAY 表示无限等待。进一步介绍及参数说明可参考 获取信号量资源。

  1. 打印从机返回的数据，同时更新本次传输计数。

  2. 循环结束后调用 spi_bus_remove_device() 释放 SPI 总线资源，断开主机与从机的关联，并检查返回值确保成功。进一步介绍及参数说明可参考 SPI 主机驱动。

备注

在实际应用中，SPI 数据传输任务通常为长期运行或常驻任务，因此该步骤一般不被执行，但可以用于防止潜在的程序异常或内存泄漏。