linux内核SPI总线驱动分析（一）

下面有两个大的模块：

一个是SPI总线驱动的分析
(研究了具体实现的过程)

另一个是SPI总线驱动的编写（不用研究具体的实现过程）

SPI总线驱动分析

1 SPI概述

SPI是英语Serial Peripheral
interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口，是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在
EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的
管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便。

SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要4根线，事实上3根也可以。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI(数据输入)，SDO(数据输出)，SCLK(时钟)，CS(片选)。

MOSI(SDO)：主器件数据输出，从器件数据输入。

MISO(SDI)：主器件数据输入，从器件数据输出。

SCLK ：时钟信号，由主器件产生。

CS：从器件使能信号，由主器件控制。

其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效，这就允许在同一总线上连接多个
SPI设备成为可能。需要注意的是，在具体的应用中，当一条SPI总线上连接有多个设备时，SPI本身的CS有可能被其他的GPIO脚代替，即每个设备的
CS脚被连接到处理器端不同的GPIO，通过操作不同的GPIO口来控制具体的需要操作的SPI设备，减少各个SPI设备间的干扰。

SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位从MSB或者LSB开始传输的，这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，MISO、MOSI
则基于此脉冲完成数据传输。
SPI支持4-32bits的串行数据传输，支持MSB和LSB，每次数据传输时当从设备的大小端发生变化时需要重新设置SPI
Master的大小端。

2 Linux
SPI驱动总体架构

在2.6的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。

2.1 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。

2.2 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

2.3 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

.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

3 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

4 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！！！！！！！！！！！！！

5
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),

};

//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 );

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 <</span> r_count; i++ ) {

printk( "0xx\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

[b] spi_message_init( &msg );

[/b]

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;

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;

}