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SPI（Serial Peripheral Interface）是一種同步的串行通信總線，特點(diǎn)是通信線路簡(jiǎn)單、速度快、支持多從設(shè)備、全雙工通信等。在嵌入式系統(tǒng)中，SPI總線已經(jīng)成為一種常用的通信接口標(biāo)準(zhǔn)。本文將深入介紹Linux下SPIDevice Driver的實(shí)現(xiàn)及工作原理。
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一、SPI總線簡(jiǎn)介
SPI總線通信原理非常簡(jiǎn)單，主機(jī)通過(guò)CLK（時(shí)鐘線）、MOSI（主設(shè)備輸出從設(shè)備輸入）、MISO（主設(shè)備輸入從設(shè)備輸出）以及SS（片選線）與從設(shè)備通信。時(shí)鐘線提供不間斷的時(shí)基信號(hào)，主機(jī)通過(guò)CLK控制數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序。MOSI和MISO是雙向數(shù)據(jù)線，主機(jī)通過(guò)MOSI向從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，由從設(shè)備通過(guò)MISO返回?cái)?shù)據(jù)。SS線安排從設(shè)備，當(dāng)某一從設(shè)備上的SS線被拉低（低電平）時(shí)，該從設(shè)備被選擇，通信開(kāi)始；當(dāng)SS線被拉高（高電平）時(shí)，通信結(jié)束并釋放該從設(shè)備。
二、SPI設(shè)備驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式
在Linux系統(tǒng)中，SPI設(shè)備驅(qū)動(dòng)集成了到核心框架中的SPI總線、SPI從設(shè)備管理以及SPI設(shè)備驅(qū)動(dòng)三個(gè)部分。其中，SPI總線關(guān)心的是SPI總線的控制，主要構(gòu)建了SPI總線模型，獨(dú)立于CPU的設(shè)備模型，從設(shè)備的設(shè)備模型，并提供了總線操作的API，對(duì)上層應(yīng)用程序?qū)PI總線控制提供相應(yīng)的機(jī)制;SPI從設(shè)備管理關(guān)心的是從設(shè)備的操作，即從設(shè)備的寄存器操作、通信協(xié)議以及錯(cuò)誤處理等;SPI設(shè)備驅(qū)動(dòng)關(guān)心的是從設(shè)備的具體功能和控制，常常是硬件操作的核心代碼和功能代碼。
對(duì)于SPI設(shè)備驅(qū)動(dòng)而言，其實(shí)現(xiàn)方法又分為兩種，一種是將SPI設(shè)備驅(qū)動(dòng)嵌入到內(nèi)核中，這種實(shí)現(xiàn)方式具有性能優(yōu)越性和可靠性，但是代碼的維護(hù)和修改難度比較大，通常在開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)時(shí)采用這種方式。另一種是將SPI設(shè)備驅(qū)動(dòng)以?xún)?nèi)核模塊的方式驅(qū)入內(nèi)核中，這種方式開(kāi)發(fā)、維護(hù)比較容易，但通信效率較低。
在這里，我們主要介紹將SPI設(shè)備驅(qū)動(dòng)編譯為內(nèi)核模塊的實(shí)現(xiàn)方式。
三、SPI設(shè)備驅(qū)動(dòng)的框架
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的SPI設(shè)備驅(qū)動(dòng)應(yīng)該具有以下部分：
（1）、與SPI總線控制相關(guān)的部分，包括SPI控制結(jié)構(gòu)、設(shè)備信息以及設(shè)備ID等;
（2）、與SPI從設(shè)備管理相關(guān)的部分，包括對(duì)SPI設(shè)備注冊(cè)、卸載、設(shè)備初始化以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓芾淼?
（3）、與SPI硬件相關(guān)的部分，包括硬件操作函數(shù)、數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)以及設(shè)備控制函數(shù)等。
以Spi Flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)為例，相應(yīng)代碼如下：
四、SPI設(shè)備的注冊(cè)
用戶(hù)可以通過(guò)以下系統(tǒng)調(diào)用API完成驅(qū)動(dòng)的注冊(cè)：
int spi_register_driver(struct spi_driver* drv);//注冊(cè)SPI驅(qū)動(dòng)
void spi_unregister_driver(struct spi_driver* drv);//注銷(xiāo)SPI驅(qū)動(dòng)
其作用是將對(duì)應(yīng)的SPI驅(qū)動(dòng)注冊(cè)到SPI總線驅(qū)動(dòng)中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)硬件設(shè)備的控制管理。SPI驅(qū)動(dòng)接線圖如下圖所示。
五、
SPI總線是嵌入式系統(tǒng)中常用的通信接口，其串行通信快、線路簡(jiǎn)單、支持多從設(shè)備等特性使得SPI總線成為一種優(yōu)秀的通信接口標(biāo)準(zhǔn)。SPI的硬件除了數(shù)據(jù)線之外還包含時(shí)鐘線和片選線，從而保證了其通信的可靠性和穩(wěn)定性。
Linux系統(tǒng)中提供了標(biāo)準(zhǔn)化的SPI總線管理和SPI設(shè)備驅(qū)動(dòng)API，用戶(hù)可以通過(guò)使用SPI總線驅(qū)動(dòng)，將SPI設(shè)備接入到Linux內(nèi)核中，享受到Linux系統(tǒng)提供的各種便利。而SPI設(shè)備驅(qū)動(dòng)則是具體控制SPI設(shè)備的核心部分，其編寫(xiě)要確保良好的擴(kuò)展性、跨平臺(tái)性以及高性能低耗能的特性，有利于為用戶(hù)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)提供優(yōu)秀的支持。
綜上所述，對(duì)于嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，了解和掌握SPI總線管理及其設(shè)備驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)，對(duì)于提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和可靠性都是非常有益的。
相關(guān)問(wèn)題拓展閱讀：
- 14-Linux gpio模擬spi
- Linux主機(jī)驅(qū)動(dòng)與外設(shè)驅(qū)動(dòng)分離？
14-Linux gpio模擬spi
首先是spidev，要在/dev/下面產(chǎn)生設(shè)備文件，需要spidev的支持
使用的是gpio模擬spi，gpio模擬spi的時(shí)序原理是bitbang文件實(shí)現(xiàn)的，所以這個(gè)也需要打開(kāi)，如果是在openwrt下動(dòng)態(tài)加載的話就是如下兩個(gè)配置
如果是直接內(nèi)核的話是如下兩個(gè)
跟I2C的arch層一樣，主要是devices的添加和board_info的添加，如下
對(duì)于platform_add_devices，因?yàn)槭鞘褂胹pi_gpio，所以name是”spi_gpio”這樣才可以與driver里面的spi_gpio相互匹配probe到。
因?yàn)镾PI是可以一個(gè)總線上面掛多個(gè)，然后通過(guò)片選腳CS進(jìn)行硬件切換，所以這變有個(gè)num_chipselect需要設(shè)置，如果有2個(gè)設(shè)置就設(shè)置2，一個(gè)設(shè)備就設(shè)置1，這邊設(shè)置好之后，后面board_info也要有對(duì)應(yīng)的個(gè)數(shù)，而且片選引腳需要不同。
I2C是通過(guò)每個(gè)設(shè)備有自己不同的地址，通過(guò)地址來(lái)進(jìn)行軟件切換。
對(duì)于board_info使用的是spidev，drivers/spi/spidev.c文件，該文件的內(nèi)容是注冊(cè)一個(gè)spidev驅(qū)動(dòng)。該驅(qū)動(dòng)是一個(gè)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)。
如果設(shè)備與驅(qū)動(dòng)匹配，那么就會(huì)執(zhí)行spidev_probe()的內(nèi)容。在spidev_probe()函數(shù)中會(huì)調(diào)用device_create()成功后在 /dev 目錄下就會(huì)生成 spidev 相關(guān)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)。
這邊有幾個(gè)參數(shù)要注意：
調(diào)試過(guò)程想看一些細(xì)節(jié)的debug信息可以打開(kāi)內(nèi)核的動(dòng)態(tài)debug信息，這個(gè)在以前的print system里面有
printk的等級(jí)設(shè)置成8.
開(kāi)始
定位到是 spi_gpio_request 的時(shí)候報(bào)錯(cuò)
后仿橘者面就將zkernel/3.10.49/arch/mips/mtk/ziroom/zrmt7628.c里面GPIO的信息調(diào)整下，
因?yàn)镾PI的引腳和LED的引腳號(hào)一樣
，內(nèi)核不知道哪里會(huì)檢測(cè)到。
修改后打印備薯如下：
之后在/dev/下面就生成了spidev1.0的設(shè)備
有了/dev/spidev1.0設(shè)備之后，就可以在應(yīng)用成操作改設(shè)備收發(fā)數(shù)據(jù)。
在drivers/spi/spidev.c里面已經(jīng)封裝好了ioctl的對(duì)應(yīng)接口，根據(jù)這些伍禪接口就可以測(cè)試使用。
在Documentation/spi/spidev_test.c下面有個(gè)應(yīng)用層的實(shí)例，打開(kāi)看下就清除了。
$(cc) spidev_test.c -o spidev_test生成可執(zhí)行文件spidev_test
然后拷貝到板子上，將MOSI和MISO短接就可以測(cè)試回環(huán)數(shù)據(jù)是否正常。
有邏輯分析儀的接上logic看波形就更加直觀。
gpio模擬SPI:
在ARM Linux下使用GPIO模擬SPI時(shí)序詳解:
linux SPI驅(qū)動(dòng):
Linux主機(jī)驅(qū)動(dòng)與外設(shè)驅(qū)動(dòng)分離？
Linux中的SPI、IPC、USB等子系統(tǒng)都利用了典型的把主機(jī)驅(qū)動(dòng)和外設(shè)驅(qū)動(dòng)分離的想法，讓主辯舉姿機(jī)端只負(fù)責(zé)產(chǎn)生總線上的傳輸波形，而外設(shè)端只是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的API來(lái)讓主機(jī)端以適當(dāng)?shù)牟ㄐ卧L問(wèn)自身。因此這里面就涉及了4個(gè)軟件模塊:
1)主機(jī)端的驅(qū)動(dòng)。根據(jù)具體的IC、SPI、USB等控制器的硬件手冊(cè)，操作具體的IPC、SPI、USB等控制器，產(chǎn)生總線的各種波形。
2）連接主機(jī)和外設(shè)的紐帶。外設(shè)不直接調(diào)用主機(jī)端的驅(qū)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生波形，而是調(diào)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的API。由這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的API把這個(gè)波形的傳輸請(qǐng)求間接“轉(zhuǎn)發(fā)”給了具體的主機(jī)端驅(qū)動(dòng)。當(dāng)然，在這里，更好把關(guān)攜絕于波形的描述也以某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化。
3）外設(shè)端的驅(qū)動(dòng)。外設(shè)接在I-C、SPI、USB這樣的總線上，但是它們本身可以是觸摸屏、網(wǎng)卡、聲卡或者任意一種類(lèi)型的設(shè)備。我們?cè)谙嚓P(guān)的i2c_driver、spi_driver、u_driver這種xxx_driver的probe () 函數(shù)中去注冊(cè)它具體的類(lèi)答陵型。當(dāng)這些外設(shè)要求IP℃、SPI、USB等去訪問(wèn)它的時(shí)候，它調(diào)用“連接主機(jī)和外設(shè)的紐帶”模塊的標(biāo)準(zhǔn)API。
4）板級(jí)邏輯。板級(jí)邏輯用來(lái)描述主機(jī)和外設(shè)是如何互聯(lián)的，它相當(dāng)于一個(gè)“路由表”。假設(shè)板子上有多個(gè)SPI控制器和多個(gè)SPI外設(shè)，那究竟誰(shuí)接在誰(shuí)上面管理互聯(lián)關(guān)系，既不是主機(jī)端的責(zé)任，也不是外設(shè)端的責(zé)任，這屬于板級(jí)邏輯的責(zé)任。這部分通常出現(xiàn)在arch/arm/mach-xxx下面或者arch/arm/bootldts下面。
linux spi總線驅(qū)動(dòng)的介紹就聊到這里吧，感謝你花時(shí)間閱讀本站內(nèi)容，更多關(guān)于linux spi總線驅(qū)動(dòng),深入理解Linux SPI總線驅(qū)動(dòng),14-Linux gpio模擬spi,Linux主機(jī)驅(qū)動(dòng)與外設(shè)驅(qū)動(dòng)分離？的信息別忘了在本站進(jìn)行查找喔。
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