【MM32F5270】RT-Thread SPI 驱动适配指南

本文记录了我在社区“Rice我叫加饭?”大佬移植的RT-Thread系统源码基础上，为MM32F5370开发板添加SPI驱动支持的过程。适配完成后，我使用W25Q128模组对SPI驱动的正确性进行了验证。这是我第一次给RT-Thread添加芯片SPI驱动，本文试图尽可能详细的描述整个适配过程。希望初学者通过阅读本文，能够复现本文描述的整个过程，或者参考本文可以为其他芯片添加RT-Thread SPI驱动支持。

drv_spi.h

目前RT-Thread的bsp中，STM32驱动貌似是最为完整的。因此，决定开始MM32F5270的RT-Thread SPI驱动适配后，我首先参考了RT-Thread主仓STM32 BSP下面的drv_spi.c和drv_spi.h文件。

rt_hw_spi_device_attach接口声明

首先是drv_spi.h文件，它需要向外部提供一个rt_hw_spi_device_attach接口。该用于附加一个SPI设备到SPI总线上，并将SPI设备的片选GPIO端口和pin脚编号传入。函数声明如下：

rt_err_t rt_hw_spi_device_attach(const char *bus_name,
                                 const char *device_name,
                                 GPIO_Type *cs_gpio,
                                 uint16_t cs_pin);
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这里的GPIO_Type，是MindSDK中的类型，不同于STM32。

STM32的drv_spi.h文件中还有其他类型的定义，仔细查看发现仅在drv_spi.c中使用，别的文件并没有用到。因此，另外的那些类型定义，放到.c文件中更合适。

从这个接口这里可以看出来，RT-Thread的多个SPI设备是可以公用一个SPI总线的。具体使用 放肆可以参考官方文档：SPI设备 (rt-thread.org)

drv_spi.c

通过总结STM32的drv_spi.c文件，可以知道在drv_spi.c文件中，我们需要实现如下内容：

• rt_hw_spi_device_attach 接口
• rt_spi_ops 接口，包括configure和xfer两个接口
• SPI总线设备注册，并将rt_spi_ops 实例绑定到SPI总线设备

好了，接下来就可以动手实现这些内容了。

SPI总线配置

SPI总线配置类型定义：

struct mm32_spi_config
{
    SPI_Type *spi_handle;
    const char *bus_name;
    rt_uint32_t clock_freq; // 主模式才会用到，将传给 SPI_Master_Init_Type.ClockFreqHz
};
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查阅MM32F5270 SDK的hal_spi.h文件，可以知道MM32F5270一共有三个SPI。其中，SPI1在片内的APB2总线上，SPI2和SPI3在片内的APB1总线上。当然，查看数据手册的系统框图也可以知道：

因此，SPI总线基础配置数组，定义如下：

static struct mm32_spi_config spi_config[] = {
    {SPI1, "spi1", CLOCK_APB2_FREQ},
    {SPI2, "spi2", CLOCK_APB1_FREQ},
    {SPI3, "spi3", CLOCK_APB1_FREQ},
};
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类似的，可以定义用于索引数组的枚举：

enum
{
    SPI1_INDEX,
    SPI2_INDEX,
    SPI3_INDEX,
    SPI_MAX
};
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这里为了代码清晰，暂时没有添加每个SPI的配置项。后期调通之后，可以通过Kconfig为每个SPI添加配置项；只在配置打开后，才编译相关代码。

SPI总线对象

SPI总线对象类型定义，如下：

struct mm32_spi
{
    SPI_Type *spi_handle;
    struct mm32_spi_config *soc_cfg;            // SPI总线配置,用于给底层接口传参数
    const struct rt_spi_configuration *drv_cfg; // RT-Thread SPI驱动框架配置,由上层传下来
    struct rt_spi_bus spi_bus;
};

static struct mm32_spi spi_bus_obj[SPI_MAX] = {0}; // rt_hw_spi_bus_init 中会用到
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SPI总线设备注册

有了前面的类型定义，就可以实现SPI总线设备注册了。模仿STM32，编写rt_hw_spi_bus_init函数，并让其在启动时自动执行：

static int rt_hw_spi_bus_init(void)
{
    rt_err_t result = RT_EOK;

    for (rt_size_t i = 0; i < SPI_MAX; i++)
    {
        spi_bus_obj[i].soc_cfg = &spi_config[i];
        spi_bus_obj[i].spi_bus.parent.user_data = &spi_config[i];
        spi_bus_obj[i].spi_handle = spi_config[i].spi_handle;

        result = rt_spi_bus_register(&spi_bus_obj[i].spi_bus, spi_config[i].bus_name, &mm32_spi_ops);
        RT_ASSERT(result == RT_EOK);

        LOG_D("SPI bus device %s register done!", spi_config[i].bus_name);
    }
    return result;
}
INIT_BOARD_EXPORT(rt_hw_spi_bus_init);
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rt_hw_spi_bus_init函数中，调用了rt_spi_bus_register函数，向系统注册了spi1、spi2、spi3设备；同时，将SPI总线对象数组（spi_bus_obj）中的部分指针成员指向spi_config数组中的成员，方便后续其他接口中进行操作。

这里的mm32_spi_ops，定义如下：

static const struct rt_spi_ops mm32_spi_ops = {
    .configure = mm32_spi_configure,
    .xfer = mm32_spi_xfer,
};
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rt_hw_spi_device_attach接口实现

类似的，可以实现rt_hw_spi_device_attach函数：

static const struct
{
    GPIO_Type *gpio;
    rt_uint32_t rcc;
} gpio_rcc_table[] = { // 用于初始化对应的GPIO AHB时钟
    {GPIOA, RCC_AHB1_PERIPH_GPIOA},
    {GPIOB, RCC_AHB1_PERIPH_GPIOB},
    {GPIOC, RCC_AHB1_PERIPH_GPIOC},
    {GPIOD, RCC_AHB1_PERIPH_GPIOD},
    {GPIOE, RCC_AHB1_PERIPH_GPIOE},
    {GPIOF, RCC_AHB1_PERIPH_GPIOF},
    {GPIOG, RCC_AHB1_PERIPH_GPIOG},
    {GPIOH, RCC_AHB1_PERIPH_GPIOH},
    {GPIOI, RCC_AHB1_PERIPH_GPIOI},
};

rt_err_t rt_hw_spi_device_attach(const char *bus_name, const char *device_name, GPIO_Type *cs_gpio, uint16_t cs_pin)
{
    RT_ASSERT(bus_name != RT_NULL);
    RT_ASSERT(device_name != RT_NULL);
    RT_ASSERT(cs_gpio != RT_NULL);

    rt_err_t result = RT_EOK;
    struct rt_spi_device *spi_device = RT_NULL;
    struct mm32_spi_cs *spi_cs_pin = RT_NULL;

    // enable and reset cs GPIO clock
    for (rt_size_t i = 0; i < sizeof(gpio_rcc_table) / sizeof(gpio_rcc_table[0]); i++)
    {
        if (gpio_rcc_table[i].gpio == cs_gpio)
        {
            RCC_EnableAHB1Periphs(gpio_rcc_table[i].rcc, true);
            RCC_ResetAHB1Periphs(gpio_rcc_table[i].rcc);
            break;
        }
    }

    // prepare and init GPIO
    GPIO_Init_Type gpio_init;
    gpio_init.Pins = cs_pin;
    gpio_init.Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    gpio_init.PinMode = GPIO_PinMode_Out_PushPull;
    GPIO_Init(cs_gpio, &gpio_init);

    // create mm32_spi_cs object
    spi_cs_pin = (struct mm32_spi_cs *)rt_calloc(sizeof(struct mm32_spi_cs), 1);
    spi_cs_pin->gpio = cs_gpio;
    spi_cs_pin->pin = cs_pin;

    // create spi_device object
    spi_device = (struct rt_spi_device *)rt_calloc(sizeof(struct rt_spi_device), 1);
    RT_ASSERT(spi_device != RT_NULL);

    // attach spi_device to spi bus
    result = rt_spi_bus_attach_device(spi_device, device_name, bus_name, (void *)spi_cs_pin);
    if (result != RT_EOK)
    {
        LOG_E("%s attach to bus %s faild, %d\n", device_name, bus_name, result);
        return result;
    }

    LOG_D("%s attach to bus %s done", device_name, bus_name);
    return RT_EOK;
}
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rt_hw_spi_device_attach函数中，首先初始化了cs_gpio的时钟和功能，然后创建mm32_spi_cs和rt_spi_device对象，最后调用rt_spi_bus_attach_device，将SPI设备关联到SPI总线上，并将mm32_spi_cs对象指针作为额外参数（填充在rt_spi_device.parent.user_data上）。

rt_spi_ops接口定义

rt_hw_spi_bus_init函数中引用的mm32_spi_ops变量，其中记录了RT-Thread SPI驱动框架预留给芯片平台的两个SPI操作接口。struct rt_spi_ops类型定义如下：

struct rt_spi_ops
{
    rt_err_t (*configure)(struct rt_spi_device *device, struct rt_spi_configuration *configuration);
    rt_uint32_t (*xfer)(struct rt_spi_device *device, struct rt_spi_message *message);
};
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我们实现的mm32_spi_configure和mm32_spi_xfer函数，它们的参数和返回值需要和rt_spi_ops里面的一致。

rt_spi_ops.configure接口实现

rt_spi_ops.configure接口的职责是——将上层rt_spi_configure接口的配置参数传递给底层，完成SPI相关参数设置。MM32F5270的具体实现如下：

static rt_err_t mm32_spi_configure(struct rt_spi_device *device,
                                   struct rt_spi_configuration *configuration)
{
    RT_ASSERT(device != RT_NULL);
    RT_ASSERT(configuration != RT_NULL);

    struct mm32_spi *spi_bus = rt_container_of(device->bus, struct mm32_spi, spi_bus);
    spi_bus->drv_cfg = configuration;

    struct mm32_spi_cs *cs_pin = (struct mm32_spi_cs *)device->parent.user_data;
    return mm32_spi_init(spi_bus, cs_pin);
}

void mm32_gpio_pin_init(GPIO_Type *gpiox, uint16_t pin, uint8_t afn, GPIO_PinMode_Type mode, GPIO_Speed_Type speed)
{
    GPIO_Init_Type gpio_init;
    gpio_init.Pins = pin;
    gpio_init.PinMode = mode;
    gpio_init.Speed = speed;
    GPIO_Init(gpiox, &gpio_init);
    GPIO_PinAFConf(gpiox, pin, afn);
}

// 这里配置SPI实际引脚和外设时钟，可能需要根据实际情况修改
static void mm32_spi_bus_pin_init(SPI_Type *spi_handle, rt_bool_t master_mode)
{
    if (spi_handle == SPI3)
    {
        // SPI3, enable and reset clock
        RCC_EnableAPB1Periphs(RCC_APB1_PERIPH_SPI3, true);
        RCC_ResetAPB1Periphs(RCC_APB1_PERIPH_SPI3);

        // GPIOC. for PC10, PC11, PC12
        RCC_EnableAHB1Periphs(RCC_AHB1_PERIPH_GPIOC, true);
        RCC_ResetAHB1Periphs(RCC_AHB1_PERIPH_GPIOC);

        // PC12 GPIO_AF_6: SPI3_MOSI
        mm32_gpio_pin_init(GPIOC, GPIO_PIN_12, GPIO_AF_6, GPIO_PinMode_AF_PushPull, GPIO_Speed_50MHz);

        // PC11 GPIO_AF_6: SPI3_MISO
        mm32_gpio_pin_init(GPIOC, GPIO_PIN_11, GPIO_AF_6, GPIO_PinMode_In_Floating, GPIO_Speed_50MHz);

        if (master_mode)
        {
            // PC10 GPIO_AF_6: SPI3_SCK
            mm32_gpio_pin_init(GPIOC, GPIO_PIN_10, GPIO_AF_6, GPIO_PinMode_AF_PushPull, GPIO_Speed_50MHz);
        }
    }
    else
    {
        LOG_E("%s: invalid spi_handle, no SPI1 and SPI2 configurations!", __func__);
    }
}

// typedef enum
// {
//     SPI_PolPha_Alt0 = 0u, /*!< CPOL = 0, CPHA = 1, Clock line is low when idle, Data valid when at falling edge */
//     SPI_PolPha_Alt1 = 1u, /*!< CPOL = 0, CPHA = 0, Clock line is low when idle, Data valid when at rising edge */
//     SPI_PolPha_Alt2 = 2u, /*!< CPOL = 1, CPHA = 1, Clock line is high when idle, Data valid when at rising edge */
//     SPI_PolPha_Alt3 = 3u, /*!< CPOL = 1, CPHA = 0, Clock line is high when idle, Data valid when at falling edge */
// }   SPI_PolPha_Type;
static SPI_PolPha_Type mm32_polpha_from_mode(rt_uint8_t mode)
{
    rt_bool_t cpol = (mode & RT_SPI_CPOL) ? RT_TRUE : RT_FALSE;
    rt_bool_t cpha = (mode & RT_SPI_CPHA) ? RT_TRUE : RT_FALSE;

    if (cpol && cpha)
    {
        return SPI_PolPha_Alt2; // CPOL = 1, CPHA = 1
    }

    if (cpol)
    {
        return SPI_PolPha_Alt3; // CPOL = 1, CPHA = 0
    }

    if (cpha)
    {
        return SPI_PolPha_Alt0; // CPOL = 0, CPHA = 1
    }

    return SPI_PolPha_Alt1; // CPOL = 0, CPHA = 0
}

static rt_err_t mm32_spi_init(struct mm32_spi *spi_bus, struct mm32_spi_cs *cs_pin)
{
    struct mm32_spi_config *soc_cfg = spi_bus->soc_cfg;
    const struct rt_spi_configuration *drv_cfg = spi_bus->drv_cfg;
    RT_ASSERT(spi_bus != RT_NULL);
    RT_ASSERT((drv_cfg->data_width % 8) == 0);

    // check is master mode or not
    rt_bool_t master_mode = (drv_cfg->mode & RT_SPI_SLAVE) ? RT_FALSE : RT_TRUE;
    LOG_D("master_mode=%d, peed=%d, data_width=%d", master_mode, drv_cfg->max_hz, drv_cfg->data_width);

    // set SPI bus pins as SPI function
    mm32_spi_bus_pin_init(soc_cfg->spi_handle, master_mode);

    // prepare SPI config, setup SPI master/slave
    if (master_mode)
    {
        SPI_Master_Init_Type master_cfg;
        master_cfg.ClockFreqHz = soc_cfg->clock_freq;
        master_cfg.BaudRate = drv_cfg->max_hz;
        master_cfg.PolPha = mm32_polpha_from_mode(drv_cfg->mode);
        master_cfg.DataWidth = drv_cfg->data_width;
        master_cfg.XferMode = SPI_XferMode_TxRx;
        master_cfg.AutoCS = cs_pin ? false : true;
        master_cfg.LSB = (drv_cfg->mode & RT_SPI_MSB) ? false : true;
        SPI_InitMaster(soc_cfg->spi_handle, &master_cfg);
    }
    else
    {
        SPI_Slave_Init_Type slave_cfg;
        slave_cfg.PolPha = mm32_polpha_from_mode(drv_cfg->mode);
        slave_cfg.DataWidth = drv_cfg->data_width;
        slave_cfg.XferMode = SPI_XferMode_TxRx;
        slave_cfg.AutoCS = false;
        slave_cfg.LSB = (drv_cfg->mode & RT_SPI_MSB) ? false : true;
        SPI_InitSlave(soc_cfg->spi_handle, &slave_cfg);
    }

    // eanble SPI master/slave
    SPI_Enable(soc_cfg->spi_handle, true);
    LOG_I("%s done!", __func__);
    return RT_EOK;
}
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这段代码中，mm32_spi_bus_pin_init函数类似于STM32的HAL_SPI_MspInit，用于初始化SPI的实际引脚及其时钟。看了一下开发板原理图，整个板子很多引脚几乎全都被占用了。最终选了PC10、PC11、PC12引脚作为SPI3功能进行后续测试，所以这里暂时只有PC10、PC11、PC12引脚初始化为SPI3的代码。

rt_spi_ops.xfer接口实现

rt_spi_ops.xfer接口的职责是——和上层rt_spi_transfer/rt_spi_send/rt_spi_recv之类的发送、接收接口对接，实现SPI发送或接收功能。MM32F5270的具体实现如下：

static rt_uint32_t mm32_spi_xfer(struct rt_spi_device *device, struct rt_spi_message *message)
{
    rt_size_t xfer_len;
    rt_uint8_t *recv_buf;
    rt_uint8_t *send_buf;
    SPI_Type *spi = RT_NULL;
    rt_err_t stat = RT_EOK;

    RT_ASSERT(device != RT_NULL);
    RT_ASSERT(message != RT_NULL);
    RT_ASSERT(device->parent.user_data != RT_NULL);

    struct mm32_spi *spi_bus = rt_container_of(device->bus, struct mm32_spi, spi_bus);
    struct mm32_spi_cs *cs = (struct mm32_spi_cs *)device->parent.user_data;

    if (message->cs_take && !(device->config.mode & RT_SPI_NO_CS))
    {
        LOG_D("%s: cs_take, mode=%d", __func__, device->config.mode);
        if (device->config.mode & RT_SPI_CS_HIGH)
        {
            GPIO_SetBits(cs->gpio, cs->pin);
        }
        else
        {
            GPIO_ClearBits(cs->gpio, cs->pin);
        }
    }

    spi = spi_bus->spi_handle;
    xfer_len = message->length;
    recv_buf = (rt_uint8_t *)message->recv_buf;
    send_buf = (rt_uint8_t *)message->send_buf;
    LOG_D("%s: xfer_len=%d, %s", __func__, xfer_len, recv_buf ? "recv" : "send");

    if (message->send_buf && message->recv_buf)
    {
        // 同时发送、接收，上层需要保证 send_buf、recv_buf 可访问长度 不小于 xfer_len
        stat = _spi_xfer(spi, send_buf, recv_buf, xfer_len, SPI_TIME_OUT);
    }
    else if (message->send_buf)
    {
        // 只发送
        stat = _spi_xfer(spi, send_buf, RT_NULL, xfer_len, SPI_TIME_OUT);
    }
    else if (message->recv_buf)
    {
        rt_memset(recv_buf, 0xff, xfer_len);
        stat = _spi_xfer(spi,
                         recv_buf, // 生成足够的时钟信号
                         recv_buf, xfer_len, SPI_TIME_OUT);
    }
    else
    {
        LOG_E("%s: both send_buf and recv_buf is null!", __FUNCTION__);
        stat = RT_EIO;
    }

    if (message->cs_release && !(device->config.mode & RT_SPI_NO_CS))
    {
        LOG_D("%s: cs_release, mode=%d", __func__, device->config.mode);
        if (device->config.mode & RT_SPI_CS_HIGH)
        {
            GPIO_ClearBits(cs->gpio, cs->pin);
        }
        else
        {
            GPIO_SetBits(cs->gpio, cs->pin);
        }
    }

    if (stat != RT_EOK)
    {
        xfer_len = 0;
    }

    return xfer_len;
}

static rt_err_t _spi_xfer(SPI_Type *spi,
                          const rt_uint8_t *tx_buff,
                          rt_uint8_t *rx_buff,
                          rt_uint32_t length,
                          rt_uint32_t timeout)
{
    rt_uint32_t start = rt_tick_get();
    rt_uint8_t dat = 0;

    if ((tx_buff == RT_NULL) || (length == 0))
    {
        return RT_EIO;
    }

    while (length--)
    {
        // wait for tx not full
        while (SPI_GetStatus(spi) & SPI_STATUS_TX_FULL)
        {
            if ((rt_tick_get() - start) > timeout)
            {
                return RT_ETIMEOUT;
            }
        }
        // send a byte
        SPI_PutData(spi, *tx_buff++);

        // wait for rx done
        while (!(SPI_GetStatus(spi) & SPI_STATUS_RX_DONE))
        {
            if ((rt_tick_get() - start) > timeout)
            {
                return RT_ETIMEOUT;
            }
        }

        // recv a byte
        dat = SPI_GetData(spi);
        if (rx_buff)
        {
            *rx_buff++ = dat;
        }
    }
    return RT_EOK;
}
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_spi_xfer代码参考了SDK里面的部分代码，实现了SPI上的数据首发。

SPI功能测试

测试外设——W25Q128

为了能够同时测试SPI的发送和接收功能，这里选用了SPI Flash模组，芯片为华邦的W25Q128（16MB）。模组外观（图片来自某宝）：

板子和模块的连接关系如下图：

SFUD和FAL组件配置

由于RT-Thread系统本身带有SFUD（Serial Flash Universal Driver）组件、FAL（Flash Abstract Layer）组件，以及FlashDB软件包。因此，通过简单的配置就可以驱动SPI Flash模组，并使用FAL组件附带的命令对Flash芯片进行读取、写入、擦除等操作，以及使用FlashDB实现键值存储（KVDB）。

通过使用env工具的menuconfig命令，进行配置的具体操作这里不再描述。

使用SFUD、FAL组件，所需的具体配置项如下（menuconfig界面中可以使用键“/”进行搜索）：

CONFIG_RT_USING_FAL=y
CONFIG_FAL_DEBUG_CONFIG=y
CONFIG_FAL_DEBUG=1
CONFIG_FAL_PART_HAS_TABLE_CFG=y
CONFIG_FAL_USING_SFUD_PORT=y
CONFIG_FAL_USING_NOR_FLASH_DEV_NAME="norflash0"
CONFIG_RT_USING_SPI=y
CONFIG_RT_USING_SFUD=y
CONFIG_RT_SFUD_USING_SFDP=y
CONFIG_RT_SFUD_USING_FLASH_INFO_TABLE=y
CONFIG_RT_SFUD_SPI_MAX_HZ=1000000
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配置完成后，使用如下命令重新生成mdk项目：

scons --target=mdk5
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这个命令本身也会编译项目，但是需要保证rtconfig.py中的配置正确。

MDK项目生成完成后，使用Keil编译、烧录。

板子再次启动时，看到SFUD、FAL初始化成功的日志，则表示SPI功能正常了。

正常的话，启动日志如下图：

可以看到，成功识别到。

也可以取消drv_spi.c中的#define DEBUG注释，打开调试日志，可以看到SPI发送和接收的日志信息：

FlashDB软件包测试

首先在menuconfig界面中启用FlashDB软件包：

RT-Thread online packages → system packages → FlashDB

然后，进入FlashDB组件配置项，关闭暂时用不到的TSDB；

重新生成mdk项目：

scons --target=mdk5
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编译、烧录、运行。

测试运行如下：

测试正常！

代码仓

文中贴出来的只是代码片段，完整代码请参考码云代码仓：https://gitee.com/MM32F5270/mm32f5270_rtt

问题解决

关于配置和生成项目

这里我配置使用的是RT-Thread的env命令行工具（env.exe），跳转到项目目录后，执行menuconfig命令，进行配置的。

除此之外，也可以在git bash中使用scons --pyconfig命令，对项目进行配置；但执行该命令之前，需要先设置ENV_ROOT环境变量，并将其设置为你的env工具所在目录，例如：

export ENV_ROOT=/d/RT-ThreadStudio/platform/env_released/env

# cmd 中使用如下命令设置：
# set ENV_ROOT=D:\RT-ThreadStudio\platform\env_released\env
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没有设置ENV_ROOT环境变量的话，scons --pyconfig命令会有如下报错：

参考链接

1. 【极术社区】【MM32F5270开发板试用】RT-Thread的移植: https://aijishu.com/a/1060000000347637
2. 【RT-Thread文档中心】SPI 设备： https://www.rt-thread.org/document/site/#/rt-thread-version/rt-thread-standard/programming-manual/device/spi/spi