QtでRaspberryPi/GUI開発(9)-SPI通信をしてみた

公開日： 2019/01/27 : 最終更新日：2019/01/30 C言語, pigpio, RaspberryPi, 開発

どもです。
えー。
「Qtで…」とか書いておきながら、今回はQtは出てきません。

今回のエントリでは、RaspberryPi3とpigpio(ライブラリ)を使用してSPI通信をしてみました。
SPI通信に触るのが久しぶり、pigpioを使ってのSPI通信については初めてになります。
また、調べた範囲ではpigpioを使用したRaspberryPi3のSPI通信についての情報は、あまり見つかりません。
なので、同じように困ってる(?)方の助けになればと思い、エントリを書いてみます。

最初は「ループバック」から挑戦です。

1.SPI通信って?
はい。
そもそも、という話です。
「Serial Peripheral Interface」の略称で、同期式シリアル通信の1つです。
細かい説明は、ネットや書籍の情報に任せることにして、ここでは詳細な説明はしません。
今回のエントリでは、「同期式の通信方法」くらいに覚えておけばよいかと考えます。

2.RaspberryPi3でのピン配置は?
SPI通信で使用するピンについて、RaspberryPi3では下記のように配置されています。

SCLK → 23番(GPIO-11)
MOSI → 21番(GPIO-9)
MISO → 19番(GPIO-10)
CE0 → 24番(GPIO-8)
CE1 → 26番(GPIO-7)

各ピンの配置についてSCLK、MOSI、およびMISOについては、「ALT0」モードでの動作になります。

なお、これらのピン配置については、RaspberryPi3のコマンドライン上で

gpio readall

1	gpio readall

と入力することで、確認できます。
分かりやすい表が、コマンドライン上に表示されます。

3.pigpioの設定
前の段で、RaspberryPi3のピン配置が分かりました。
次は、pigpioを用いてピンの設定をする必要があります。
と思ったら、pigpioでは「spiOpen()」を実行することで、必要なピン設定は行われるようです。
ただし、この関数では別の設定が必要なようです。
即ち、「通信速度」と「モード」です。

「通信速度」については[bits per second]単位の値を、「モード」については極性とかフェーズとかによって、「0」から「3」まで選択されます。
このモードの設定に従って、信号の出力と読込みのタイミングが変化します。
この「モード」とデータの振る舞いについてはココの内容が詳しくて、分かりやすいかと思います。

少し具体的にすると、以下の手順で設定します。
①：gpioInitialise() – ライブラリを初期化する。
②：spiOpen() – SPI通信の設定を行いつつ、通信ハンドラを取得する。

なお、終了時は
①：spiClose() – SPI通信の設定を解除する。
②：gpioTerminate() – ライブラリを終了する。

の順番で関数を呼び出す必要があります。

4.pigpioでの送受信
pigpioを使用して実際にデータの送受信を行う場合、を使用します。
この関数では、指定されたバッファの規定されたサイズ(バイト)のデータを送信し、また受信したデータを指定されたバッファに格納します。
即ち、データの送受信を一気に実施してくれます。
pigpioには、送信/受信それぞれのためにspiReadやspiWriteが用意されています。
spiXferという関数も用意されています。
この関数は、データの送受信を1つの関数の中で実施してくれます。
今回は、この「spiXfer」を使用します。

5.実装してみた
今回のループバックの実験では、下記のコードを実装しています。

/*
 * main.c
 *
 *  Created on: 2019/01/27
 *      Author: CountrySideEngineer
 */
#include &lt;stdio.h&gt;
#include &quot;pigpio.h&quot;

#define	BUFFER_SIZE		(1024)
#define	TX_BUFF_SIZE	BUFFER_SIZE
#define	RX_BUFF_SIZE	BUFFER_SIZE

//Declare data type.
typedef	uint8_t		BYTE;
typedef	uint16_t	WORD;
typedef	uint32_t	DWORD;
typedef	int8_t		SBYTE;
typedef	int16_t		SWORD;
typedef	int32_t		SDWORD;

/**
 * @brief	Initialize buffer by the value passed via argument,
 * 			the variable &quot;value&quot;.
 * @param	value	The value to initialize the buffer.
 * @parma	bufferSize	Size of buffer.
 */
void initBuffer(
		BYTE *buffer,
		BYTE value,
		int bufferSize)
{
	int index = 0;

	for (index = 0; index &lt; bufferSize; index++) {
		*buffer = value;
		buffer++;
	}
}

/**
 * @brief	Show buffer in 16 bytes per line format.
 * @param[in]	messageHeader	Message to be shown in top of message;
 * @param[in]	buffer	Pointer to buffer to show.
 * @param		bufferSize	size of buffer.
 */
void showBuffer(
		char *messageHeader,
		BYTE *buffer,
		int bufferSize)
{
	int index = 0;

	if (NULL != messageHeader) {
		printf(&quot;%s : &quot;, messageHeader);
	} else {
		printf(&quot;NO MESSAGE HEADER : &quot;);
	}

	for (index = 0; index &lt; bufferSize; index++) {
		if ((0 == index)
			|| (0 == (index % 16)))
		{
			printf(&quot;\n&quot;);
		} else {
			printf(&quot; &quot;);
		}
		printf(&quot;0x%02x&quot;, *buffer);
		buffer++;
	}

	printf(&quot;\n&quot;);
}


/**
 * @brief	Main function of SPI sample program of raspberry pi3
 * 			using pigpio library.
 */
#define	SND_RCV_DATA_SIZE	(10)
int main()
{
	int spiHandler = 0;
	int index = 0;
	int subIndex = 0;
	WORD	rcv = 0;
	BYTE txBuf[TX_BUFF_SIZE] = { 0 };
	BYTE rxBuf[RX_BUFF_SIZE] = { 0 };

	printf(&quot;Start SPI sample\n&quot;);

	if (gpioInitialise() &lt; 0) {
		printf(&quot;gpioInitialise() failed\n&quot;);

		return 0;
	}

	/*
	 * The unit of second argument is bits per second, and it corresponds
	 * heltz.
	 * It means that, if the value is 10 * 1000 * 1000 = 10,000,000,
	 * it is 10MHz.
	 */
	spiHandler = spiOpen(0, 10 * 1000 * 1000, 0);	//10M bits per seconds.
	if (spiHandler &lt; 0) {
		printf(&quot;spiOpen() failed.\n&quot;);

		gpioTerminate();

		return 0;
	}

	for (index = 0; index &lt; 100; index++) {
		initBuffer(txBuf, 0xFF, SND_RCV_DATA_SIZE);
		initBuffer(txBuf, 0xAA, SND_RCV_DATA_SIZE);

		for (subIndex = 0; subIndex &lt; SND_RCV_DATA_SIZE; subIndex++) {
			txBuf[subIndex] = subIndex | 0x80;
		}


		spiXfer(spiHandler, (char*)txBuf, (char*)rxBuf, SND_RCV_DATA_SIZE);

		showBuffer(&quot;SND&quot;, txBuf, SND_RCV_DATA_SIZE);
		showBuffer(&quot;RCV&quot;, rxBuf, SND_RCV_DATA_SIZE);
		showBuffer(&quot;DATA&quot;, (unsigned char *)&amp;rcv, 1);
	}

	printf(&quot;Stop SPI sample\n&quot;);

	spiClose(spiHandler);

	gpioTerminate();

	return 0;
}

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* main.c

* Created on: 2019/01/27

* Author: CountrySideEngineer

#include <stdio.h>

#include "pigpio.h"

#define BUFFER_SIZE (1024)

#define TX_BUFF_SIZE BUFFER_SIZE

#define RX_BUFF_SIZE BUFFER_SIZE

//Declare data type.

typedef uint8_t BYTE;

typedef uint16_t WORD;

typedef uint32_t DWORD;

typedef int8_t SBYTE;

typedef int16_t SWORD;

typedef int32_t SDWORD;

/**

* @brief Initialize buffer by the value passed via argument,

* the variable "value".

* @param value The value to initialize the buffer.

* @parma bufferSize Size of buffer.

void initBuffer(

BYTE *buffer,

BYTE value,

int bufferSize)

{

int index = 0;

for (index = 0; index < bufferSize; index++) {

*buffer = value;

buffer++;

}

/**

* @brief Show buffer in 16 bytes per line format.

* @param[in] messageHeader Message to be shown in top of message;

* @param[in] buffer Pointer to buffer to show.

* @param bufferSize size of buffer.

void showBuffer(

char *messageHeader,

BYTE *buffer,

int bufferSize)

{

int index = 0;

if (NULL != messageHeader) {

printf("%s : ", messageHeader);

} else {

printf("NO MESSAGE HEADER : ");

}

for (index = 0; index < bufferSize; index++) {

if ((0 == index)

|| (0 == (index % 16)))

{

printf("\n");

} else {

printf(" ");

}

printf("0x%02x", *buffer);

buffer++;

}

printf("\n");

}

/**

* @brief Main function of SPI sample program of raspberry pi3

* using pigpio library.

#define SND_RCV_DATA_SIZE (10)

int main()

{

int spiHandler = 0;

int index = 0;

int subIndex = 0;

WORD rcv = 0;

BYTE txBuf[TX_BUFF_SIZE] = { 0 };

BYTE rxBuf[RX_BUFF_SIZE] = { 0 };

printf("Start SPI sample\n");

if (gpioInitialise() < 0) {

printf("gpioInitialise() failed\n");

return 0;

}

* The unit of second argument is bits per second, and it corresponds

* heltz.

* It means that, if the value is 10 * 1000 * 1000 = 10,000,000,

* it is 10MHz.

spiHandler = spiOpen(0, 10 * 1000 * 1000, 0); //10M bits per seconds.

if (spiHandler < 0) {

printf("spiOpen() failed.\n");

gpioTerminate();

return 0;

}

for (index = 0; index < 100; index++) {

initBuffer(txBuf, 0xFF, SND_RCV_DATA_SIZE);

initBuffer(txBuf, 0xAA, SND_RCV_DATA_SIZE);

for (subIndex = 0; subIndex < SND_RCV_DATA_SIZE; subIndex++) {

txBuf[subIndex] = subIndex | 0x80;

}

spiXfer(spiHandler, (char*)txBuf, (char*)rxBuf, SND_RCV_DATA_SIZE);

showBuffer("SND", txBuf, SND_RCV_DATA_SIZE);

showBuffer("RCV", rxBuf, SND_RCV_DATA_SIZE);

showBuffer("DATA", (unsigned char *)&rcv, 1);

}

printf("Stop SPI sample\n");

spiClose(spiHandler);

gpioTerminate();

return 0;

}

このコードは、下記のようにビルドします。

gcc  -o SPIgpio  main.o -lpigpio -lpthread

1	gcc -o SPIgpio main.o -lpigpio -lpthread

H/W的には、19番(GPIO-10)と21番(GPIO-9)のピンを短絡しておいて下さい。

ピンを短絡した状態でビルドしたファイルを実行すると、送信したデータをそのまま受信する、という動作になります。

今回のエントリでは、ループバックテストになりますが、RaspberryPi3でのSPI通信の手順および方法について記載しました。
次回は、SPI通信で実際に他のデバイス/センサーなんかと通信をしてみようと思います。

またQtを使わない…可能性が大いにあります。

ではっ！

参考にしたサイト

・pigpio – http://abyz.me.uk/rpi/pigpio/index.html
・ArduinoでSPI通信を行う方法 – http://stupiddog.jp/note/archives/976

2019/01/30 更新
文言を色々修正しました。

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