【从0教学嵌入式Linux】第二十五集

小萍

第25课：SPI驱动程序开发

   
（一）SPI子系统驱动
一、概述
基于子系统去开发驱动程序已经是Linux内核中普遍的做法了。前面写过基于I2C
子系统的驱动开发。本文介绍另一种常用总线。SPI子系统的开发和I2C有很多相似性，大家可以对比学习。
二、SPI总线协议简介
介绍驱动开发前，需要先熟悉下SPI通讯协议中的几个关键的地方，后面再编写驱动时，需要考虑相关因素。
SPI总线由MISO（串行数据输入）、MOSI（串行数据输出）、SCK（串行移位时钟）、CS（使能信号）4个信号线组成。
SPI常用四种数据传输模式的主要差别在于：输出串行同步时钟极性（CPOL）和相位（CPHA）可以进行配置。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，在串行时钟的后沿（上升或下降）数据被采样。

   



   


这四种模式中究竟选择哪种模式取决于设备。
三、Linux下SPI驱动开发
首先明确SPI驱动层次，如下图：

   


我们以上面这个图为思路
1.Platform bus
Platform bus对应的结构是platform_bus_type，这个内核是开始就定义好的。
2.Platform_device
SPI控制器对应platform_device的定义方式，参看arch/arm/plat-samsung/dev-spi.c文件

   


3.Platform_driver
再来看platform_driver，参看drivers/spi/spi_s3c.c文件

   


Platform_driver_probe(&s3c_spi_driver,s3c_spi_probe)；注册driver
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。

   


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

   


对应的匹配规则是（高版本的匹配规则会稍有变化，引入了id_table，可以匹配多个spi设备名称）

   


5.spi_devic
下面讲spi_device的构建与注册。Spi_device对应的含义是挂载在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。

   


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。
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scan_board_info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。

   


6.spi_driver（参考）
本文先以Linux内核中的/driver/mtd/devices/m25p80.c驱动为参考。

   


Spi_register_driver(&m25p80_driver);   //spi driver 的注册
在有匹配的spi driver时，会调用m25p_probe
Static int_devinit m25p_probe（struct spi_device *spi）
{
........
}
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，可以参看m25p80_read函数，要完成传输先理解下面几个给够的含义（这两个结构的定义及详细注释参见include/linux/spi/spi.h）
Spi_message：描述一次完整的传输，即cs信号从高->低->高的传输
Spi_transfer：多个api_transfer构成一个spi_message
举例说明：m25p80的读过程如下图

   


可以分解为两个spi_transfer，一个是写命令，另一个是读数据具体实现参见m25p80.c中的m25p80_read函数，下面内容摘取之此函数

   


Spi_sync为同步方式发送，还可以用spi_async异步方式，需要设置回调完成函数。
另外也可以选择一些封装好的更容易使用的函数，这些函数可以在include/linux/spi/spi.h文件中找到，如：
extern int spi_write_then_read(struct spi_device *spi,
const u8 *txbuf,unsigned n_tx,
u8 *rxbuf,unsigned n_rx);
（二）编写SPI驱动概述（参考）
本文不具体分析Linux内核中SPI总线的架构，只针对这种架构阐述如何进行SPI设备驱动的编写。简而言之，SPI驱动的编写分为两个部分：
第一：spi_device的构建和注册
第二：spi_driver的构建和注册
1.spi_device的构建并注册
首先在板文件中添加spi_board_info，例如：

   


并在板文件的init函数中调用spi_register_board_info（s3c_spi_devs，ARRAY_SIZE（s3c_spi_devs））；这个函数会把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。
2.Spi_driver的构建与注册分为三步：
（1）构建spi_driver

   


（2）Spi_driver的注册
Spi_register_driver（&m25p80_driver）； 当匹配了spi_device以后调用probe
（3）实现probe操作
Spi_transfer（里面集成了数据buf空间地址等信息）
Spi_message（是spi_transfer的集合）的构建：spi_message_init（初始化spi_message）、spi_message_add_tAIl（将新的spi_transfer添加到spi_message队列尾部）
Spi_sync函数的调用（调用spi_master发送spi_message）
例如：

   


这样就基本完成了SPI设备的驱动编写，读写具体操作要根据芯片的时序来确定，具体如何利用SPI传数据那么就要看自己程序的逻辑。

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