Linux下的spi驱动

一、概述

 首先我们对SPI做个认识，SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线。这4根线分别是它们是数据输入SDI（MISO）、数据输出SDO（MOSI）、时钟SCLK、片选CS。

  SPI常用四种数据传输模式，主要是由输出串行同步时钟极性（CPOL）和相位（CPHA）进行配置。如果CPOL= 0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL= 1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。如果CPHA= 0，在串行同步时钟的前沿（上升或下降）数据被采样；如果CPHA = 1，在串行同步时钟的后沿（上升或下降）数据被采样。下面是针对4中模式的时序图：

 

注：我们需要设置的模式是根据spi芯片手册上支持的模式来设置的。 

二、linux下SPI驱动开发

  在带有linux系统的平台中和纯单片机中对于spi驱动的开发是有着本质的区别的：在linux系统中spi驱动是作为一个子系统模块的，更通俗的讲就是一套通信协议（spi驱动也叫协议驱动），也就是说无论你选择的平台是什么，只要是用的linux内核，那么都使用的是该协议，内核提供给用户的接口函数都是一致的，驱动的实现也是一致的，是用户不需要更改的，而用户需要关心的是：   一、你要打开的spi设备节点是哪个（spidevx.x），这个spi设备节点是在spi子系统中创建的。

  二、你根据平台来选择配置多少个spi控制器以及添加多少个spi设备（这些信息都是在平台依赖的板级信息里面配置）。  

  每个平台中从上层spi控制器到下面的spi设备都是有一定的层次结构的，可以先通过下面的图概要的理解一下，后面还会从代码的来详细的分析一下其实现原理。

                                     

 

我们以上面的这个图为思路

1、 Platform bus

Platform bus对应的结构是platform_bus_type，这个内核开始就定义好的。对于itop4412这个平台，platform bus的定义和注册可以参看arch/arm/driver/base/platform.c文件

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1. struct bus_type platform_bus_type = {                  
   
2.                         .name = "platform",                   //定义platform总线
   
3.                         .dev_attrs= platform_dev_attrs,
   
4.                         .match= platform_match,
   
5.                         .uevent= platform_uevent,
   
6.                         .pm= &platform_dev_pm_ops,
   
7. }；
8. 
   
9. int __init platform_bus_init(void)
   
10. {
11.     int error;
12. early_platform_cleanup();
13. 
    
14.     error = device_register(&platform_bus);
    
15.     if (error)
16.         return error;
    
17. 
    
18.     error =  bus_register(&platform_bus_type);  //注册platform总线
    
19.     if (error)
    
20.         device_unregister(&platform_bus);
    
22.     return error;
    
23. }
24. 
    

2、Platform_device

SPI控制器对应platform_device的定义方式，同样以itop4412中的SPI控制器为例，参看arch/arm/mach-exynos/dev-spi.c文件

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1. struct platform_device exynos_device_spi0 = {
   
2.                 .name = "s3c64xx-spi",                              //名称，要和Platform_driver匹配
   
3.                 .id = 0,                                            //第0个控制器，itop4412中有3个控制器
   
4.                 .num_resources = ARRAY_SIZE(exynos_spi0_resource),  //占用资源的种类
   
5.                 .resource = exynos_spi0_resource,                   //指向资源结构数组的指针
   
6.                 .dev = {
   
7.                         .dma_mask = &spi_dmamask, //dma寻址范围 
   
8.                         .coherent_dma_mask = DMA_BIT_MASK(32),      //可以通过关闭cache等措施保证一致性的dma寻址范围
   
9.                         .platform_data = &exynos_spi0_pdata,        //特殊的平台数据，参看后文
   
10.                  },
    
11. };
    
12. 
    
13. static struct s3c64xx_spi_info exynos_spi0_pdata = {
14.                 .cfg_gpio = s5pc1xx_spi_cfg_gpio,                   //用于控制器管脚的IO配置
15.                 .fifo_lvl_mask = 0x7f,
    
16.                 .rx_lvl_offset = 15,
17.                 .high_speed = 1,
18.                 .clk_from_cmu = true,
    
19.                 .tx_st_done = 25,
    };
20. 
    
21. static int exynos_spi_cfg_gpio(struct platform_device *pdev){
22.          int gpio; 
23. 
    
24.          switch (pdev->id) {
    
25.              case 0:
    
26.                      s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPB(0), S3C_GPIO_SFN(2));
    
27.                      s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPB(2), S3C_GPIO_SFN(2));
    
28.                      s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPB(3), S3C_GPIO_SFN(2));
    
29.                      s3c_gpio_setpull(EXYNOS4_GPB(0), S3C_GPIO_PULL_UP);
    
30.                      s3c_gpio_setpull(EXYNOS4_GPB(2), S3C_GPIO_PULL_UP);
    
31.                      s3c_gpio_setpull(EXYNOS4_GPB(3), S3C_GPIO_PULL_UP);
32. 
    
33.                      for (gpio = EXYNOS4_GPB(0); gpio < EXYNOS4_GPB(4); gpio++)
34.                          s5p_gpio_set_drvstr(gpio, S5P_GPIO_DRVSTR_LV3);
    
35.                   
36.              break;
37.              case 1:
38.                      s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPB(4), S3C_GPIO_SFN(2));
39.                      s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPB(6), S3C_GPIO_SFN(2));
40.                      s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPB(7), S3C_GPIO_SFN(2));
41.                      s3c_gpio_setpull(EXYNOS4_GPB(4), S3C_GPIO_PULL_UP);
42.                      s3c_gpio_setpull(EXYNOS4_GPB(6), S3C_GPIO_PULL_UP);
43.                      s3c_gpio_setpull(EXYNOS4_GPB(7), S3C_GPIO_PULL_UP);
44. 
    
45.                      for (gpio = EXYNOS4_GPB(4); gpio < EXYNOS4_GPB(8); gpio++)
46.                          s5p_gpio_set_drvstr(gpio, S5P_GPIO_DRVSTR_LV3);
47.               break;
48.               case 2:
49.                      s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPC1(1), S3C_GPIO_SFN(5));
50.                      s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPC1(3), S3C_GPIO_SFN(5));
51.                      s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPC1(4), S3C_GPIO_SFN(5));
52.                      s3c_gpio_setpull(EXYNOS4_GPC1(1), S3C_GPIO_PULL_UP);
53.                      s3c_gpio_setpull(EXYNOS4_GPC1(3), S3C_GPIO_PULL_UP);
54.                      s3c_gpio_setpull(EXYNOS4_GPC1(4), S3C_GPIO_PULL_UP);
55. 
    
56.                      for (gpio = EXYNOS4_GPC1(1); gpio < EXYNOS4_GPC1(5); gpio++)
57.                          s5p_gpio_set_drvstr(gpio, S5P_GPIO_DRVSTR_LV3);
58.                break;
59.                default:
60.                     dev_err(&pdev->dev, "Invalid SPI Controller number!");
61.              
62.                return -EINVAL;
63. }

3、Platform_driver

再看platform_driver，参看drivers/spi/spi_s3c64xx.c文件

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1. static struct platform_driver s3c64xx_spi_driver = {
   
2.                           .driver = {
   
3.                                 .name = "s3c64xx-spi",                 //名称，和platform_device对应
4.                                 .owner = THIS_MODULE,
5.                            },
   
6.                           .remove  = s3c64xx_spi_remove,
   
7.                           .suspend = s3c64xx_spi_suspend,
   
8.                           .resume  = s3c64xx_spi_resume,
   
9.                 };
   
10. 
    
11. platform_driver_probe(&s3c64xx_spi_driver, s3c64xx_spi_probe)；//注册s3c64xx_spi_driver

  和平台中注册的platform_device匹配后，调用s3c64xx_spi_probe。然后根据传入的platform_device参数，构建一个用于描述SPI控制器的结构体spi_master，并注册。spi_register_master(master)。后续注册的spi_device需要选定自己的spi_master，并利用spi_master提供的传输功能传输spi数据。

  和I2C类似，SPI也有一个描述控制器的对象叫spi_master。其主要成员是主机控制器的序号（系统中可能存在多个SPI主机控制器）、片选数量、SPI模式和时钟设置用到的函数、数据传输用到的函数等。

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1. struct spi_master {
   
2.            struct device dev;
   
3.            s16 bus_num;                                //表示是SPI主机控制器的编号。由平台代码决定
   
4.            u16 num_chipselect;                         //控制器支持的片选数量，即能支持多少个spi设备
   
5.            int (*setup)(struct spi_device *spi);       //针对设备设置SPI的工作时钟及数据传输模式等。在spi_add_device函数中调用。
   
6.            int (*transfer)(struct spi_device *spi,struct spi_message *mesg); //实现数据的双向传输，可能会睡眠
7.            void (*cleanup)(struct spi_device *spi);    //注销时调用
   
8.         };

4、Spi bus

Spi总线对应的总线类型为spi_bus_type，在内核的drivers/spi/spi.c中定义

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1. struct bus_type spi_bus_type = {
   
2.                           .name = "spi",
   
3.                           .dev_attrs = spi_dev_attrs,
   
4.                           .match = spi_match_device,
   
5.                           .uevent = spi_uevent,
   
6.                           .suspend = spi_suspend,
   
7.                           .resume = spi_resume,
   
8.                 };

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1. static int spi_match_device(struct device *dev, struct device_driver *drv)
   
2.                   {
   
3.                           const struct spi_device *spi = to_spi_device(dev);
   
4.                           return strcmp(spi->modalias, drv->name) == 0;
   
5.                  }

5、spi_device

下面该讲到spi_device的构建与注册了。spi_device对应的含义是挂接在spi总线上的一个设备，所以描述它的时候应该明确它自身的设备特性、传输要求、及挂接在哪个总线上。参看arch/arm/mach-exynos/mach-itop4412.c文件。 

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1. static struct spi_board_info spi2_board_info[] __initdata = {
   
2.                           {
   
3.                                 .modalias = "spidev", //sp设备的名字，这个名字将会和spidev.c中的驱动名字匹配。
   
4.                                 .platform_data = NULL;
5.                                 .max_speed_hz = 10*1000*1000,   //最大的spi时钟频率
6.                                 .bus_num = 2,                   //设备连接在spi控制器0上
7.                                 .chip_select = 0,               //片选线号
8.                                 .mode = SPI_MODE_0, //CPOL=0, CPHA=0 此处选择具体数据传输模式
9.                                 .controller_data = &spi2_csi[0],
10.                           },
    
11. };
12. 
    
13. static struct s3c64xx_spi_csinfo spi2_csi[] = {
14.                     [0] = {
15.                                 .line = EXYNOS4_GPC1(2),
16.                                 .set_level = gpio_set_value,
    
17.                                 .fb_delay = 0x2,
    
18.                           },
    
19. };
20. 
    
21. spi_register_board_info(spi2_board_info, ARRAY_SIZE(spi2_board_info));
    
22. //注册spi_board_info。这个代码会把spi_board_info注册要链表board_list上。

事实上上文提到的spi_master的注册会在spi_register_board_info之后，spi_master注册的过程中会调用spi_match_master_to_boardinfo(有些平台是scan_boardinfo函数)来对比传入的总线号和板级配置的总线号是否匹配，然后创建并注册spi_device。

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1. static void spi_match_master_to_boardinfo(struct spi_master *master,struct spi_board_info *bi)
2. {
3.     struct spi_device *dev;
4. 
   
5.     if (master->bus_num != bi->bus_num)   //spi控制器的总线号和板级配置的总线是否匹配
6.         return;
7. 
   
8.     dev = spi_new_device(master, bi);    //创建spi新设备
9.     if (!dev)
10.         dev_err(master->dev.parent, "can't create new device for %s\n",bi->modalias);
11. }

6、spi_driver

本文先以linux内核中的/driver/spi/spidev.c驱动为参考。

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1. static struct spi_driver spidev_spi_driver = { //spi_driver的构建
   
2.                 .driver = {
   
3.                                   .name = "spidev"
4.                                   .owner = THIS_MODULE,
   
5.                           },
   
6.                 .probe = spidev_probe,
   
7.                 .remove = __devexit_p(spidev_remove),
8. };
   
9. 
   
10. spi_register_driver(&spidev_spi_driver);//spi driver的注册
    
11. 
    
12. 在有匹配的spi device时，会调用m25p_probe
    
13. 
    
14. static int __devinit spidev_probe(struct spi_device *spi)
    
15.                   {
    
16.                   ……
    
17.         }

根据传入的spi_device参数，可以找到对应的spi_master。接下来就可以利用spi子系统为我们完成数据交互了。