linux下SPI驱动----OK6410（一）

桃扇骨 2022-06-09 14:29 206阅读 0赞

SPI是同步外设接口，由摩托罗拉公司开发的全双工同步串行总线，接口有MISO、MOSI、SCK和SS四线组成。在这里不具体介绍SPI的工作原理了，相信学SPI驱动的同学已经在单片机上实现过了SPI的通讯。

学习SPI驱动首先必须要建立一个分层的设计思想，分层设计不光在SPI中体现，在linux内核中都是分层的思想，使得linux具有强大的适应性。分层设计思想在linux的Input、RTC、MTD、IIC、TTY、USB、SPI等很多设备驱动中得到体现。那么SPI驱动分了哪几个层呢？

SPI在linux中分为3层分别为主机控制器驱动、核心层驱动和外设驱动：

在OK6410中     主机控制器驱动：spi\_s3c64xx.c--------------这个文件将s3c6410的硬件spi控制器驱动。

核心层驱动        ：spi.c---------------------------这个文件是实现了spi的注册和注销的函数等，连接了主机控制器和外设驱动，起到了桥梁的作用。

外设驱动            ：spidev.c----------------------内核中的一个通用的外设驱动。

学习底层驱动免不了大量的结构体，下面就来看一些重要的结构体：

为了看起来可以有调理性，首先从主机控制器的结构体开始：

在include\\linux\\spi下有spi.h

struct spi_master {
    	struct device	dev;				//内嵌标准dev结构
    	struct list_head list;	
    	s16			bus_num;				//总线编号
    	u16			num_chipselect;			//芯片支持的片选数量
    	u16			dma_alignment;			//采用dma时的对齐要求
    
            /* spi_device.mode flags understood by this controller driver */
    	u16			mode_bits;
    
    	/* other constraints relevant to this driver */
    	u16			flags;
    #define SPI_MASTER_HALF_DUPLEX	BIT(0)		/* can't do full duplex */
    #define SPI_MASTER_NO_RX	BIT(1)		/* can't do buffer read */
    #define SPI_MASTER_NO_TX	BIT(2)		/* can't do buffer write */
    
    	/* lock and mutex for SPI bus locking */
    	spinlock_t		bus_lock_spinlock;					//自旋锁定义
    	struct mutex		bus_lock_mutex;					//互斥信号量定义
    
    	/* flag indicating that the SPI bus is locked for exclusive use */
    	bool			bus_lock_flag;
    
    	//改变spi_device的特性如：传输模式，字长，时钟频率  
    	int			(*setup)(struct spi_device *spi);		
    
    	 /*添加消息到队列的方法，这个函数不可睡眠，他的任务是安排发生的传送并且调用注册的回调函数complete()*/ 
    	int			(*transfer)(struct spi_device *spi,
    						struct spi_message *mesg);
    
    	/* called on release() to free memory provided by spi_master */
    	void			(*cleanup)(struct spi_device *spi);				//释放内存
    };

在linux中，使用 spi\_master结构体来描述一个SPI的主机控制器驱动，结构体主要完成主机控制器的序列号（s3c6410中有两个spi主机控制器）、片选数量、SPI模式和时钟以及一些传输函数的实现。

上面这个结构体通过一下3个函数来注册和注销：

struct spi_master *spi_alloc_master(struct device *host, unsigned size);      //自动分配内存
    int spi_register_master(struct spi_master *master);                           //注册spi控制器
    void spi_unregister_master(struct spi_master *master);                        //注销spi控制器

以上的结构体和函数最终在spi\_s3c64xx.c中得到实现，有兴趣的可以看一下里面的代码很不错，但是也不好理解，因为6410的spi驱动采用了DMA传输。

SPI的核心层，作为桥梁的功能，里面主要注册了一个spi\_bus\_type的spi总线和spi\_master的class类。通过注册在我们的系统中sys/bus中产生了一个spi的目录和sys/class下产生spi\_master目录。

SPI外设驱动层，该层就像我们平常写的驱动，里面有几个重要的结构体分别是：

struct spi_driver {
    	const struct spi_device_id *id_table;
    	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;
    };

spi\_driver这个结构体和platform\_driver结构体非常的相似。

在驱动中传输使用的结构体：

struct spi_transfer {
    
    	const void	*tx_buf;			//要写入设备的数据(必须是dma_safe)，或者为NULL
    	void		*rx_buf;				//要读取的数据缓冲(必须是dma_safe)，或者为NULL  
    	unsigned	len;					 //tx和rx的大小(字节数),这里不是指它的和，而是各自的长度，他们总是相等的  
    
    	dma_addr_t	tx_dma;			//如果spi_message.is_dma_mapped是真，这个是tx的dma地址 
    	dma_addr_t	rx_dma;			//如果spi_message.is_dma_mapped是真，这个是rx的dma地址  
    
    	unsigned	cs_change:1;		//影响此次传输之后的片选，指示本次tranfer结束之后是否要重新片选并调用setup改变设置，这个标志可以较少系统开销u8      
    	u8		bits_per_word;		 //每个字长的比特数，如果是0，使用默认值  
    	u16		delay_usecs;		//此次传输结束和片选改变之间的延时，之后就会启动另一个传输或者结束整个消息  
    	u32		speed_hz;			//通信时钟。如果是0，使用默认值  
    
    	struct list_head transfer_list;	        //用来连接的双向链表节点
    };

struct spi_message {
    	struct list_head	transfers;			//此次消息的传输队列，一个消息可以包含多个传输段
    
    	struct spi_device	*spi;				//传输的目的设备  
    
    	unsigned		is_dma_mapped:1;		//如果为真，此次调用提供dma和cpu虚拟地址  
    
    	/* completion is reported through a callback */
    	void			(*complete)(void *context);		//异步调用完成后的回调函数  
    	void			*context;						//回调函数的参数  
    	unsigned		actual_length;					//此次传输的实际长度  
    	int			status;							//执行的结果，成功被置0，否则是一个负的错误码  
    
    	struct list_head	queue;
    	void			*state;
    };

通过

static inline void spi_message_add_tail(struct spi_transfer *t, struct spi_message *m)

初始化spi\_message,进而将spi\_transfer添加到spi\_message中，发起传输有两种方式分别是同步传输和异步传输。

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);   -------------异步传输

下面介绍两个通用的SPI传输函数：

static inline ssize_t spidev_sync_write(struct spidev_data *spidev, size_t len)
    {
    	struct spi_transfer	t = {
    			.tx_buf		= spidev->buffer,
    			.len		= len,
    		};
    	struct spi_message	m;
    
    	spi_message_init(&m);
    	spi_message_add_tail(&t, &m);
    	return spidev_sync(spidev, &m);
    }
    
    static inline ssize_t spidev_sync_read(struct spidev_data *spidev, size_t len)
    {
    	struct spi_transfer	t = {
    			.rx_buf		= spidev->buffer,
    			.len		= len,
    		};
    	struct spi_message	m;
    
    	spi_message_init(&m);
    	spi_message_add_tail(&t, &m);
    	return spidev_sync(spidev, &m);
    }