1. VxWorks SPI 子系统概述

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种全双工、同步、主从式的串行通信总线，广泛用于嵌入式系统中连接传感器、ADC/DAC、存储器、显示控制器等外设。VxWorks 作为实时操作系统，提供了层次清晰的 SPI 驱动框架，帮助开发者快速实现与从设备的可靠通信。

1.1 SPI 总线协议简介

SPI 总线由四根信号线组成：

• SCLK（Serial Clock）：主设备产生的同步时钟信号。
• MOSI（Master Out Slave In）：主设备输出、从设备接收数据线。
• MISO（Master In Slave Out）：从设备输出、主设备接收数据线。
• CS/SS（Chip Select / Slave Select）：片选信号，低电平有效，用于选择目标从设备。

SPI 协议有四种工作模式，由时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）组合决定：

1.2 VxWorks SPI 框架层次

VxWorks 的 SPI 驱动框架采用分层设计，从底层硬件到上层应用分为四个层次：

1. 硬件层（Hardware Layer）：SPI 控制器寄存器操作、时钟配置、GPIO 片选控制。
2. 总线驱动层（Bus Driver Layer）：实现 SPI 控制器初始化、数据传输、中断处理，向上提供标准接口。
3. 核心层（Core Layer）：VxWorks 提供的 SPI 核心框架，管理设备注册、消息队列、传输调度。
4. 从设备驱动层（Slave Device Driver Layer）：针对具体 SPI 从设备（如 Flash、传感器）实现的驱动，调用核心层 API 完成通信。

1.3 SPI 核心数据结构

VxWorks SPI 核心层定义了若干关键数据结构，驱动开发者必须理解这些结构才能正确编写从设备驱动。

1.3.1 SPI_DEVICE 结构体

每个 SPI 从设备对应一个 SPI_DEVICE 实例，描述设备的硬件连接和通信参数：

typedef struct spi_device {
    UINT32      chipSelect;      /* 片选 GPIO 编号或索引 */
    UINT32      mode;            /* SPI 模式 (0~3) */
    UINT32      bitsPerWord;     /* 每字位数，通常为 8 */
    UINT32      maxSpeedHz;      /* 最大时钟频率 (Hz) */
    UINT32      flags;           /* 标志位，如 SPI_DEVICE_3WIRE */
    void       *controller;      /* 指向所属 SPI 控制器 */
    /* ... 其他内部字段 */
} SPI_DEVICE;

1.3.2 SPI_MSG 结构体

SPI 消息结构体用于封装一次传输操作，支持同时发送和接收：

typedef struct spi_msg {
    UINT8      *txBuf;           /* 发送数据缓冲区 */
    UINT8      *rxBuf;           /* 接收数据缓冲区 */
    UINT32      len;             /* 传输字节数 */
    UINT32      csChange;        /* 传输完成后是否释放片选 */
    UINT32      delayUsecs;      /* 传输间延迟 (微秒) */
    void       *context;         /* 用户上下文 */
    /* ... 其他内部字段 */
} SPI_MSG;

1.3.3 SPI_CONTROLLER 结构体

SPI 控制器结构体代表一个 SPI 硬件控制器实例，包含操作函数指针表：

typedef struct spi_controller {
    UINT32      busNum;          /* 总线编号 */
    STATUS    (*transfer)(struct spi_controller *ctrl,
                          struct spi_device *dev,
                          struct spi_msg *msg);
    STATUS    (*setup)(struct spi_controller *ctrl,
                       struct spi_device *dev);
    void       *priv;            /* 私有数据，指向硬件寄存器基址等 */
    /* ... 其他内部字段 */
} SPI_CONTROLLER;