LoRaWAN网关源码分析（SPI篇）

目录

一、前言

二、lgw_spi_open函数

三、lgw_spi_w函数

四、lgw_spi_r函数

五、lgw_spi_wb函数

六、lgw_spi_rb函数

一、前言

        本篇文章整理了LoRaWAN网关如何处理与 LoRa 前端设备之间的 SPI通信（在loralgw_spi.c文件中）。对SPI协议不了解的可以看这篇文章---《SPI总线协议》。

二、lgw_spi_open函数

        该函数通常用于初始化 SPI 接口并准备与 LoRa 网关的前端设备进行通信。我们需要打开指定的 SPI 设备文件，并配置必要的 SPI 参数（如模式、速度等）。

主要流程：

1、打开SPI设备文件

spi_fd = open(SPI_DEVICE, O_RDWR);
  • 调用 open 函数以读写模式 (O_RDWR) 打开指定的 SPI 设备文件（如 /dev/spidev0.0）。
  • 如果打开失败，open 将返回 -1，并且 spi_fd 将保持为 -1。
  • 错误处理：如果 open 失败，调用 perror 打印错误信息，然后返回 -1。

2、设置SPI模式

ret = ioctl(spi_fd, SPI_IOC_WR_MODE, &SPI_MODE);
  • 使用 ioctl 函数将 SPI 模式设置为指定的模式（这里是模式 0）。
  • SPI_MODE 变量的值决定了时钟相位和极性。
  • 错误处理：如果 ioctl 失败，调用 perror 打印错误信息，关闭 SPI 设备文件并返回 -1。

3、设置每个传输字的位数

ret = ioctl(spi_fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &SPI_BITS);
  • 使用 ioctl 函数设置每个 SPI 传输字的位数（这里是 8 位）。
  • 错误处理：如果 ioctl 失败，调用 perror 打印错误信息，关闭 SPI 设备文件并返回 -1。

4、设置SPI总线速度

ret = ioctl(spi_fd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &SPI_SPEED);
  • 使用 ioctl 函数设置 SPI 总线的最大速度（这里是 500 kHz）。
  • 错误处理：如果 ioctl 失败，调用 perror 打印错误信息，关闭 SPI 设备文件并返回 -1。

5、返回0表示成功

         如果所有设置都成功，函数返回 0 表示 SPI 初始化成功。

int lgw_spi_open(const char * com_path, void **com_target_ptr) {int *spi_device = NULL;int dev;int a=0, b=0;int i;/* check input variables */CHECK_NULL(com_path);CHECK_NULL(com_target_ptr);/* allocate memory for the device descriptor */spi_device = malloc(sizeof(int));if (spi_device == NULL) {DEBUG_MSG("ERROR: MALLOC FAIL\n");return LGW_SPI_ERROR;}/* open SPI device */dev = open(com_path, O_RDWR);if (dev < 0) {DEBUG_PRINTF("ERROR: failed to open SPI device %s\n", com_path);return LGW_SPI_ERROR;}/* setting SPI mode to 'mode 0' */i = SPI_MODE_0;a = ioctl(dev, SPI_IOC_WR_MODE, &i);b = ioctl(dev, SPI_IOC_RD_MODE, &i);if ((a < 0) || (b < 0)) {DEBUG_MSG("ERROR: SPI PORT FAIL TO SET IN MODE 0\n");close(dev);free(spi_device);return LGW_SPI_ERROR;}/* setting SPI max clk (in Hz) */i = SPI_SPEED;a = ioctl(dev, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &i);b = ioctl(dev, SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ, &i);if ((a < 0) || (b < 0)) {DEBUG_MSG("ERROR: SPI PORT FAIL TO SET MAX SPEED\n");close(dev);free(spi_device);return LGW_SPI_ERROR;}/* setting SPI to MSB first */i = 0;a = ioctl(dev, SPI_IOC_WR_LSB_FIRST, &i);b = ioctl(dev, SPI_IOC_RD_LSB_FIRST, &i);if ((a < 0) || (b < 0)) {DEBUG_MSG("ERROR: SPI PORT FAIL TO SET MSB FIRST\n");close(dev);free(spi_device);return LGW_SPI_ERROR;}/* setting SPI to 8 bits per word */i = 0;a = ioctl(dev, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &i);b = ioctl(dev, SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD, &i);if ((a < 0) || (b < 0)) {DEBUG_MSG("ERROR: SPI PORT FAIL TO SET 8 BITS-PER-WORD\n");close(dev);return LGW_SPI_ERROR;}*spi_device = dev;*com_target_ptr = (void *)spi_device;DEBUG_MSG("Note: SPI port opened and configured ok\n");return LGW_SPI_SUCCESS;
}

        相对应的，竟然要打开，就要关闭，关闭相应的SPI文件我们要使用lgw_spi_close函数，代码如下：

int lgw_spi_close(void *com_target) {int spi_device;int a;/* check input variables */CHECK_NULL(com_target);/* close file & deallocate file descriptor */spi_device = *(int *)com_target; /* must check that spi_target is not null beforehand */a = close(spi_device);free(com_target);/* determine return code */if (a < 0) {DEBUG_MSG("ERROR: SPI PORT FAILED TO CLOSE\n");return LGW_SPI_ERROR;} else {DEBUG_MSG("Note: SPI port closed\n");return LGW_SPI_SUCCESS;}
}

三、lgw_spi_w函数

        该函数通过 SPI 接口向指定的目标设备（由 spi_mux_target 标识）写入一个字节的数据到指定的寄存器地址。

主要流程：

1、获取SPI设备文件描述符

spi_device = *(int *)com_target;

        将 com_target 解释为指向 int 的指针，并解引用以获取 SPI 设备文件描述符。

2、准备要发送的帧

out_buf[0] = spi_mux_target;
out_buf[1] = WRITE_ACCESS | ((address >> 8) & 0x7F);
out_buf[2] =                ((address >> 0) & 0xFF);
out_buf[3] = data;
command_size = 4;
  • 构建要发送的 SPI 帧：
    • out_buf[0]：目标设备选择（SPI 多路复用目标）。
    • out_buf[1]：写访问标志和地址的高位（写命令）。
    • out_buf[2]：地址的低位。
    • out_buf[3]：要写入的数据字节。
  • command_size：设置为 4，表示总共发送 4 个字节。

3、准备I/O传输结构体

memset(&k, 0, sizeof(k));
k.tx_buf = (unsigned long) out_buf;
k.len = command_size;
k.speed_hz = SPI_SPEED;
k.cs_change = 0;
k.bits_per_word = 8;

4、执行I/O传输

a = ioctl(spi_device, SPI_IOC_MESSAGE(1), &k);

5、判断返回值并处理错误

if (a != (int)k.len) {DEBUG_MSG("ERROR: SPI WRITE FAILURE\n");return LGW_SPI_ERROR;
} else {DEBUG_MSG("Note: SPI write success\n");return LGW_SPI_SUCCESS;
}

int lgw_spi_w(void *com_target, uint8_t spi_mux_target, uint16_t address, uint8_t data) {int spi_device;uint8_t out_buf[4];uint8_t command_size;struct spi_ioc_transfer k;int a;/* check input variables */CHECK_NULL(com_target);spi_device = *(int *)com_target; /* must check that spi_target is not null beforehand *//* prepare frame to be sent */out_buf[0] = spi_mux_target;out_buf[1] = WRITE_ACCESS | ((address >> 8) & 0x7F);out_buf[2] =                ((address >> 0) & 0xFF);out_buf[3] = data;command_size = 4;/* I/O transaction */memset(&k, 0, sizeof(k)); /* clear k */k.tx_buf = (unsigned long) out_buf;k.len = command_size;k.speed_hz = SPI_SPEED;k.cs_change = 0;k.bits_per_word = 8;a = ioctl(spi_device, SPI_IOC_MESSAGE(1), &k);/* determine return code */if (a != (int)k.len) {DEBUG_MSG("ERROR: SPI WRITE FAILURE\n");return LGW_SPI_ERROR;} else {DEBUG_MSG("Note: SPI write success\n");return LGW_SPI_SUCCESS;}
}

四、lgw_spi_r函数

        该函数通过 SPI 接口从指定的目标设备（由 spi_mux_target 标识）的指定寄存器地址读取一个字节的数据。

主要流程：

1、获取SPI设备文件描述符

spi_device = *(int *)com_target;

        将 com_target 解释为指向 int 的指针，并解引用以获取 SPI 设备文件描述符。

2、准备要发送的帧

out_buf[0] = spi_mux_target;
out_buf[1] = READ_ACCESS | ((address >> 8) & 0x7F);
out_buf[2] = ((address >> 0) & 0xFF);
out_buf[3] = 0x00;
out_buf[4] = 0x00;
command_size = 5;
  • out_buf[0]：目标设备选择（SPI 多路复用目标）。
  • out_buf[1]：读访问标志和地址的高位（读命令）。
  • out_buf[2]：地址的低位。
  • out_buf[3] 和 out_buf[4]：填充字节，用于接收数据时的占位符。

3、准备I/O传输结构体

memset(&k, 0, sizeof(k)); /* 清空 k */
k.tx_buf = (unsigned long) out_buf;
k.rx_buf = (unsigned long) in_buf;
k.len = command_size;
k.cs_change = 0;

4、执行I/O传输

a = ioctl(spi_device, SPI_IOC_MESSAGE(1), &k);

5、判断返回值并处理错误

if (a != (int)k.len) {DEBUG_MSG("ERROR: SPI READ FAILURE\n");return LGW_SPI_ERROR;
} else {DEBUG_MSG("Note: SPI read success\n");*data = in_buf[command_size - 1];return LGW_SPI_SUCCESS;
}

int lgw_spi_r(void *com_target, uint8_t spi_mux_target, uint16_t address, uint8_t *data) {int spi_device;uint8_t out_buf[5];uint8_t command_size;uint8_t in_buf[ARRAY_SIZE(out_buf)];struct spi_ioc_transfer k;int a;/* check input variables */CHECK_NULL(com_target);CHECK_NULL(data);spi_device = *(int *)com_target; /* must check that com_target is not null beforehand *//* prepare frame to be sent */out_buf[0] = spi_mux_target;out_buf[1] = READ_ACCESS | ((address >> 8) & 0x7F);out_buf[2] =               ((address >> 0) & 0xFF);out_buf[3] = 0x00;out_buf[4] = 0x00;command_size = 5;/* I/O transaction */memset(&k, 0, sizeof(k)); /* clear k */k.tx_buf = (unsigned long) out_buf;k.rx_buf = (unsigned long) in_buf;k.len = command_size;k.cs_change = 0;a = ioctl(spi_device, SPI_IOC_MESSAGE(1), &k);/* determine return code */if (a != (int)k.len) {DEBUG_MSG("ERROR: SPI READ FAILURE\n");return LGW_SPI_ERROR;} else {DEBUG_MSG("Note: SPI read success\n");*data = in_buf[command_size - 1];return LGW_SPI_SUCCESS;}
}

五、lgw_spi_wb函数

        该函数用于在 SPI 设备上执行一个批量写操作，可以一次性写入多个字节的数据到指定的寄存器地址。

主要流程：

1、SPI设备选择

spi_device = *(int *)com_target;

2、准备命令字节

    command[0] = spi_mux_target;command[1] = WRITE_ACCESS | ((address >> 8) & 0x7F);command[2] =                ((address >> 0) & 0xFF);command_size = 3;size_to_do = size;
  • command[0]：设备选择字节，设置为 spi_mux_target。
  • command[1] 和 command[2]：组合地址和写操作标志，其中 (address >> 8) & 0x7F 是地址的高 7 位，(address >> 0) & 0xFF 是地址的低 8 位。写操作标志由 WRITE_ACCESS 定义。

3、准备SPI传输结构体

    memset(&k, 0, sizeof(k)); /* clear k */k[0].tx_buf = (unsigned long) &command[0];k[0].len = command_size;k[0].cs_change = 0;k[1].cs_change = 0;
  • 使用 struct spi_ioc_transfer k[2] 数组来准备两个传输结构体，因为这是一个批量操作。
  • k[0] 结构体用于发送命令字节。
  • k[1] 结构体用于发送数据部分。

4、执行批量写操作

  for (i=0; size_to_do > 0; ++i) {chunk_size = (size_to_do < LGW_BURST_CHUNK) ? size_to_do : LGW_BURST_CHUNK;offset = i * LGW_BURST_CHUNK;k[1].tx_buf = (unsigned long)(data + offset);k[1].len = chunk_size;byte_transfered += (ioctl(spi_device, SPI_IOC_MESSAGE(2), &k) - k[0].len );DEBUG_PRINTF("BURST WRITE: to trans %d # chunk %d # transferred %d \n", size_to_do, chunk_size, byte_transfered);size_to_do -= chunk_size; /* subtract the quantity of data already transferred */}
  • 使用循环来处理数据的分块写入，每次写入不超过 LGW_BURST_CHUNK 大小的数据块。
  • chunk_size：计算每次实际写入的数据块大小。
  • offset：计算当前写入的数据在 data 数组中的偏移量。
  • 调用 ioctl 函数发送 k 数组中的两个结构体，分别发送命令和数据部分。
  • 累计 byte_transfered 变量记录实际传输的字节数。

5、返回状态

int lgw_spi_wb(void *com_target, uint8_t spi_mux_target, uint16_t address, const uint8_t *data, uint16_t size) {int spi_device;uint8_t command[3];uint8_t command_size;struct spi_ioc_transfer k[2];int size_to_do, chunk_size, offset;int byte_transfered = 0;int i;/* check input parameters */CHECK_NULL(com_target);CHECK_NULL(data);if (size == 0) {DEBUG_MSG("ERROR: BURST OF NULL LENGTH\n");return LGW_SPI_ERROR;}spi_device = *(int *)com_target; /* must check that com_target is not null beforehand *//* prepare command byte */command[0] = spi_mux_target;command[1] = WRITE_ACCESS | ((address >> 8) & 0x7F);command[2] =                ((address >> 0) & 0xFF);command_size = 3;size_to_do = size;/* I/O transaction */memset(&k, 0, sizeof(k)); /* clear k */k[0].tx_buf = (unsigned long) &command[0];k[0].len = command_size;k[0].cs_change = 0;k[1].cs_change = 0;for (i=0; size_to_do > 0; ++i) {chunk_size = (size_to_do < LGW_BURST_CHUNK) ? size_to_do : LGW_BURST_CHUNK;offset = i * LGW_BURST_CHUNK;k[1].tx_buf = (unsigned long)(data + offset);k[1].len = chunk_size;byte_transfered += (ioctl(spi_device, SPI_IOC_MESSAGE(2), &k) - k[0].len );DEBUG_PRINTF("BURST WRITE: to trans %d # chunk %d # transferred %d \n", size_to_do, chunk_size, byte_transfered);size_to_do -= chunk_size; /* subtract the quantity of data already transferred */}/* determine return code */if (byte_transfered != size) {DEBUG_MSG("ERROR: SPI BURST WRITE FAILURE\n");return LGW_SPI_ERROR;} else {DEBUG_MSG("Note: SPI burst write success\n");return LGW_SPI_SUCCESS;}
}

六、lgw_spi_rb函数

       该函数用于 在 SPI 设备上执行一个批量读取操作，将多个字节的数据从指定地址的寄存器中读取到给定的数据数组中。

主要流程：

1、SPI设备选择

spi_device = *(int *)com_target;

2、准备命令字节

    command[0] = spi_mux_target;command[1] = READ_ACCESS | ((address >> 8) & 0x7F);command[2] =               ((address >> 0) & 0xFF);command[3] = 0x00;command_size = 4;size_to_do = size;
    • command[0]：设备选择字节，设置为 spi_mux_target。
    • command[1]、command[2] 和 command[3]：组合地址和读操作标志，其中 (address >> 8) & 0x7F 是地址的高 7 位，(address >> 0) & 0xFF 是地址的低 8 位。读操作标志由 READ_ACCESS 定义，最后一个字节设为 0x00。

 3、准备SPI传输结构体

    memset(&k, 0, sizeof(k)); /* clear k */k[0].tx_buf = (unsigned long) &command[0];k[0].len = command_size;k[0].cs_change = 0;k[1].cs_change = 0;
  • 使用 struct spi_ioc_transfer k[2] 数组来准备两个传输结构体，因为这是一个批量操作。
  • k[0] 结构体用于发送命令字节。
  • k[1] 结构体用于接收数据部分。

4、执行批量读取操作

for (i=0; size_to_do > 0; ++i) {chunk_size = (size_to_do < LGW_BURST_CHUNK) ? size_to_do : LGW_BURST_CHUNK;offset = i * LGW_BURST_CHUNK;k[1].rx_buf = (unsigned long)(data + offset);k[1].len = chunk_size;byte_transfered += (ioctl(spi_device, SPI_IOC_MESSAGE(2), &k) - k[0].len );DEBUG_PRINTF("BURST READ: to trans %d # chunk %d # transferred %d \n", size_to_do, chunk_size, byte_transfered);size_to_do -= chunk_size;  /* subtract the quantity of data already transferred */}
  • 使用循环来处理数据的分块读取，每次读取不超过 LGW_BURST_CHUNK 大小的数据块。
  • chunk_size：计算每次实际读取的数据块大小。
  • offset：计算当前读取的数据在 data 数组中的偏移量。
  • 调用 ioctl 函数发送 k 数组中的两个结构体，分别发送命令和接收数据部分。
  • 累计 byte_transfered 变量记录实际传输的字节数。

5、返回状态

int lgw_spi_rb(void *com_target, uint8_t spi_mux_target, uint16_t address, uint8_t *data, uint16_t size) {int spi_device;uint8_t command[4];uint8_t command_size;struct spi_ioc_transfer k[2];int size_to_do, chunk_size, offset;int byte_transfered = 0;int i;/* check input parameters */CHECK_NULL(com_target);CHECK_NULL(data);if (size == 0) {DEBUG_MSG("ERROR: BURST OF NULL LENGTH\n");return LGW_SPI_ERROR;}spi_device = *(int *)com_target; /* must check that com_target is not null beforehand *//* prepare command byte */command[0] = spi_mux_target;command[1] = READ_ACCESS | ((address >> 8) & 0x7F);command[2] =               ((address >> 0) & 0xFF);command[3] = 0x00;command_size = 4;size_to_do = size;/* I/O transaction */memset(&k, 0, sizeof(k)); /* clear k */k[0].tx_buf = (unsigned long) &command[0];k[0].len = command_size;k[0].cs_change = 0;k[1].cs_change = 0;for (i=0; size_to_do > 0; ++i) {chunk_size = (size_to_do < LGW_BURST_CHUNK) ? size_to_do : LGW_BURST_CHUNK;offset = i * LGW_BURST_CHUNK;k[1].rx_buf = (unsigned long)(data + offset);k[1].len = chunk_size;byte_transfered += (ioctl(spi_device, SPI_IOC_MESSAGE(2), &k) - k[0].len );DEBUG_PRINTF("BURST READ: to trans %d # chunk %d # transferred %d \n", size_to_do, chunk_size, byte_transfered);size_to_do -= chunk_size;  /* subtract the quantity of data already transferred */}/* determine return code */if (byte_transfered != size) {DEBUG_MSG("ERROR: SPI BURST READ FAILURE\n");return LGW_SPI_ERROR;} else {DEBUG_MSG("Note: SPI burst read success\n");return LGW_SPI_SUCCESS;}
}

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何时使用查询字符串参数和路径参数_2024-06-28

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REST API 已成为构建和使用 Web 服务的标准。在设计 REST API 时&#xff0c;一个重要方面是决定如何构造 URL 和参数。向 API 传递参数的两种常见方法是通过查询字符串参数和路径参数。本文将解释这两种方法之间的区别、何时使用每种方法&#xff0c;并提供示例来说明它们的用…
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