分类： LINUX
2013-05-21 17:45:24
------------
“串行外设接口”（SPI）是一个同步的四线串行链接用于微控制器连接传感器，内存和外设的。这是一个简单的“时点”的标准，获取一个标准化结构也不复杂。 SPI使用主/从配置。
三个信号线外加一个时钟（SCK，往往在10 MHz），并行数据线“主机输出，从机输入”（MOSI）或“主机输入，从机输出”（MISO）。数据交换有四种时钟模式：模式0和模式3最常用的。每个时钟周期输入和输出数据的数据;有一个数据位转移时时钟不会循环。并非所有的数据位都是这样，不是每个协议使用的全双工功能。
SPI的主机使用四线“chipselect”线激活一个指定的SPI从机设备，因此这三个信号线，可并行连接到几个芯片。所有的SPI从机都支持“chip select”;他们通常低电平有效，标志nCSx为从机'x'（如nCS0）。有些设备有其他的信号，通常包括一个主机中断。
不同于USB或SMBus串行总线，即使是低级别的SPI从机协议功能通常不能在供应商之通用。（除SPI存储器芯片的外）。
-SPI的可用于请求/响应式设备协议，例如触摸屏传感器和内存芯片。
- 它也可以被用来在某个方向的数据流（半双工），也可在同一时间使用（全双工）。
- 某些设备可能使用8位字。其他可能不同的字长，如12位或20位数字采样流。
- 一个字通常是大端（MSB）发送，但有时也会用小端发送（LSB）。
- 有时SPI是用于菊花链（daisy-chain）设备，如移位寄存器。
以同样的方式，SPI从机将很少的支持任何一种自动发现/枚举协议。一个给定的SPI主机的从设备访问树通常会使用配置表手动设置。
SPI是类似四线协议所使用的唯一名称，大多数控制器都可以处理“MicroWire”（认为它是处理半双工SPI，请求/响应协议），SSP（“同步串行协议“），PSP（”可编程串行协议“），及其他相关协议。
有些芯片把MOSI和MISO信号线组合起来，限制自己硬件在半双工水平工作。其实一些SPI芯片有信号模式用作捆绑的选项。这些可以为SPI使用相同的编程接口，当然，他们不会处理全双工传输。你可能会发现有些芯片描述使用“三线”信号：SCK，data，nCSx。（数据线有时被称作MOMI或SISO。）
微控制器通常支持SPI的主机和从机双方协议。本文档（和Linux）目前只支持主机方SPI的相互作用。
谁在使用它？什么样系统？
---------------------------------------
Linux开发人员使用SPI很可能为嵌入式系统板编写设备驱动。 SPI用来控制外部芯片，它也是一个支持MMC或SD记忆卡的协议。（旧的“DataFlash”卡，早期MMC，但使用相同的连接器和卡的形状，只支持SPI）。一些PC硬件的BIOS代码使用SPI闪存存储。
SPI从芯片用于传感器和编解码器的数字/模拟转换器芯片，内存，外围设备，如USB控制器或以太网适配器等等。
大多数系统采用SPI整合主板上的一些设备。
一些SPI链接作为扩展连接，在没有专用SPI控制器的情况下， GPIO管脚可以用来创建一个低速“bitbanging”适配器。很少有系统支持“hotplug”的SPI；主要的原因是使用SPI的目的是低成本和易操作，如果动态重新配置很重要重要，USB接口往往会是一个更适当的低引脚数的外设总线。
许多微控制器使用SPI模式可以运行Linux集成一个或多个I / O的接口。由于SPI支持，他们可以使用MMC或SD卡无需特殊用途的MMC / SD / SDIO控制器卡。
我很困惑。什么是这四个SPI时钟模式？
-----------------------------------------------------
它很容易被迷惑在这里，制造商的文档你会发现不一定是有用的。四种模式结合了两种模式位：
-CPOL位表示初始时钟极性。 CPOL = 0表示时钟初始为低电平，所以开始的第一（leading）边缘是上升沿，第二边缘（trailing）是下降沿。 CPOL = 1时的时钟启动为高电平，所以第一（leading）的边缘是下降沿。
-CPHA的指示用于采样数据的时钟相位; CPHA = 0时表示边沿超前，CPHA = 1表示边沿滞后。
由于信号在采样前需要稳定下来，CPHA = 0时意味着其数据写入在第一个时钟边沿之前半个时钟。片选将使其可用。
芯片手册不会总是说：“使用SPI模式X”，但其时序图会指明CPOL和CPHA模式。
在SPI模式号，CPOL位是高位和CPHA低位。所以，当芯片的时序图显示的时钟
起始低（CPOL = 0时），在下降沿数据稳定采样（CPHA = 1），这是SPI模式1。
请注意，片选一但有效时钟模式就会相关。所以主机必须在选择一个从机前使时钟无效。当片选有效时，从机可以通过时钟电平告诉采样选择极性。这就是为什么许多设备例如支持模式0和3：他们不关心极性，和总是在输入/输出时钟数据在时钟上升沿。
这些驱动程序编程接口如何工作？
------------------------------------------------
SPI的请求总是进入I / O队列。一个给定的SPI设备的请求总是在FIFO顺序执行，通过回调并异步完成。这些调用也有一些简单的同步封装，包括一些常见的传输类型，例如写一个命令然后，然后读取其响应。
有两种类型的SPI驱动程序，这里所涉及的：
控制器的驱动程序...控制器可以内置在系统芯片，并经常支持Master和Slave的角色。
这些驱动触摸硬件寄存器，可以使用DMA。或者也可以的PIO bitbangers，只是需要的GPIO引脚。
协议驱动程序...这些传递消息一个SPI连接的主机和从机通过控制驱动通讯传递消息。
因此，例如一个协议驱动程序，可能让MTD层导出数据到SPI flash上的文件系统进行存储；
其他也开一用来控制音频接口，目前触摸屏传感器作为输入接口，或监测的工业加工过程中的温度和电压水平。和那些可能都共享相同的控制器驱动程序。
“struct spi_device”封装是主机编程接口。在写这篇文章时，Linux有没有从机编程接口。
SPI编程接口有一个最低限度的核心，侧重于使用驱动模型连接控制器和协议驱动程序，使用设备表板特定的初始化代码。 SPI显示在sysfs中出现的地点：
/sys/devices/.../CTLR ...对于一个给定的SPI控制器的物理节点
/sys/devices/.../CTLR/spiB.C ... spi_device在总线“B”，片选C，通过CTLR访问。
/sys/bus/spi/devices/spiB.C ...符号链接到该物理.../CTLR/spiB.C device设备
/sys/devices/.../CTLR/spiB.C/modalias...设备所使用的确定驱动（forhotplug/coldplug）
/sys/bus/spi/drivers/D ...一个或多个spi*.*设备的驱动程序
/sys/class/spi_master/spiB ...符号链接（或实际设备节点）到一个逻辑节点，可容纳控制器管理总线“B”的类相关状态的。所有spiB.*设备使用SCLK，MOSI和MISO共用一个物理SPI总线段。
注意控制器的类状态的实际位置取决于您是否启用CONFIG_SYSFS_DEPRECATED。在这个时候，只有特定类状态是总线号("B"in "spiB"),所以那些/sys/class的条目只有快速识别总线时有用。
特定板初始化代码如何声明SPI器件？
------------------------------------------------------
Linux需要多种信息才能正确配置SPI器件。这些信息通常是电路板的特定代码，甚至有些芯片支持自动发现/枚举。
声明控制器
第一类信息是存在的SPI控制器的清单。由于片上系统（SOC）在主板上，这些通常是平台设备，控制器可能需要一些platform_data正常运行。 “结构platform_device”将包括资源如控制器的第一个寄存器的物理地址和其IRQ。
平台经常抽象为“register SPI controller”操作，
也许代码以初始化引脚配置与耦合，使
arch/.../mach-*/board-*.c的多个主板的文件都可以共享基本相同的控制器设置代码。这是因为大多数的SOCs有几个SPI功能的控制器，只在一个实际可用的指定主板上一般设置和注册。
例如 arch/.../mach-*/board-*.c （个人理解这个文件应该是arch/.../mach-*/mach-*.c）文件可能包含下面代码:
#include
/* if your mach-* infrastructure doesn'tsupport kernels that can
* runon multiple boards, pdata wouldn't benefit from "__init".
*/
static struct mysoc_spi_data __initdatapdata = { ... };
static __init board_init(void)
{
...
/* this board only uses SPI controller#2 */
mysoc_register_spi(2, &pdata);
...
}
SOC-specific单元代码可能会如下:
#include
static struct platform_device spi2 = { ...};
void mysoc_register_spi(unsigned n, structmysoc_spi_data *pdata)
{
struct mysoc_spi_data *pdata2;
pdata2 = kmalloc(sizeof *pdata2,GFP_KERNEL);
*pdata2 = pdata;
...
if (n == 2) {
spi2->dev.platform_data = pdata2;
register_platform_device(&spi2);
/* also: set up pin modes so thespi2 signals are
* visible on the relevant pins ... bootloaderson
* production boards may already have donethis, but
* developer boards will often need Linux to doit.
*/
}
...
}
注意即使使用相同的SOC控制器platform_data可能会有所不同， 。例如，在一个板的SPI可能会使用外部时钟，另一个设备SPI时钟来自当前设置的主时钟。
声明从设备
第二类信息是在目标板上存在的SPI从器件列表，往往需要一些特定板的数据驱动程序才能正常工作。
通常情况下，您的arch/.../mach-*/board-*.c（个人理解这个文件应该是arch/.../mach-*/mach-*.c）文件将提供一个小列表，列出每块板的SPI设备。 （这通常是只有一个一小段），可能看起来像如下。
static structads7846_platform_data ads_info = {
.vref_delay_usecs = 100,
.x_plate_ohms = 580,
.y_plate_ohms = 410,
};
static struct spi_board_infospi_board_info[] __initdata = {
{
.modalias = "ads7846",
.platform_data = &ads_info,
.mode =SPI_MODE_0,
.irq =GPIO_IRQ(31),
.max_speed_hz = 120000 /* max sample rate at 3V */ * 16,
.bus_num = 1,
.chip_select = 0,
},
};
再次，注意特定板提供的信息，每个芯片可能需要几种类型。这个例子显示了泛型约束，如最快的SPI时钟允许（在这种情况下，一个板上的电压功能）或IRQ管脚是导线，加上芯片的具体限制，例如在一个引脚的电容变化产生的一个重要的延迟。
（还有的“controller_data”，这可能是控制器驱动程序的有用信息。一个例子是特定外设的DMA调整数据或片选回调。这是存储在spi_device后。）
board_info应提供足够的信息，让系统在没有芯片的驱动程序被加载时工作。最麻烦的方面比如在spi_device.mode域的SPI_CS_HIGH位，因为设备共享一个总线，直到底层结构直到如何取消选择它前不可能中断片选"backwards"。
那么你的板初始化代码将使用SPI底层结构登记表，所以它是，SPI主控制器驱动被注册后晚些时候推出时：
spi_register_board_info(spi_board_info,ARRAY_SIZE(spi_board_info));
类似其他静态特定板的设置，你不需注销。
广泛使用的“card”的风格电脑封装内存，CPU，在卡上并没有别的，也许只有30平方厘米。在这样的系统上，
arch/.../mach-.../board-*.c文件将主要提供卡插入主板上的设备信息，
当然包括通过卡连接器挂上的SPI设备！
非静态配置
开发板经常扮演不同的角色，比如一个例子是潜在需要热插拔的SPI设备和/或控制器。
对于这些情况下，你可能需要使用spi_busnum_to_master（）来查找了SPI总线主机，还可能需要spi_new_device（）提供热插拔的主板信息。当然，在主板被删除时需要调用spi_unregister_device（）。
当Linux通过SPI包含支持MMC / SD / SDIO /的DataFlash卡配置也将是动态的。幸运的是，所有这些设备的支持基于设备识别探测，所以他们通常可以热插拔。
我怎样写“SPI协议驱动程序”？
----------------------------------------
目前大多数SPI驱动程序是当前内核驱动程序，但也有支持用户空间的驱动程序。在这里，我们只讲内核驱动程序。
SPI协议驱动程序有点像平台的设备驱动程序：
static struct spi_driverCHIP_driver = {
.driver = {
.name = "CHIP",
.owner = THIS_MODULE,
},
.probe =CHIP_probe,
.remove =__devexit_p(CHIP_remove),
.suspend =CHIP_suspend,
.resume =CHIP_resume,
};
驱动核心尝试自动将此驱动程序绑定到任何支持SPI的设备board_info分配一个代号“CHIP”。您的probe（）代码可能看起来是这样，除非你创建一个设备用于管理总线（出现在/sys/class/spi_master）。
static int __devinit CHIP_probe(structspi_device *spi)
{
struct CHIP *chip;
struct CHIP_platform_data *pdata;
/* assuming the driver requiresboard-specific data: */
pdata = &spi->dev.platform_data;
if (!pdata)
return -ENODEV;
/* get memory for driver's per-chipstate */
chip = kzalloc(sizeof *chip,GFP_KERNEL);
if (!chip)
return -ENOMEM;
spi_set_drvdata(spi, chip);
... etc
return 0;
}
只要它进入probe()，驱动程序可能会发出I / O请求到SPI设备使用“结构spi_message”。当remove（）返回，或probe（）失败后，驱动保证它不会提交任何此类消息。
- 一个spi_message是协议操作的序列，执行作为一个原子序列。 SPI驱动控制包括：
+当双向读取和写入启动... spi_transfer请求的队列如何安排;
+ 哪些I / O缓冲区被占用... 每个spi_transfer封装一个传输方向的缓冲区，支持全双工（两个指针，也许在这两种情况下相同）及半双工（一个指针为NULL）传输;
+传输后可选定义短暂延迟... 使用spi_transfer.delay_usecs设置;
+传输和任何延误后片选是否变得无效... 使用spi_transfer.cs_change标志;
+提示是否接下来的消息是可能去此相同设备...
在最后传输的原子操作使用spi_transfer.cs_change标志，为芯片取消选择和选择操作潜在的节约成本。
- 按照标准内核规则，并在你的消息中提供DMA安全缓冲区。这种方式使用DMA控制器驱动程序不会被强迫作出额外的副本除非硬件需要（如围绕硬件勘误表工作，强制使用反弹缓冲）。
如果的标准dma_map_single（）处理这些缓冲区不适当，你可以使用spi_message.is_dma_mapped，告诉控制器驱动程序你已经提供了相关的DMA地址。
- 基本的I / O原始会是spi_async（）。异步请求可能
在任何情况下产生（IRQ处理程序，任务等），完成报告使用消息回调产生。任何检测到的错误后，该芯片被取消和处理spi_message被中止。
- 也有同步的封装例如spi_sync（），和封装spi_read中，spi_write（），spi_write_then_read（）。这些可发出只有在上下文中可能睡眠，他们都简洁（小，和“可选”）层超过spi_async（）。
-spi_write_then_read（）调用，方便封装其中，应该只用少量的数据额外副本的消耗可能会被忽略。它的设计支持常见的RPC风格的要求，比如写一个8位命令读一个十六位的响应 - spi_w8r16（）是其中封装之一，执行这些操作。
Somedrivers may need to modify spi_device characteristics like the transfer mode,wordsize, or clock rate. This is done with spi_setup(),which would normally becalled from probe() before the first I/O is done to the device. However, thatcan also be called at any time that no message is pending for that device.
虽然“spi_device”将是驱动的底部边界，上边界可能包括sysfs（尤其是传感器读数）输入层，ALSA，网络、MTD字符设备框架，或其它Linux子系统。
注意，有两种类型的内存，是你的驱动必须管理的一部分与SPI器件相互作用。
- I / O缓冲器使用通常的Linux规则，而且必须是DMA-safe。你通常从堆或空白页面池分配。不要使用堆栈，或任何被声明为“静态”。
- spi_message和spi_transfer元数据用于结合I/O缓冲成一组协议交换的I / O缓冲区。这些可以被很方便分配到任何地方，包括部分其他分配一次的驱动器数据结构，初始化为零。
如果你喜欢，spi_message_alloc（）和spi_message_free（）可用来分配和零初始化spi_message。
我怎样写“SPI主控制器驱动程序”？
-------------------------------------------------
一个SPI控制器可能会被注册上platform_bus;写驱动程序绑定到设备，两者涉及总线。
这种类型的驱动程序的主要任务是提供“spi_master”。使用spi_alloc_master（）分配主机，和spi_master_get_devdata（）获取分配给该设备的
driver-private数据。
struct spi_master *master;
struct CONTROLLER *c;
master = spi_alloc_master(dev, sizeof *c);
if (!master)
return-ENODEV;
c = spi_master_get_devdata(master);
驱动程序将初始化spi_master，包括总线数量（可能与平台设备ID相同）和三个方法
用于核心与SPI和SPI协议驱动程序交互。它将同时初始化它自己的内部状态。 （见下文有关总线编号和方法。）
你的spi_master初始化后，然后使用spi_register_master（）它发布到系统的其余部分。在那个时候，设备节点控制器和任何预先声明的SPI设备将可用，驱动程序模型的核心将它们绑定到驱动。
如果您需要删除您的SPI控制器驱动，spi_unregister_master（）将扭转的spi_register_master（）的效果。
总线编号
总线编号很重要，因为这是Linux如何确定一个给定的SPI总线（共享的SCK，MOSI，MISO）的。有效总线从零开始。SOC系统上总线的数字应该匹配的芯片制造商定义的数字。例如，硬件控制器SPI2的总线号2，spi_board_info将使用该号码连接到它的设备。
如果你没有这样的硬件分配总线号，由于某种原因你不能分配给他们，然后提供一个负的总线数。这将被替换为一个动态分配的号码。然后，你需要把它作为一个非静态的配置（见上文）。
SPI主方法
master->setup(structspi_device *spi)
这台设备的时钟速率，SPI模式，和字的大小。驱动可能改变由board_info提供的默认值，然后调用spi_setup（SPI），调用这个例程。它可以休眠。
除非每个SPI从机都有其自己的配置寄存器，否则不要马上改变他们...不然可能损坏驱动器的I / O在其他SPI器件的运行。
**错误警告：由于某种原因，第一个版本 spi_master许多驱动似乎得到这个错误。当你的代码setup（），假设控制器正在进行处理其他设备的传输。**
master->transfer(structspi_device *spi, struct spi_message *message)
这不能睡眠。其职责是安排传送，并发出它的complete（）回调。这些通常会发生后，其他传输完成前，如果控制器处于闲置状态，它需要被启动。
master->cleanup(structspi_device *spi)
您的控制器的驱动程序可能会使用spi_device.controller_state保持状态，这与设备动态联合。如果你这样做，请务必提供cleanup（）方法来释放该状态。
SPI消息队列
大部分驱动将通过transfer（）管理的I / O队列反馈。
该队列可以是纯粹的概念。例如，一驱动只用低频传感器访问，可能是使用同步的PIO。（匪夷所思的一句话。。。）
但队列可能会是非常现实的，利用message->queue，PIO，DMA（尤其是如果根文件系统是在SPI闪存），和执行上下文如IRQ处理，tasklet，或工作队列（例如keventd）。您的驱动程序，可以花哨，或简单，因为你需要。像transfer（）方法通常只需要添加到的消息队列中，然后启动一些异步传输引擎（除非它是已经运行的）。
