Linux内核中SPI总线驱动分析.doc

Linux内核中SPI总线驱动分析本文主要有两个大的模块：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）。1SPI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。2Linux 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。2.1SPI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。2.2SPI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：structspi_masterstructdevicedev; s16bus_num; u16num_chipselect; int(*setup)(structspi_device*spi); int(*transfer)(structspi_device*spi,structspi_message*mesg); void (*cleanup)(structspi_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2.3SPI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：structspi_driver int(*probe)(structspi_device*spi);int(*remove)(structspi_device*spi);void(*shutdown)(structspi_device*spi);int(*suspend)(structspi_device*spi,pm_message_tmesg);int(*resume)(structspi_device*spi);structdevice_driverdriver; 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。structspi_devicestructdevicedev;structspi_master*master;u32max_speed_hz;u8chip_select;u8mode; u8bits_per_word;intirq;void*controller_state;void*controller_data;charmodalias32; ;.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 /* Connected to SPI-0 as 1st Slave */ .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_csi0,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3OMAP3630 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FIFO4 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 charmodaliasSPI_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.spi_device就构建并注册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_csiSMDK_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);在板文件中添加spi_board_info，并在板文件的init函数中调用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_messagedriver有几个重要的函数 ：spi_message_init、spi_message_add_tail、spi_sync（1）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),;（2）spi_driver的注册spi_register_driver(&m25p80_driver);/在有匹配的spi_device时，会调用m25p_probe（3）实现probe操作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。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）spi_write_then_read（先写后读）例如：structspi_transferst=;/填充spi_transferstructspi_messagemeg；/定义messagespi_init_message(&meg)；/初始化megspi_message_add_tail(&st,&meg);/将st放在message队列尾部Spi_sync(spi_device,&meg);/将message与spi_device关联，发送megstaticintm25p10a_read(structm25p10a*flash,loff_tfrom,size_tlen,char*buf)intr_count=0,i; structspi_transferst2; structspi_messagemsg;spi_message_init(&msg);memset(st,0,sizeof(st);flash-cmd0=CMD_READ_BYTES;flash-cmd1=from16;flash-cmd2=from8;flash-cmd3=from;st0.tx_buf=flash-cmd;st0.len=CMD_SZ;spi_message_add_tail(&st0,&msg);st1.rx_buf=buf;st1.len=len;spi_message_add_tail(&st1,&msg);mutex_lock(&flash-lock);/*Waituntilfinishedpreviouswritecommand.*/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%dbytesn,_func_,r_count);for(i=0;ilock);return0;staticintm25p10a_write(structm25p10a*flash,loff_tto,size_tlen,constchar*buf)intw_count=0,i,page_offset;structspi_transferst2;structspi_messagemsg;write_enable(flash);/写使能spi_message_init(&msg); memset(st,0,