Linux Spidev spi 9bits 模式参考代码

本文档提供了一个使用spidev驱动在Linux下进行SPI通信的测试工具代码,特别地,它展示了如何在9位模式下进行操作。代码中包含了设置SPI模式、比特率、延迟等参数的方法,并提供了发送和接收数据的示例。

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/*
 * SPI testing utility (using spidev driver)
 *
 * Copyright (c) 2007  MontaVista Software, Inc.
 * Copyright (c) 2007  Anton Vorontsov <avorontsov@ru.mvista.com>
 *
 * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
 * it under the terms of the GNU General Public License as published by
 * the Free Software Foundation; either version 2 of the License.
 *
 * Cross-compile with cross-gcc -I/path/to/cross-kernel/include
 */


#include <stdint.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <getopt.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/spi/spidev.h>


#define ARRAY_SIZE(a) (sizeof(a) / sizeof((a)[0]))


static void pabort(const char *s)
{
perror(s);
abort();
}


static const char *device = "/dev/spidev1.1";
static uint8_t mode;
static uint8_t bits = 9;
static uint32_t speed = 500000;
static uint16_t delay;


static void transfer(int fd)
{
int ret;
uint8_t tx[] = {
//0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
//0x40, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x95,
//0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
//0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
//0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
//0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xBA, 0xAD,
//0xF0, 0x0D,
0xA5,0xF0,0x85
};
uint8_t rx[ARRAY_SIZE(tx)] = {0, };
struct spi_ioc_transfer tr = {
.tx_buf = (unsigned long)tx,
.rx_buf = (unsigned long)rx,
.len = ARRAY_SIZE(tx),
.delay_usecs = delay,
.speed_hz = speed,
.bits_per_word = bits,
};


ret = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &tr);
<think>嗯,用户现在问的是在Linux下通过IO模拟SPI的内核驱动代码。我需要先理解用户的需求。可能用户正在开发一个嵌入式系统,使用的硬件没有硬件SPI控制器,或者需要软件实现SPI来连接某些外设。用户可能是个开发者,对Linux驱动开发有一定了解,但需要指导如何实现软件模拟的SPI。 首先,我应该回顾Linux内核中软件SPI的实现方式。记得Linux内核中有spi-bitbang这样的框架,它允许通过GPIO来模拟SPI主控制器。用户可能需要的是如何配置和使用这个框架。 接下来,我需要考虑用户可能需要的步骤。通常,软件模拟SPI需要定义GPIO引脚,配置时钟极性、相位,以及数据传输函数。此外,还需要注册SPI控制器,并添加对应的设备。 然后,应该检查用户可能遇到的问题。比如GPIO的速度限制,时序是否满足外设的要求,或者如何处理不同的SPI模式(CPOL和CPHA)。另外,用户可能需要代码示例,所以准备一个简单的示例会很有帮助。 还要注意内核版本的问题,不同版本的Linux内核可能在API上有变化。例如,GPIO的相关函数可能有变动,或者设备树配置的方式不同。因此,需要提醒用户根据实际内核版本进行调整。 另外,用户可能想知道如何测试这个驱动,比如通过SPI工具发送数据,或者连接具体的SPI设备进行验证。需要提及测试的方法和可能用到的工具,如spidev_test。 最后,要确保回答结构清晰,分步骤说明,并提供代码示例和配置示例,帮助用户逐步实现。同时,提醒注意事项,比如性能问题和时序调整,确保用户在实际应用中能够顺利使用。</think>--- ### **Linux下通过GPIO模拟SPI的驱动实现** --- #### **一、核心原理** 在Linux内核中,通过GPIO模拟SPI主控制器(Master)的核心是 **`spi-bitbang`** 框架。该框架通过软件控制GPIO的电平变化,实现SPI协议的时序逻辑,适用于无硬件SPI控制器或需要灵活配置的场景。 --- #### **二、实现步骤与代码解析** ##### **1. 驱动框架定义** 需实现以下关键组件: - **SPI控制器结构体**:定义GPIO引脚、时钟极性与相位(CPOL/CPHA)、数据传输函数等。 - **设备树(Device Tree)配置**:声明GPIO引脚和SPI设备参数。 **代码示例:驱动框架初始化** ```c #include <linux/spi/spi.h> #include <linux/spi/spi_bitbang.h> #include <linux/gpio/consumer.h> struct spi_gpio_controller { struct spi_bitbang bitbang; struct gpio_desc *sck; // 时钟线(SCK) struct gpio_desc *mosi; // 主出从入(MOSI) struct gpio_desc *miso; // 主入从出(MISO) struct gpio_desc *cs; // 片选(CS) u32 mode; // SPI模式(CPOL/CPHA) }; static int spi_gpio_setup(struct spi_device *spi) { // 配置SPI设备参数(模式、速度等) return 0; } static void spi_gpio_cleanup(struct spi_device *spi) { // 清理资源 } ``` --- ##### **2. 实现SPI数据传输函数** 通过GPIO操作实现SPI的 **时钟生成** 和 **数据读写**,需处理CPOL(时钟极性)和CPHA(时钟相位)的组合。 **代码示例:数据传输逻辑** ```c // 设置SCK电平(根据CPOL) static void spi_gpio_set_sck(struct spi_gpio_controller *ctlr, int level) { gpiod_set_value(ctlr->sck, (ctlr->mode & SPI_CPOL) ? !level : level); } // 设置MOSI电平 static void spi_gpio_set_mosi(struct spi_gpio_controller *ctlr, int level) { gpiod_set_value(ctlr->mosi, level); } // 读取MISO电平 static int spi_gpio_get_miso(struct spi_gpio_controller *ctlr) { return gpiod_get_value(ctlr->miso); } // 核心数据传输函数(bit-bang实现) static u32 spi_gpio_txrx_word(struct spi_device *spi, unsigned nsecs, u32 word, u8 bits) { struct spi_gpio_controller *ctlr = spi_master_get_devdata(spi->master); u32 data = 0; for (u8 i = 0; i < bits; i++) { // 根据CPHA确定数据采样边沿 if (ctlr->mode & SPI_CPHA) { spi_gpio_set_mosi(ctlr, (word >> (bits - 1 - i)) & 0x1); udelay(nsecs / 1000); spi_gpio_set_sck(ctlr, 1); // 上升沿采样 } else { spi_gpio_set_sck(ctlr, 0); spi_gpio_set_mosi(ctlr, (word >> (bits - 1 - i)) & 0x1); udelay(nsecs / 1000); spi_gpio_set_sck(ctlr, 1); // 下降沿采样 } data <<= 1; data |= spi_gpio_get_miso(ctlr); udelay(nsecs / 1000); spi_gpio_set_sck(ctlr, 0); } return data; } ``` --- ##### **3. 注册SPI主控制器** 初始化`spi_bitbang`并注册到内核。 **代码示例:控制器注册** ```c static int spi_gpio_probe(struct platform_device *pdev) { struct spi_gpio_controller *ctlr; struct spi_master *master; master = spi_alloc_master(&pdev->dev, sizeof(*ctlr)); if (!master) return -ENOMEM; ctlr = spi_master_get_devdata(master); // 从设备树获取GPIO ctlr->sck = devm_gpiod_get(&pdev->dev, "sck", GPIOD_OUT_LOW); ctlr->mosi = devm_gpiod_get(&pdev->dev, "mosi", GPIOD_OUT_LOW); ctlr->miso = devm_gpiod_get(&pdev->dev, "miso", GPIOD_IN); ctlr->cs = devm_gpiod_get(&pdev->dev, "cs", GPIOD_OUT_HIGH); // 配置SPI模式(示例:CPOL=0, CPHA=0) ctlr->mode = SPI_MODE_0; ctlr->bitbang.txrx_word = spi_gpio_txrx_word; ctlr->bitbang.setup_transfer = spi_bitbang_setup_transfer; ctlr->bitbang.master = master; // 注册SPI主控制器 if (spi_bitbang_start(&ctlr->bitbang)) { spi_master_put(master); return -EINVAL; } platform_set_drvdata(pdev, master); return 0; } ``` --- ##### **4. 设备树配置(DTS)** 在设备树中声明GPIO引脚和SPI设备。 **示例:DTS节点** ```dts spi_gpio: spi-gpio { compatible = "spi-gpio"; #address-cells = <1>; #size-cells = <0>; gpio-sck = <&gpio 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>; // SCK引脚 gpio-mosi = <&gpio 13 GPIO_ACTIVE_HIGH>; // MOSI引脚 gpio-miso = <&gpio 14 GPIO_ACTIVE_HIGH>; // MISO引脚 cs-gpios = <&gpio 15 GPIO_ACTIVE_LOW>; // CS引脚 num-chipselects = <1>; status = "okay"; spidev@0 { compatible = "rohm,dh2228fv"; spi-max-frequency = <1000000>; // 最大时钟频率1MHz reg = <0>; }; }; ``` --- #### **三、性能优化与注意事项** 1. **时钟频率限制**: - GPIO模拟的SPI速度通常低于硬件SPI,实测最大约 **500kHz~1MHz**(依赖CPU性能和延时精度)。 - 调整 `udelay(nsecs / 1000)` 中的延时时间可优化时序。 2. **多设备支持**: - 若需支持多个SPI设备,需在设备树中定义多个`cs-gpios`并修改驱动代码。 3. **中断与DMA**: - 软件SPI不支持DMA传输,高带宽场景需改用硬件SPI。 4. **调试工具**: - 使用 `spidev_test` 工具验证数据传输: ```bash spidev_test -D /dev/spidev0.0 -v -p "\x01\x02\x03" ``` --- #### **四、完整代码参考** Linux内核已内置通用GPIO模拟SPI驱动 **`spi-gpio`**,代码位于: - **`drivers/spi/spi-gpio.c`** 可直接在设备树中引用,无需重复造轮子。若需自定义实现,可参考该模块代码。 --- #### **五、适用场景** - **无硬件SPI控制器**:如部分低端MCU或FPGA开发板。 - **灵活调试**:快速验证SPI外设功能。 - **多片选信号需求**:通过GPIO扩展多个片选引脚。 --- 如需进一步分析具体问题(如时序波形调试或外设兼容性),请提供硬件平台和SPI设备型号。
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