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linux內核SPI總線驅動分析（一）

本文轉載自   查看原文   2012-12-03 22:13   40905    linux驅動總結（初級）

下面有兩個大的模塊：

一個是SPI總線驅動的分析            (研究了具體實現的過程)

另一個是SPI總線驅動的編寫（不用研究具體的實現過程）

SPI總線驅動分析

 

1 SPI概述
      SPI是英語Serial Peripheral interface的縮寫，顧名思義就是串行外圍設備接口，是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應用在 EEPROM，FLASH，實時時鍾，AD轉換器，還有數字信號處理器和數字信號解碼器之間。SPI是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，並且在芯片的管腳上只占用四根線，節約了芯片的管腳，同時為PCB的布局上節省空間，提供方便。
      SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，需要4根線，事實上3根也可以。也是所有基於SPI的設備共有的，它們是SDI(數據輸入)，SDO(數據輸出)，SCLK(時鍾)，CS(片選)。
      MOSI(SDO)：主器件數據輸出，從器件數據輸入。
      MISO(SDI)：主器件數據輸入，從器件數據輸出。
      SCLK ：時鍾信號，由主器件產生。
      CS：從器件使能信號，由主器件控制。
      其中CS是控制芯片是否被選中的，也就是說只有片選信號為預先規定的使能信號時（高電位或低電位），對此芯片的操作才有效，這就允許在同一總線上連接多個SPI設備成為可能。需要注意的是，在具體的應用中，當一條SPI總線上連接有多個設備時，SPI本身的CS有可能被其他的GPIO腳代替，即每個設備的CS腳被連接到處理器端不同的GPIO，通過操作不同的GPIO口來控制具體的需要操作的SPI設備，減少各個SPI設備間的干擾。
      SPI是串行通訊協議，也就是說數據是一位一位從MSB或者LSB開始傳輸的，這就是SCK時鍾線存在的原因，由SCK提供時鍾脈沖，MISO、MOSI則基於此脈沖完成數據傳輸。 SPI支持4-32bits的串行數據傳輸，支持MSB和LSB，每次數據傳輸時當從設備的大小端發生變化時需要重新設置SPI Master的大小端。

 

2 Linux SPI驅動總體架構
      在2.6的linux內核中，SPI的驅動架構可以分為如下三個層次：SPI 核心層、SPI控制器驅動層和SPI設備驅動層。
      Linux 中SPI驅動代碼位於drivers/spi目錄。
2.1 SPI核心層
      SPI核心層是Linux的SPI核心部分，提供了核心數據結構的定義、SPI控制器驅動和設備驅動的注冊、注銷管理等API。其為硬件平台無關層，向下屏蔽了物理總線控制器的差異，定義了統一的訪問策略和接口；其向上提供了統一的接口，以便SPI設備驅動通過總線控制器進行數據收發。
      Linux中，SPI核心層的代碼位於driver/spi/ spi.c。由於該層是平台無關層，本文將不再敘述，有興趣可以查閱相關資料。
2.2 SPI控制器驅動層
      SPI控制器驅動層，每種處理器平台都有自己的控制器驅動，屬於平台移植相關層。它的職責是為系統中每條SPI總線實現相應的讀寫方法。在物理上，每個SPI控制器可以連接若干個SPI從設備。
      在系統開機時，SPI控制器驅動被首先裝載。一個控制器驅動用於支持一條特定的SPI總線的讀寫。一個控制器驅動可以用數據結構struct spi_master來描述。

   在include/liunx/spi/spi.h文件中，在數據結構struct spi_master定義如下：

 

  1. struct spi_master {  
  2.     struct device   dev;  
  3.     s16         bus_num;  
  1.     u16         num_chipselect;  
  2.     int         (*setup)(struct spi_device *spi);  
  3.     int         (*transfer)(struct spi_device *spi, struct spi_message *mesg);  
  4.     void        (*cleanup)(struct spi_device *spi);  
  5. };  

 

     bus_num為該控制器對應的SPI總線號。
      num_chipselect 控制器支持的片選數量，即能支持多少個spi設備 
      setup函數是設置SPI總線的模式，時鍾等的初始化函數， 針對設備設置SPI的工作時鍾及數據傳輸模式等。在spi_add_device函數中調用。 
      transfer函數是實現SPI總線讀寫方法的函數。實現數據的雙向傳輸，可能會睡眠

    cleanup注銷時候調用

2.3 SPI設備驅動層
      SPI設備驅動層為用戶接口層，其為用戶提供了通過SPI總線訪問具體設備的接口。
      SPI設備驅動層可以用兩個模塊來描述，struct spi_driver和struct spi_device。
      相關的數據結構如下：

 

  1. struct spi_driver {  
  2.     int         (*probe)(struct spi_device *spi);  
  3.     int         (*remove)(struct spi_device *spi);  
  4.     void            (*shutdown)(struct spi_device *spi);  
  5.     int         (*suspend)(struct spi_device *spi, pm_message_t mesg);  
  6.     int         (*resume)(struct spi_device *spi);  
  7.     struct device_driver    driver;  
  8. }; 

 

  Driver是為device服務的，spi_driver注冊時會掃描SPI bus上的設備，進行驅動和設備的綁定，probe函數用於驅動和設備匹配時被調用。從上面的結構體注釋中我們可以知道，SPI的通信是通過消息隊列機制，而不是像I2C那樣通過與從設備進行對話的方式。

 

  1. struct spi_device {  
  2.     struct device       dev;  
  3.     struct spi_master   *master;  
  4.     u32         max_speed_hz;  
  5.     u8          chip_select;  
  6.     u8          mode;    
  7.     u8          bits_per_word;  
  8.     int         irq;  
  9.     void            *controller_state;  
  10.     void            *controller_data;  
  11.     char            modalias[32];   
  12. }; 

 

        .modalias   = "m25p10",

        .mode   =SPI_MODE_0,   //CPOL=0, CPHA=0 此處選擇具體數據傳輸模式

        .max_speed_hz    = 10000000, //最大的spi時鍾頻率

        /* Connected to SPI-0 as 1st Slave */

        .bus_num    = 0,   //設備連接在spi控制器0上

        .chip_select    = 0, //片選線號，在S5PC100的控制器驅動中沒有使用它作為片選的依據，而是選擇了下文controller_data里的方法。

        .controller_data = &smdk_spi0_csi[0],  

通常來說spi_device對應着SPI總線上某個特定的slave。並且spi_device封裝了一個spi_master結構體。spi_device結構體包含了私有的特定的slave設備特性，包括它最大的頻率，片選那個，輸入輸出模式等等

3 OMAP3630 SPI控制器
      OMAP3630上SPI是一個主/從的同步串行總線，這邊有4個獨立的SPI模塊(SPI1，SPI2，SPI3，SPI4)，各個模塊之間的區別在於SPI1支持多達4個SPI設備，SPI2和SPI3支持2個SPI設備，而SPI4只支持1個SPI設備。

SPI控制器具有以下特征：
     1.可編程的串行時鍾，包括頻率，相位，極性。
     2.支持4到32位數據傳輸
     3.支持4通道或者單通道的從模式
     4.支持主的多通道模式
         4.1全雙工/半雙工
         4.2只發送/只接收/收發都支持模式
         4.3靈活的I/O端口控制
         4.4每個通道都支持DMA讀寫
     5.支持多個中斷源的中斷時間
     6.支持wake-up的電源管理
     7.內置64字節的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結構體來描述：
struct spi_board_info {
char modalias[SPI_NAME_SIZE];
const void*platform_data;
void*controller_data;
intirq;
u32max_speed_hz;
u16bus_num;
u16chip_select;
u8 mode;
};

 

這個結構體記錄了SPI外設使用的主機控制器序號、片選信號、數據比特率、SPI傳輸方式等

構建的操作是以下的兩個步驟：

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.

 

而這個info在init函數調用的時候會初始化：

spi_register_board_info(s3c_spi_devs,ARRAY_SIZE(s3c_spi_devs));

 

spi_register_board_info(s3c_spi_devs,ARRAY_SIZE(s3c_spi_devs));//注冊spi_board_info。這個代碼會把spi_board_info注冊到鏈表board_list上。spi_device封裝了一個spi_master結構體，事實上spi_master的注冊會在spi_register_board_info之后，spi_master注冊的過程中會調用scan_boardinfo掃描board_list，找到掛接在它上面的spi設備，然后創建並注冊spi_device。

 

至此spi_device就構建並注冊完成了！！！！！！！！！！！！！

 

5 spi_driver的構建與注冊

 

driver有幾個重要的結構體：spi_driver、spi_transfer、spi_message

driver有幾個重要的函數    ：spi_message_init、spi_message_add_tail、spi_sync

 

   //spi_driver的構建

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的注冊

 

spi_register_driver(&m25p80_driver);

在有匹配的spi_device時，會調用m25p_probe

 

probe里完成了spi_transfer、spi_message的構建；

spi_message_init、spi_message_add_tail、spi_sync、spi_write_then_read函數的調用

 

例如：

 

  1.  */  
  2. static int m25p10a_read( struct m25p10a *flash, loff_t from,   
  3.         size_t len, char *buf )  
  4. {  
  5.     int r_count = 0, i;  
  6.     struct spi_transfer st[2];  
  7.     struct spi_message  msg;  
  8.       
  9.     spi_message_init( &msg );  
  10.     memset( st, 0, sizeof(st) );  
  11.   
  12.     flash->cmd[0] = CMD_READ_BYTES;  
  13.     flash->cmd[1] = from >> 16;  
  14.     flash->cmd[2] = from >> 8;  
  15.     flash->cmd[3] = from;  
  16.   
  17.     st[ 0 ].tx_buf = flash->cmd;  
  18.     st[ 0 ].len = CMD_SZ;  
  19.     spi_message_add_tail( &st[0], &msg );  
  20.   
  21.     st[ 1 ].rx_buf = buf;  
  22.     st[ 1 ].len = len;  
  23.     spi_message_add_tail( &st[1], &msg );  
  24.   
  25.     mutex_lock( &flash->lock );  
  26.       
  27.     /* Wait until finished previous write command. */  
  28.     if (wait_till_ready(flash)) {  
  29.         mutex_unlock( &flash->lock );  
  30.         return -1;  
  31.     }  
  32.   
  33.     spi_sync( flash->spi, &msg );  
  34.     r_count = msg.actual_length - CMD_SZ;  
  35.     printk( "in (%s): read %d bytes\n", __func__, r_count );  
  36.     for( i = 0; i < r_count; i++ ) {  
  37.         printk( "0x%02x\n", buf[ i ] );  
  38.     }  
  39.   
  40.     mutex_unlock( &flash->lock );  
  42.     return 0;  
  43. }  
  45. static int m25p10a_write( struct m25p10a *flash, loff_t to,   
  46.         size_t len, const char *buf )  
  47. {  
  48.     int w_count = 0, i, page_offset;
  49.   
  50.     struct spi_transfer st[2]; 
  51.  
  52.     struct spi_message  msg;  
  54.     write_enable( flash );  //寫使能  
  55.       

        spi_message_init( &msg );  

  1.     memset( st, 0, sizeof(st) );  
  2.   
  3.     flash->cmd[0] = CMD_PAGE_PROGRAM;  
  4.     flash->cmd[1] = to >> 16;  
  5.     flash->cmd[2] = to >> 8;  
  6.     flash->cmd[3] = to;  
  7.   
  8.     st[ 0 ].tx_buf = flash->cmd;  
  9.     st[ 0 ].len = CMD_SZ;  
  10.   //填充spi_transfer，將transfer放在隊列后面
  11.     spi_message_add_tail( &st[0], &msg );  
  12.   
  13.     st[ 1 ].tx_buf = buf;  
  14.     st[ 1 ].len = len;  
  15.     spi_message_add_tail( &st[1], &msg );  
  16.   
  1.  
  2.         spi_sync( flash->spi, &msg );   調用spi_master發送spi_message
  3.     
  4.     return 0;  
  5. } 

 

 

  1.   
  2. static int m25p10a_probe(struct spi_device *spi)   
  3. {   
  4.     int ret = 0;  
  5.     struct m25p10a  *flash;  
  6.     char buf[ 256 ];  
  7.     flash = kzalloc( sizeof(struct m25p10a), GFP_KERNEL );  
  8.     flash->spi = spi;  
  9.     /* save flash as driver's private data */  
  10.     spi_set_drvdata( spi, flash );    
  1.     memset( buf, 0x7, 256 );  
  2.     m25p10a_write( flash, 0, 20, buf); //0地址寫入20個7  
  3.     memset( buf, 0, 256 );  
  4.     m25p10a_read( flash, 0, 25, buf ); //0地址讀出25個數  
  5.  
  6.     return 0;   
  7. }   

 

 

 

 

到目前為止，完成了SPI的驅動和應用

 


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