SPI硬件基礎(chǔ)知識(shí)科普

SPI硬件基礎(chǔ)

1、SPI hardware

SPI：Serial Perripheral Interface，串行外圍設(shè)備接口，由 Motorola 公司提出，是一種高速、全雙工、同步通信總線。SPI 以主從方式工作，通常是有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，無應(yīng)答機(jī)制。

本文我們講解標(biāo)準(zhǔn)的 4 線 SPI，四根線如下：

①、CS/SS，Slave Select/Chip Select，片選信號(hào)線，用于選擇需要進(jìn)行通信的從設(shè)備。

②、SCK，Serial Clock，串行時(shí)鐘，和 I2C 的 SCL 一樣，為 SPI 通信提供時(shí)鐘。

③、MOSI/SDO，Master Out Slave In/Serial Data Output，主輸出從輸入。

④、MISO/SDI，Master In Slave Out/Serial Data Input，主輸入從輸出。

2、SPI 四種工作模式

SPI 有四種工作模式，通過時(shí)鐘極性(CPOL)和時(shí)鐘相位(CPHA)的搭配來得到四種工作模式：

①、CPOL=0，串行時(shí)鐘空閑狀態(tài)為低電平。
②、CPOL=1，串行時(shí)鐘空閑狀態(tài)為高電平。
③、CPHA=0，串行時(shí)鐘的第一個(gè)跳變沿(上升沿或下降沿)采集數(shù)據(jù)。
④、CPHA=1，串行時(shí)鐘的第二個(gè)跳變沿(上升沿或下降沿)采集數(shù)據(jù)。

示例波形圖如下：

SPI 是全雙工的，所以讀寫時(shí)序可以一起完成。

3、SPI 傳輸機(jī)制

從圖可以看出，主機(jī)和從機(jī)都有一個(gè)串行移位寄存器，主機(jī)通過向它的 SPI 串行寄存器寫入一個(gè)字節(jié)來發(fā)起一次傳輸。寄存器通過 MOSI 信號(hào)線將字節(jié)傳送給從機(jī)，從機(jī)也將自己的移位寄存器中的內(nèi)容通過 MISO 信號(hào)線返回給主機(jī)。這樣，兩個(gè)移位寄存器中的內(nèi)容就被交換。

外設(shè)的寫操作和讀操作是同步完成的。如果只進(jìn)行寫操作，主機(jī)只需忽略接收到的字節(jié)；反之，若主機(jī)要讀取從機(jī)的一個(gè)字節(jié)，就必須發(fā)送一個(gè)空字節(jié)來引發(fā)從機(jī)的傳輸。

雖然 SPI 四線制支持讀寫同時(shí)進(jìn)行，但實(shí)際上我們很多時(shí)候并不需要又讀又寫，見以下兩種情況（參考 BMA223 數(shù)據(jù)手冊）：

注意：如下三幅圖示均為 CPOL=1，CPHA=1

1、主機(jī)向從機(jī)寫數(shù)據(jù)

主機(jī)發(fā)送先發(fā)送 8 bits，第一個(gè) bit 為 0 代表這次主機(jī)是想寫數(shù)據(jù)到從機(jī)，AD6~AD0 表示要寫的寄存器地址。然后，主機(jī)就會(huì)一直寫下去。在這期間 SDO 一直沒用，一直是高阻態(tài)，算是一直讀到1。

2、主機(jī)從從機(jī)讀數(shù)據(jù)

這種情況下，主機(jī)先發(fā)送 8 bits，第一位為 1 代表這次是讀，然后 AD6 ~ AD0 是想要讀的寄存器地址，然后 SDO 開始返回?cái)?shù)據(jù)。

4、SPI timing diagram

Tcsb_setup：建立時(shí)間
Tcsb_hold：保持時(shí)間
tsckl：低電平時(shí)間
tsckh：高電平時(shí)間
SCK period ：Tsckl + tsckh
一般情況下Tsckl=tsckh

注意：真實(shí)的波形圖如上，高低電平并不是到達(dá)最高點(diǎn)才算，0.3Vdd 以下為低電平，0.7Vdd 以上為高電平，計(jì)算信號(hào)時(shí)間長度的時(shí)候需要注意這個(gè)微小的時(shí)間，硬件設(shè)計(jì)必須注意信號(hào)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，軟件開發(fā)人員也要會(huì)看波形圖。

這里的參數(shù)，一般 spi 驅(qū)動(dòng)不需要設(shè)置，但是半導(dǎo)體廠商提供的 spi 控制器驅(qū)動(dòng)中，可以修改這些參數(shù)。我們寫 SPI 驅(qū)動(dòng)時(shí)候，可以根據(jù)從設(shè)備的要求來修改這些參數(shù)。

5、DMA 與 FIFO

不同平臺(tái)對(duì)于 SPI FIFO 和 DMA 的 buffer size 設(shè)置不同：

傳輸 32bytes 以下使用 FIFO，傳輸 32bytes 以上使用 DMA。

DMA 可以自動(dòng)發(fā)起多次傳輸，一次最大 256K 。

6、I2C 與 SPI 對(duì)比

I2C 和 SPI 的速率如下：

SPI 速率：幾十 MHz 甚至上百 MHz，速度取決于 CPU 的 SPI 控制器和時(shí)鐘 clock

STM32F103 的 SPI 最高支持 18MHz，imx6ull 的 SPI 最高支持 52MHz，其他芯片一般用不到更高的，因?yàn)樗俣仍娇觳ㄐ钨|(zhì)量越不好，越容易出問題。

具體采用多大速率還和外設(shè)有關(guān)，比如 EEPROM 的 W25Q128 的 SPI 最高支持 80MHz，ICM20608 傳感器的 SPI 最高支持8MHz。一般用在 flash 上的速度會(huì)較快。

7、擴(kuò)展

SPI 協(xié)議其實(shí)是包括：Standard SPI、Dual SPI 和 Queued SPI 三種協(xié)議接口。

Dual SPI 還是四線制，只是傳輸線可以變?yōu)橥较?，速度?Standard SPI 的兩倍。

Queued SPI 是六線制，多了兩根數(shù)據(jù)線，傳輸速度是 Standard SPI 的四倍。

SPILinux驅(qū)動(dòng)

1、SPI 驅(qū)動(dòng)源文件目錄

Linux common spi driver

kernel-4.14/drivers/spi/spi.cLinux提供的通用接口封裝層驅(qū)動(dòng)
kernel-4.14/drivers/spi/spidev.clinux提供的SPI通用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
kernel-4.14/include/linux/spi/spi.hlinux提供的包含SPI的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)

spi 控制器驅(qū)動(dòng)，IC 廠商提供，不同廠商命名不同

kernel-4.14/drivers/spi/spi-mt65xx.cMTKSPI控制器驅(qū)動(dòng)
kernel-4.14/drivers/spi/spi-mt65xx-dev.c
kernel-4.14/include/linux/platform_data/spi-mt65xx.h

dts

kernel-4.14/arch/arm/boot/dts/...
kernel-4.14/arch/arm64/boot/dts/...

以上文件對(duì)應(yīng)如下 SPI 驅(qū)動(dòng)軟件架構(gòu)：

SPI 控制器驅(qū)動(dòng)程序

SPI 控制器不用關(guān)心設(shè)備的具體功能，它只負(fù)責(zé)把上層協(xié)議驅(qū)動(dòng)準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)按 SPI 總線的時(shí)序要求發(fā)送給 SPI 設(shè)備，同時(shí)把從設(shè)備收到的數(shù)據(jù)返回給上層的協(xié)議驅(qū)動(dòng)，因此，內(nèi)核把 SPI 控制器的驅(qū)動(dòng)程序獨(dú)立出來。

SPI 控制器驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)控制具體的控制器硬件，諸如 DMA 和中斷操作等等，因?yàn)槎鄠€(gè)上層的協(xié)議驅(qū)動(dòng)可能會(huì)通過控制器請(qǐng)求數(shù)據(jù)傳輸操作，所以，SPI 控制器驅(qū)動(dòng)同時(shí)也要負(fù)責(zé)對(duì)這些請(qǐng)求進(jìn)行隊(duì)列管理，保證先進(jìn)先出的原則。

SPI 通用接口封裝層

為了簡化 SPI 驅(qū)動(dòng)程序的編程工作，同時(shí)也為了降低【協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序】和【控制器驅(qū)動(dòng)程序】的耦合程度，內(nèi)核把控制器驅(qū)動(dòng)和協(xié)議驅(qū)動(dòng)的一些通用操作封裝成標(biāo)準(zhǔn)的接口，加上一些通用的邏輯處理操作，組成了 SPI 通用接口封裝層。

這樣的好處是，對(duì)于控制器驅(qū)動(dòng)程序，只要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的接口回調(diào) API，并把它注冊到通用接口層即可，無需直接和協(xié)議層驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行交互。而對(duì)于協(xié)議層驅(qū)動(dòng)來說，只需通過通用接口層提供的 API 即可完成設(shè)備和驅(qū)動(dòng)的注冊，并通過通用接口層的 API 完成數(shù)據(jù)的傳輸，無需關(guān)注 SPI 控制器驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

SPI 協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序

SPI 設(shè)備的具體功能是由 SPI 協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序完成的，SPI 協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序了解設(shè)備的功能和通信數(shù)據(jù)的協(xié)議格式。向下，協(xié)議驅(qū)動(dòng)通過通用接口層和控制器交換數(shù)據(jù)，向上，協(xié)議驅(qū)動(dòng)通常會(huì)根據(jù)設(shè)備具體的功能和內(nèi)核的其它子系統(tǒng)進(jìn)行交互。

例如，和 MTD 層交互以便把 SPI 接口的存儲(chǔ)設(shè)備實(shí)現(xiàn)為某個(gè)文件系統(tǒng)，和 TTY 子系統(tǒng)交互把 SPI 設(shè)備實(shí)現(xiàn)為一個(gè) TTY 設(shè)備，和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)交互以便把一個(gè) SPI 設(shè)備實(shí)現(xiàn)為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。如果是一個(gè)專有的 SPI 設(shè)備，我們也可以按設(shè)備的協(xié)議要求，實(shí)現(xiàn)自己的專有協(xié)議驅(qū)動(dòng)。

SPI 通用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

考慮到連接在 SPI 控制器上的設(shè)備的可變性，在內(nèi)核沒有配備相應(yīng)的協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序，對(duì)于這種情況，內(nèi)核為我們準(zhǔn)備了通用的 SPI 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，該通用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序向用戶空間提供了控制 SPI 控制的控制接口，具體的協(xié)議控制和數(shù)據(jù)傳輸工作交由用戶空間根據(jù)具體的設(shè)備來完成，在這種方式中，只能采用同步的方式和 SPI 設(shè)備進(jìn)行通信，所以通常用于一些數(shù)據(jù)量較少的簡單 SPI 設(shè)備。

2、SPI 通用接口層

1. SPI 通用接口層把具體的 SPI 設(shè)備的協(xié)議驅(qū)動(dòng)和 SPI 控制器驅(qū)動(dòng)連接在一起。
2. 負(fù)責(zé) SPI 系統(tǒng)與 Linux 設(shè)備模型相關(guān)的初始化工作。
3. 為協(xié)議驅(qū)動(dòng)和控制器驅(qū)動(dòng)提供一系列的標(biāo)準(zhǔn)接口 API 及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
4. SPI 設(shè)備、SPI 協(xié)議驅(qū)動(dòng)、SPI 控制器的數(shù)據(jù)抽象
5. 協(xié)助數(shù)據(jù)傳輸而定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

kernel-4.14/drivers/spi/spi.c

staticint__initspi_init(void)
{
intstatus;

buf=kmalloc(SPI_BUFSIZ,GFP_KERNEL);
if(!buf){
status=-ENOMEM;
gotoerr0;
}

//創(chuàng)建/sys/bus/spi節(jié)點(diǎn)
status=bus_register(&spi_bus_type);
if(status0)
gotoerr1;

//創(chuàng)建/sys/class/spi_master節(jié)點(diǎn)
status=class_register(&spi_master_class);
if(status0)
gotoerr2;

if(IS_ENABLED(CONFIG_SPI_SLAVE)){
status=class_register(&spi_slave_class);
if(status0)
gotoerr3;
}
......
}

在這里創(chuàng)建了 SPI 總線，創(chuàng)建 /sys/bus/spi 節(jié)點(diǎn)和 /sys/class/spi_master 節(jié)點(diǎn)。

重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

spi_device
spi_driver
spi_board_info
spi_controller/spi_master
spi_transfer
spi_message

重要 API

spi_message_init
spi_message_add_tail
spi_sync
spi_async
spi_write
spi_read

接下來詳細(xì)解析結(jié)構(gòu)體和API，只講解重點(diǎn)部分，完整解析請(qǐng)參考官方文檔

https://www.kernel.org/doc/html/v4.14//driver-api/spi.html

只有熟悉每個(gè)結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)的是什么東西，才能真正搞懂 SPI 模塊。

spi_master/spi_controller：描述一個(gè) spi 主機(jī)設(shè)備

structspi_master{
//Linux驅(qū)動(dòng)模型中的設(shè)備
structdevicedev;

//此spi_master設(shè)備在全局spi_master鏈表中的節(jié)點(diǎn)
structlist_headlist;

//此spi_master編號(hào)
s16bus_num;

//此spi_master支持的片選信號(hào)數(shù)量
u16num_chipselect;

//dma地址對(duì)齊
u16dma_alignment;

//此spi_master支持傳輸?shù)膍ode
u16mode_bits;
u32bits_per_word_mask;
/*limitsontransferspeed*/
u32min_speed_hz;
u32max_speed_hz;

/*otherconstraintsrelevanttothisdriver*/
u16flags;

/*lockandmutexforSPIbuslocking*/
spinlock_tbus_lock_spinlock;//總線自旋鎖
structmutexbus_lock_mutex;//總線互斥鎖

//總線是否處于lock狀態(tài)
boolbus_lock_flag;

//準(zhǔn)備傳輸，設(shè)置傳輸?shù)膮?shù)
int(*setup)(structspi_device*spi);

//傳輸數(shù)據(jù)
int(*transfer)(structspi_device*spi,
structspi_message*mesg);
//設(shè)備release時(shí)的清除工作
void(*cleanup)(structspi_device*spi);

bool(*can_dma)(structspi_master*master,
structspi_device*spi,
structspi_transfer*xfer);

boolqueued;//是否采用系統(tǒng)的序列化傳輸
structkthread_workerkworker;//序列化傳輸時(shí)的線程worker
structtask_struct*kworker_task;//序列化傳輸?shù)木€程
structkthread_workpump_messages;//序列化傳輸時(shí)的處理函數(shù)
spinlock_tqueue_lock;//序列化傳輸時(shí)的queue_lock
structlist_headqueue;//序列化傳輸時(shí)的msg隊(duì)列頭
structspi_message*cur_msg;//序列化傳輸時(shí)當(dāng)前的msg
boolidling;
boolbusy;//序列化傳輸時(shí)線程是否處于busy狀態(tài)
boolrunning;//序列化傳輸時(shí)線程是否在運(yùn)行
boolrt;//是否實(shí)時(shí)傳輸
......

int(*prepare_transfer_hardware)(structspi_master*master);

//一個(gè)msg的傳輸實(shí)現(xiàn)
int(*transfer_one_message)(structspi_master*master,
structspi_message*mesg);
......

/*gpiochipselect*/
int*cs_gpios;
......
};

spi_device：描述一個(gè) spi 從機(jī)設(shè)備

structspi_device{
//Linux驅(qū)動(dòng)模型中的設(shè)備
structdevicedev;
structspi_master*master;//設(shè)備所連接的spi主機(jī)設(shè)備
u32max_speed_hz;//該設(shè)備最大傳輸速率
u8chip_select;//CS片選信號(hào)編號(hào)
u8bits_per_word;//每次傳輸長度
u16mode;//傳輸模式
......
intirq;//軟件中斷號(hào)
void*controller_state;//控制器狀態(tài)
void*controller_data;//控制參數(shù)
charmodalias[SPI_NAME_SIZE];//設(shè)備名稱
//CS片選信號(hào)對(duì)應(yīng)的GPIOnumber
intcs_gpio;/*chipselectgpio*/

/*thestatistics*/
structspi_statisticsstatistics;
};

spi_driver：描述一個(gè) spi 設(shè)備驅(qū)動(dòng)

structspi_driver{
//此driver所支持的spi設(shè)備list
conststructspi_device_id*id_table;
int(*probe)(structspi_device*spi);
int(*remove)(structspi_device*spi);
//系統(tǒng)shutdown時(shí)的回調(diào)函數(shù)
void(*shutdown)(structspi_device*spi);
structdevice_driverdriver;
};

spi_board_info：描述一個(gè) spi 從機(jī)設(shè)備板級(jí)信息，無設(shè)備樹時(shí)使用

structspi_board_info{
//設(shè)備名稱
charmodalias[SPI_NAME_SIZE];
constvoid*platform_data;//設(shè)備的平臺(tái)數(shù)據(jù)
void*controller_data;//設(shè)備的控制器數(shù)據(jù)
intirq;//設(shè)備的中斷號(hào)
u32max_speed_hz;//設(shè)備支持的最大速率
u16bus_num;//設(shè)備連接的spi總線編號(hào)
u16chip_select;//設(shè)備連接的CS信號(hào)編號(hào)
u16mode;//設(shè)備使用的傳輸mode
};

spi_transfer：描述 spi 傳輸?shù)木唧w數(shù)據(jù)

structspi_transfer{

constvoid*tx_buf;//spi_transfer的發(fā)送buf
void*rx_buf;//spi_transfer的接收buf
unsignedlen;//spi_transfer發(fā)送和接收的長度

dma_addr_ttx_dma;//tx_buf對(duì)應(yīng)的dma地址
dma_addr_trx_dma;//rx_buf對(duì)應(yīng)的dma地址
structsg_tabletx_sg;
structsg_tablerx_sg;

//spi_transfer傳輸完成后是否要改變CS片選信號(hào)
unsignedcs_change:1;
unsignedtx_nbits:3;
unsignedrx_nbits:3;
......
u8bits_per_word;//spi_transfer中一個(gè)word占的bits
u16delay_usecs;//兩個(gè)spi_transfer直接的等待延遲
u32speed_hz;//spi_transfer的傳輸速率

structlist_headtransfer_list;//spi_transfer掛載到的message節(jié)點(diǎn)
};

spi_message：描述一次 spi 傳輸?shù)男畔?/p>

structspi_message{
//掛載在此msg上的transfer鏈表頭
structlist_headtransfers;
//此msg需要通信的spi從機(jī)設(shè)備
structspi_device*spi;
//所使用的地址是否是dma地址
unsignedis_dma_mapped:1;

//msg發(fā)送完成后的處理函數(shù)
void(*complete)(void*context);
void*context;//complete函數(shù)的參數(shù)
unsignedframe_length;
unsignedactual_length;//此msg實(shí)際成功發(fā)送的字節(jié)數(shù)
intstatus;//此 msg 的發(fā)送狀態(tài)，0：成功，負(fù)數(shù)，失敗

structlist_headqueue;//此msg在所有msg中的鏈表節(jié)點(diǎn)
void*state;//此msg的私有數(shù)據(jù)
};

隊(duì)列化

SPI 數(shù)據(jù)傳輸可以有兩種方式：同步方式和異步方式。

同步方式：數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)起者必須等待本次傳輸?shù)慕Y(jié)束，期間不能做其它事情，用代碼來解釋就是，調(diào)用傳輸?shù)暮瘮?shù)后，直到數(shù)據(jù)傳輸完成，函數(shù)才會(huì)返回。

異步方式：數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)起者無需等待傳輸?shù)慕Y(jié)束，數(shù)據(jù)傳輸期間還可以做其它事情，用代碼來解釋就是，調(diào)用傳輸?shù)暮瘮?shù)后，函數(shù)會(huì)立刻返回而不用等待數(shù)據(jù)傳輸完成，我們只需設(shè)置一個(gè)回調(diào)函數(shù)，傳輸完成后，該回調(diào)函數(shù)會(huì)被調(diào)用以通知發(fā)起者數(shù)據(jù)傳送已經(jīng)完成。

同步方式簡單易用，很適合處理那些少量數(shù)據(jù)的單次傳輸。但是對(duì)于數(shù)據(jù)量大、次數(shù)多的傳輸來說，異步方式就顯得更加合適。

對(duì)于 SPI 控制器來說，要支持異步方式必須要考慮以下兩種狀況：

1. 對(duì)于同一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)起者，既然異步方式無需等待數(shù)據(jù)傳輸完成即可返回，返回后，該發(fā)起者可以立刻又發(fā)起一個(gè) message，而這時(shí)上一個(gè)message還沒有處理完。
2. 對(duì)于另外一個(gè)不同的發(fā)起者來說，也有可能同時(shí)發(fā)起一次message傳輸請(qǐng)求。

隊(duì)列化正是為了為了解決以上的問題，所謂隊(duì)列化，是指把等待傳輸?shù)?message 放入一個(gè)等待隊(duì)列中，發(fā)起一個(gè)傳輸操作，其實(shí)就是把對(duì)應(yīng)的 message 按先后順序放入一個(gè)等待隊(duì)列中，系統(tǒng)會(huì)在不斷檢測隊(duì)列中是否有等待傳輸?shù)?message，如果有就不停地調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)核線程，逐個(gè)取出隊(duì)列中的 message 進(jìn)行處理，直到隊(duì)列變空為止。SPI 通用接口層為我們實(shí)現(xiàn)了隊(duì)列化的基本框架。

spi_message 就是一次 SPI 數(shù)據(jù)交換的原子操作，不可打斷。

3、SPI 控制器驅(qū)動(dòng)層

SPI 控制器驅(qū)動(dòng)層負(fù)責(zé)最底層的數(shù)據(jù)收發(fā)，主要有以下功能：

1. 申請(qǐng)必要的硬件資源，比如中斷、DMA 通道、DMA 內(nèi)存緩沖區(qū)等等
2. 配置 SPI 控制器的工作模式和參數(shù)，使之可以和相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)交換
3. 向通用接口層提供接口，使得上層的協(xié)議驅(qū)動(dòng)可以通過通用接口層訪問控制器驅(qū)動(dòng)
4. 配合通用接口層，完成數(shù)據(jù)消息隊(duì)列的排隊(duì)和處理，直到消息隊(duì)列變空為止

SPI 主機(jī)驅(qū)動(dòng)就是 SOC 的 SPI 控制器驅(qū)動(dòng)。Linux 內(nèi)核使用 spi_master/spi_controller 表示 SPI 主機(jī)驅(qū)動(dòng)，spi_master 是個(gè)結(jié)構(gòu)體，定義在 include/linux/spi/spi.h 文件中。

SPI 主機(jī)驅(qū)動(dòng)的核心就是申請(qǐng) spi_master，然后初始化 spi_master，最后向 Linux 內(nèi)核注冊 spi_master。

API 如下：

spi_alloc_master 函數(shù)：申請(qǐng) spi_master。
spi_master_put 函數(shù)：釋放 spi_master。

spi_register_master函數(shù)：注冊 spi_master。
spi_unregister_master 函數(shù)：注銷 spi_master。

spi_bitbang_start函數(shù)：注冊 spi_master。
spi_bitbang_stop 函數(shù)：注銷 spi_master。

SPI 主機(jī)驅(qū)動(dòng)的加載

以 MTK 為例，源碼來自于小米開源項(xiàng)目

https://github.com/MiCode/Xiaomi_Kernel_OpenSource

小米每做一個(gè)項(xiàng)目，都會(huì)把 kernel 部分開源，因?yàn)樾枰裱?Linux GPL 開源協(xié)議。

【設(shè)備】聲明在設(shè)備樹中

kernel-4.14/arch/arm64/boot/dts/mediatek/mt6885.dts

【驅(qū)動(dòng)】

kernel-4.14/drivers/spi/spi-mt65xx.c

匹配以后，probe 函數(shù)執(zhí)行，申請(qǐng) spi_master，初始化 spi_master，最后向 Linux 內(nèi)核注冊 spi_master。

4、軟件流程

看懂該圖，對(duì) SPI 驅(qū)動(dòng)框架就有完整的了解了。

1、2、3 按順執(zhí)行，首先有 spi 總線的注冊，然后是 spi 控制器驅(qū)動(dòng)加載，然后是設(shè)備驅(qū)動(dòng)加載。

區(qū)別在于，spi 控制器驅(qū)動(dòng)加載時(shí)，是靠 platform 總線匹配設(shè)備（控制器）與驅(qū)動(dòng)。spi 設(shè)備驅(qū)動(dòng)加載時(shí)，是靠 spi 總線匹配設(shè)備（外設(shè)IC）與驅(qū)動(dòng)。

init flow

spi_register_master 的調(diào)用序列圖

隊(duì)列化的工作機(jī)制及過程

當(dāng)協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序通過 spi_async 發(fā)起一個(gè) message 請(qǐng)求時(shí)，隊(duì)列化和工作線程被激活，觸發(fā)一些列的操作，最終完成 message 的傳輸操作。

spi_sync 與 spi_async 類似，只是有一個(gè)等待過程。

5、SPI 設(shè)備驅(qū)動(dòng)

【設(shè)備】聲明在設(shè)備樹中

注意：設(shè)備的聲明，slave device node 應(yīng)該包含在你所要掛載的 &spi node 下，將 device 綁定在 master 上。然后通過 pinctrl 方式指定 GPIO，并在驅(qū)動(dòng)中操作 pinctrl 句柄。

【驅(qū)動(dòng)】demo

Linux 內(nèi)核使用 spi_driver 結(jié)構(gòu)體來表示 spi 設(shè)備驅(qū)動(dòng)，我們在編寫 SPI 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的時(shí)候需要實(shí)現(xiàn) spi_driver。spi_driver 結(jié)構(gòu)體定義在 include/linux/spi/spi.h 文件中。

spi_register_driver：注冊 spi_driver
spi_unregister_driver：銷掉 spi_driver

/*probe函數(shù)*/
staticintxxx_probe(structspi_device*spi)
{

/*具體函數(shù)內(nèi)容*/
return0;
}

/*remove函數(shù)*/
staticintxxx_remove(structspi_device*spi)
{

/*具體函數(shù)內(nèi)容*/
return0;
}

/*傳統(tǒng)匹配方式ID列表*/
staticconststructspi_device_idxxx_id[]={

{"xxx",0},
{}
};

/*設(shè)備樹匹配列表*/
staticconststructof_device_idxxx_of_match[]={

{.compatible="xxx"},
{/*Sentinel*/}
};

/*SPI驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)體*/
staticstructspi_driverxxx_driver={

.probe=xxx_probe,
.remove=xxx_remove,
.driver={
.owner=THIS_MODULE,
.name="xxx",
.of_match_table=xxx_of_match,
},
.id_table=xxx_id,
};

/*驅(qū)動(dòng)入口函數(shù)*/
staticint__initxxx_init(void)
{

returnspi_register_driver(&xxx_driver);
}

/*驅(qū)動(dòng)出口函數(shù)*/
staticvoid__exitxxx_exit(void)
{

spi_unregister_driver(&xxx_driver);
}

module_init(xxx_init);
module_exit(xxx_exit);

在驅(qū)動(dòng)入口函數(shù)中調(diào)用 spi_register_driver 來注冊 spi_driver。

在驅(qū)動(dòng)出口函數(shù)中調(diào)用 spi_unregister_driver 來注銷 spi_driver。

spi 讀寫數(shù)據(jù)demo

/*SPI多字節(jié)發(fā)送*/
staticintspi_send(structspi_device*spi,u8*buf,intlen)
{
intret;
structspi_messagem;

structspi_transfert={
.tx_buf=buf,
.len=len,
};

spi_message_init(&m);/*初始化spi_message*/
spi_message_add_tail(t,&m);/*將spi_transfer添加到spi_message隊(duì)列*/
ret=spi_sync(spi,&m);/*同步傳輸*/
returnret;
}
/*SPI多字節(jié)接收*/
staticintspi_receive(structspi_device*spi,u8*buf,intlen)
{
intret;
structspi_messagem;

structspi_transfert={
.rx_buf=buf,
.len=len,
};

spi_message_init(&m);/*初始化spi_message*/
spi_message_add_tail(t,&m);/*將spi_transfer添加到spi_message隊(duì)列*/
ret=spi_sync(spi,&m);/*同步傳輸*/
returnret;
}

除了 init、exit、probe、remove、read、write 函數(shù)外，其他的函數(shù)看需求實(shí)現(xiàn)，這幾個(gè)是最基本的。

6、總結(jié)

Linux 是 總線、設(shè)備、驅(qū)動(dòng) 的框架，理解了這個(gè)框架，就能理解所有的模塊驅(qū)動(dòng)框架。

SPI 驅(qū)動(dòng)比 I2C 驅(qū)動(dòng)還是簡單很多的。

end