SPI总线（二）：驱动分析篇_spi 频率计算-优快云博客

本文详细介绍了Linux SPI总线驱动的架构，包括SPI核心层、控制器驱动层和设备驱动层的功能与实现。同时，深入剖析了OMAP3630平台上的SPI控制器特性，并展示了SPI设备和驱动的具体构建与注册过程。

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1 Linux SPI驱动总体架构
linux内核中，SPI的驱动架构可以分为如下三个层次：SPI 核心层、SPI控制器驱动层和SPI设备驱动层。
Linux 中SPI驱动代码位于drivers/spi目录。

1.1 SPI核心层
SPI核心层是Linux的SPI核心部分，提供了核心数据结构的定义、SPI控制器驱动和设备驱动的注册、注销管理等API。其为硬件平台无关层，向下屏蔽了物理总线控制器的差异，定义了统一的访问策略和接口；其向上提供了统一的接口，以便SPI设备驱动通过总线控制器进行数据收发。
Linux中，SPI核心层的代码位于driver/spi/ spi.c。由于该层是平台无关层，本文将不再叙述，有兴趣可以查阅相关资料。

1.2 SPI控制器驱动层
SPI控制器驱动层，每种处理器平台都有自己的控制器驱动，属于平台移植相关层。它的职责是为系统中每条SPI总线实现相应的读写方法。在物理上，每个SPI控制器可以连接若干个SPI从设备。
在系统开机时，SPI控制器驱动被首先装载。一个控制器驱动用于支持一条特定的SPI总线的读写。一个控制器驱动可以用数据结构struct spi_master来描述。

在include/liunx/spi/spi.h文件中，在数据结构struct spi_master定义如下：

struct spi_master {  
    struct device   dev;  
    s16         bus_num;  
    u16         num_chipselect;  
    int         (*setup)(struct spi_device *spi);  
    int         (*transfer)(struct spi_device *spi, struct spi_message *mesg);  
    void        (*cleanup)(struct spi_device *spi);  
};

bus_num为该控制器对应的SPI总线号。
num_chipselect 控制器支持的片选数量，即能支持多少个spi设备
setup函数是设置SPI总线的模式，时钟等的初始化函数，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。
transfer函数是实现SPI总线读写方法的函数。实现数据的双向传输，可能会睡眠

cleanup注销时候调用

1.3 SPI设备驱动层
      SPI设备驱动层为用户接口层，其为用户提供了通过SPI总线访问具体设备的接口。
      SPI设备驱动层可以用两个模块来描述，struct spi_driver和struct spi_device。
      相关的数据结构如下：

struct spi_driver {  
    int         (*probe)(struct spi_device *spi);  
    int         (*remove)(struct spi_device *spi);  
    void        (*shutdown)(struct spi_device *spi);  
    int         (*suspend)(struct spi_device *spi, pm_message_t mesg);  
    int         (*resume)(struct spi_device *spi);  
    struct      device_driver    driver;  
};

Driver是为device服务的，spi_driver注册时会扫描SPI bus上的设备，进行驱动和设备的绑定，probe函数用于驱动和设备匹配时被调用。从上面的结构体注释中我们可以知道，SPI的通信是通过消息队列机制，而不是像I2C那样通过与从设备进行对话的方式。

struct spi_device {  
    struct device       dev;  
    struct spi_master   *master;  
    u32         	max_speed_hz;  
    u8          	chip_select;  
    u8          	mode;    
    u8          	bits_per_word;  
    int         	irq;  
    void                *controller_state;  
    void                *controller_data;  
    char                modalias[32];   
};

 	.modalias   = "m25p10",

        .mode   =SPI_MODE_0,   //CPOL=0, CPHA=0 此处选择具体数据传输模式

        .max_speed_hz    = 10000000, //最大的spi时钟频率

        /* Connected to SPI-0 as 1st Slave */

        .bus_num    = 0,   //设备连接在spi控制器0上

        .chip_select    = 0, //片选线号，在S5PC100的控制器驱动中没有使用它作为片选的依据，而是选择了下文controller_data里的方法。

        .controller_data = &smdk_spi0_csi[0],  	.modalias   = "m25p10",

        .mode   =SPI_MODE_0,   //CPOL=0, CPHA=0 此处选择具体数据传输模式

        .max_speed_hz    = 10000000, //最大的spi时钟频率

        /* Connected to SPI-0 as 1st Slave */

        .bus_num    = 0,   //设备连接在spi控制器0上

        .chip_select    = 0, //片选线号，在S5PC100的控制器驱动中没有使用它作为片选的依据，而是选择了下文controller_data里的方法。

        .controller_data = &smdk_spi0_csi[0],

通常来说spi_device对应着SPI总线上某个特定的slave。并且spi_device封装了一个spi_master结构体。spi_device结构体包含了私有的特定的slave设备特性，包括它最大的频率，片选那个，输入输出模式等等

2 OMAP3630 SPI控制器
OMAP3630上SPI是一个主/从的同步串行总线，这边有4个独立的SPI模块(SPI1，SPI2，SPI3，SPI4)，各个模块之间的区别在于SPI1支持多达4个SPI设备，SPI2和SPI3支持2个SPI设备，而SPI4只支持1个SPI设备。

SPI控制器具有以下特征：
1.可编程的串行时钟，包括频率，相位，极性。
2.支持4到32位数据传输
3.支持4通道或者单通道的从模式
4.支持主的多通道模式
4.1全双工/半双工
4.2只发送/只接收/收发都支持模式
4.3灵活的I/O端口控制
4.4每个通道都支持DMA读写
5.支持多个中断源的中断时间
6.支持wake-up的电源管理
7.内置64字节的FIFO

3 spi_device以下一系列的操作是在platform板文件中完成！

spi_device的板信息用spi_board_info结构体来描述：

struct spi_board_info {
	charmodalias[SPI_NAME_SIZE];
	const void*platform_data;
	void*controller_data;
	intirq;
	u32max_speed_hz;
	u16bus_num;
	u16chip_select;
	u8mode;
};

这个结构体记录了SPI外设使用的主机控制器序号、片选信号、数据比特率、SPI传输方式等

构建的操作是以下的两个步骤：

1.static struct spi_board_info s3c_spi_devs[] __initdata = {

{
	.modalias = "m25p10a",

	.mode = SPI_MODE_0,

	.max_speed_hz = 1000000,

	.bus_num = 0,

	.chip_select = 0,

	.controller_data = &smdk_spi0_csi[SMDK_MMCSPI_CS],
},

};

2.而这个info在init函数调用的时候会初始化：

   spi_register_board_info(s3c_spi_devs,ARRAY_SIZE(s3c_spi_devs));

spi_register_board_info(s3c_spi_devs,ARRAY_SIZE(s3c_spi_devs));//注册spi_board_info。这个代码会把spi_board_info注册到链表board_list上。spi_device封装了一个spi_master结构体，事实上spi_master的注册会在spi_register_board_info之后，spi_master注册的过程中会调用scan_boardinfo扫描board_list，找到挂接在它上面的spi设备，然后创建并注册spi_device。

至此spi_device就构建并注册完成了！！！！！！！！！！！！！

4 spi_driver的构建与注册

driver有几个重要的结构体：spi_driver、spi_transfer、spi_message

driver有几个重要的函数：spi_message_init、spi_message_add_tail、spi_sync

//spi_driver的构建

static struct spi_driver   m25p80_driver = { 

.driver = {
	
        .name   ="m25p80",

        .bus    =&spi_bus_type,

        .owner  = THIS_MODULE,

    },

    .probe  = m25p_probe,

    .remove =__devexit_p(m25p_remove),

};	
        .name   ="m25p80",

        .bus    =&spi_bus_type,

        .owner  = THIS_MODULE,

    },

    .probe  = m25p_probe,

    .remove =__devexit_p(m25p_remove),

};

//spidriver的注册

spi_register_driver(&m25p80_driver);

在有匹配的spi_device时，会调用m25p_probe

probe里完成了spi_transfer、spi_message的构建；

spi_message_init、spi_message_add_tail、spi_sync、spi_write_then_read函数的调用

例如：

static int m25p10a_read( struct m25p10a *flash, loff_t from,   
        size_t len, char *buf )  
{  
    int r_count = 0, i;  
    struct spi_transfer st[2];  
    struct spi_message  msg;  
      
    spi_message_init( &msg );  
    memset( st, 0, sizeof(st) );  
  
    flash->cmd[0] = CMD_READ_BYTES;  
    flash->cmd[1] = from >> 16;  
    flash->cmd[2] = from >> 8;  
    flash->cmd[3] = from;  
  
    st[ 0 ].tx_buf = flash->cmd;  
    st[ 0 ].len = CMD_SZ;  
    spi_message_add_tail( &st[0], &msg );  
  
    st[ 1 ].rx_buf = buf;  
    st[ 1 ].len = len;  
    spi_message_add_tail( &st[1], &msg );  
  
    mutex_lock( &flash->lock );  
      
    /* Wait until finished previous write command. */  
    if (wait_till_ready(flash)) {  
        mutex_unlock( &flash->lock );  
        return -1;  
    }  
  
    spi_sync( flash->spi, &msg );  
    r_count = msg.actual_length - CMD_SZ;  
    printk( "in (%s): read %d bytes\n", __func__, r_count );  
    for( i = 0; i < r_count; i++ ) {  
        printk( "0x%02x\n", buf[ i ] );  
    }  
  
    mutex_unlock( &flash->lock );  
    return 0;  
}  
static int m25p10a_write( struct m25p10a *flash, loff_t to,   
        size_t len, const char *buf )  
{  
    int w_count = 0, i, page_offset;
  
    struct spi_transfer st[2]; 
 
    struct spi_message  msg;  
    write_enable( flash );  //写使能  
      
        spi_message_init( &msg );  

    memset( st, 0, sizeof(st) );  
  
    flash->cmd[0] = CMD_PAGE_PROGRAM;  
    flash->cmd[1] = to >> 16;  
    flash->cmd[2] = to >> 8;  
    flash->cmd[3] = to;  
  
    st[ 0 ].tx_buf = flash->cmd;  
    st[ 0 ].len = CMD_SZ;  
  //填充spi_transfer，将transfer放在队列后面
    spi_message_add_tail( &st[0], &msg );  
  
    st[ 1 ].tx_buf = buf;  
    st[ 1 ].len = len;  
    spi_message_add_tail( &st[1], &msg );  
  
 
    spi_sync( flash->spi, &msg );   调用spi_master发送spi_message
    
    return 0;  
}  
  
static int m25p10a_probe(struct spi_device *spi)   
{   
    int ret = 0;  
    struct m25p10a  *flash;  
    char buf[ 256 ];  
    flash = kzalloc( sizeof(struct m25p10a), GFP_KERNEL );  
    flash->spi = spi;  
    /* save flash as driver's private data */  
    spi_set_drvdata( spi, flash );    
    memset( buf, 0x7, 256 );  
    m25p10a_write( flash, 0, 20, buf); //0地址写入20个7  
    memset( buf, 0, 256 );  
    m25p10a_read( flash, 0, 25, buf ); //0地址读出25个数  
 
    return 0;   
}

到目前为止，完成了SPI的驱动和应用

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