SPI子系统-优快云博客

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SPI子系统简述

在这里插入图片描述

SPI为同步全双工串口协议
为了能够为上层提供统一的接口，Linux内核实现SPI子系统，该子系统将底层的实现过程留给驱动工程师来实现，而仅仅提供一个标准的接口函数
*1实际上控制器驱动相当于st7789v控制器驱动（提供了寄存器），厂商提供。
*2 SPI总线是soc厂商提供的总线驱动。
*3我们要做的驱动程序就是使其二者联系起来，并且按照一定的逻辑来编写底层接口，
当然在开发过程中linux提供了SPI子系统接口，帮助我们更方便、更规范的去实现。
实际上大多数复杂通用的设备都是用对应的框架
*SPI子系统驱动中最底层为SPI控制器（实现最基本的读写操作）
*实际上驱动开发分为两个部分，一部分由BSP开发工程师来完成SPI控制器驱动的实现（与SOC硬件非常精密）。另一部分那些SPI提供的接口则是给驱动开发工程师来完成具体驱动，例如开发一个网卡驱动。

SPI设备结构体：

struct spi_device{
	struct device dev;//该成员为设备文件，一般将其设置为 platform 的dev即可。
	u32 max_speed_hz;//最大传输速率，驱动中可用spi_transfer.speed_hz修改
	u8 chip_select;//片选线，默认低电平。可以用 SPI_CS_HIGH 来设置。
	u32 mode;//数据传输模式。可以通过指定 SPI_LSB_FIRST 来设置。
	int irq;//传输时的中断号，该值内核中通过解析设备树来获取
};

实际上设备结构体的初始化并不需要驱动开发工程师来完成，因为已经引入设备树。
在这里插入图片描述

spi0: spi@1c68000 { 
	compatible = "allwinner,sun8i-h3-spi"; //用来匹配SPI控制器驱动程序
	reg = <0x01c68000 0x1000>;//指定spi控制器的寄存器物理地址
	interrupts = <GIC_SPI 65 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;//指定SPI控制器的中断线为spi第65个中断号，
	clocks = <&ccu CLK_BUS_SPI0>, <&ccu CLK_SPI0>;
	clock-names = "ahb", "mod"; //CLK_BUS_SPI0 是 ahb 时钟，CLK_SPI0 是 mod 时钟
	dmas = <&dma 23>, <&dma 23>; 
	dma-names = "rx", "tx"; 
	pinctrl-names = "default"; 
	pinctrl-0 = <&spi0_pins>; 
	resets = <&ccu RST_BUS_SPI0>; //resets 属性指定了其复位信号线
	status = "disabled"; 
	#address-cells = <1>; 
	#size-cells = <0>; //#address-cells 和#size-cells 指定了其子节点的 reg 列表格式
};

此时我们将两个SPI设备挂载在SPI0总线上，ili9341控制器的TFT液晶显示屏和MAX6675热电偶探测器

&spi0 {
cs-gpios=<&pio 6 0 GPIO_ACTIVE_LOW>,<&pio 6 1 GPIO_ACTIVE_LOW>;//SPI子系统内部属性，指定了SPI主设备的片选线
status = "okay";
	ili9341@0 {//ili9341控制器的TFT液晶显示屏
		compatible = "ilitek,ili9341";
		reg = <0>;//指定该节点的地址，即第一个设备
		spi-max-frequency = <15000000>;
		spi-cpol;
		spi-cpha;//是 SPI 子系统内部的特有属性，用来指定 SPI 的工作模式：
		rotate = <270>;
		bgr;
		fps = <10>;
		buswidth = <8>;
		reset-gpios = <&pio 1 7 GPIO_ACTIVE_LOW>;
		dc-gpios = <&pio 1 5 GPIO_ACTIVE_LOW>;
		debug = <0>;
	};
	max6675@1 {//MAX6675热电偶探测器
		compatible = "max,max6675";
		reg = <1>;//reg = <1>表示挂载的第二个设备；
		spi-max-frequency = <1000000>;
	}
};

实例化一个 spi 驱动

spi结构体与platform_driver结构体类似

struct spi_driver {
		const struct spi_device_id *id_table;//用来做设备匹配的表
		int (*probe)(struct spi_device *spi);//探测函数
		int (*remove)(struct spi_device *spi);//移除函数
		void (*shutdown)(struct spi_device * spi);//关闭函数----
		struct device_driver driver;//该成员为设备驱动结构体，保存设备的一些信息
	};
static struct spi_driver w25qxx_cdev = { 
	.driver = { 
		.name = "w25qxx", 
		.owner = THIS_MODULE, 
	}, 
	.probe = w25qxx_probe, 
	.remove = w25qxx_remove, 
	.id_table = w25qxx_ids,
};

SPI驱动注册与注销：

ret = spi_register_driver(&w25qxx_cdev);//上述定义的w25qxx_cdev的驱动，对其进行注册
spi_unregister_driver(&w25qxx_cdev);//对注册的驱动进行注销
上面等价于module_spi_driver(w25qxx_cdev);

SPI 数据传输

Linux将SPI子系统的数据传输抽象为SPI IO模型，该模型类似于客户端通信，我们发送数据被抽象为向客户端发送一条或多条消息的过程。而一条消息又由多个传输包组成。

为了将数据在总线传输提供了两种数据结构。
分别是 spi_message 和 spi_transfer（该结构体是 SPI 数据传输的最小单元）

struct spi_transfer {
	const void *tx_buf;//发送数据缓存区
	void *rx_buf;//接收数据缓存区
	unsigned len;//发送和接收缓存区的大小，发送和缓存区的大小必须相同
	u8 bits_per_word;//单次传输数据时的长度，这里的单位为字
	struct spi_delay cs_change_delay;//指定传输数据之后延时多久再改变 cs 片选线的状态
};

消息事务包含了一个或者多个传输事务，最终数据传输给 SPI 控制器驱动程序的是以消息的方式，因此我们需要知道如何去操作。

struct spi_message {
	struct list_head transfers;//传输事物
	unsigned is_dma_mapped:1;//是否使用dma
	void (*complete)(void *context);//传输完毕的回调函数
	void *context;//回调函数的形参
	unsigned frame_length;//传输长度
	unsigned actual_length;//实际传输长度
	int status;//传输状态报告标志，0为成功
};

实现一个完整的数据传输需要将 spi_transfer 添加到 spi_message 中，首先我们需要先初始化消息事务，

//消息初始化：
static inline void spi_message_init(struct spi_message *m)
//现将 spi_transfer 添加到 spi_message 中
static inline void spi_message_add_tail(struct spi_transfer *t, struct spi_message *m)
//通知 SPI 控制器驱动程序来进行数据传输
extern int spi_sync(struct spi_device *spi, struct spi_message *message);//同步传输
extern int spi_async(struct spi_device *spi, struct spi_message *message);
同步传输函数，即此时 CPU 将会在此等待传输结束，因此该函数不能用于中断中
异步传输函数，此时 CPU 发送数据之后会执行其他的，当数据传输完毕后，此时会去调用回调函数