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嵌入式软件工程师&&太极拳

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分类: 嵌入式

2013-11-03 00:52:42

该系列文章将分为四个部分:

   第一部分,将对SPI子系统整体进行描述,同时给出SPI的相关数据结构,最后描述SPI总线的注册。基于S3C2440的嵌入式Linux驱动——SPI子系统解读(一)

   第二部分,该文将对SPI的主控制器(master)驱动进行描述。基于S3C2440的嵌入式Linux驱动——SPI子系统解读(二)

   第三部分,即本篇文章,该文将对SPI设备驱动,也称protocol 驱动,进行讲解。

   第四部分,通过SPI设备驱动留给用户层的API,我们将从上到下描述数据是如何通过SPI的protocol 驱动,由bitbang中转,最后由master驱动将数据传输出

                   去。 基于S3C2440的嵌入式Linux驱动——SPI子系统解读(四)

本文属于第部分。

5. SPI设备驱动

    在主控制器驱动中,spi_device已经注册了,在设备驱动中,首先要做的就是注册spi_driver,并提供用户层相应的API。

5.1 SPI设备驱动的注册

下列数据结构及函数位于drivers/spi/spidev.c。


  1. static struct file_operations spidev_fops = {  
  2.     .owner =    THIS_MODULE,  
  3.     /* REVISIT switch to aio primitives, so that userspace 
  4.      * gets more complete API coverage.  It'll simplify things 
  5.      * too, except for the locking. 
  6.      */  
  7.     .write =    spidev_write,  
  8.     .read =        spidev_read,  
  9.     .unlocked_ioctl = spidev_ioctl,  
  10.     .open =        spidev_open,  
  11.     .release =    spidev_release,  
  12. };  
  13.   
  14. /* The main reason to have this class is to make mdev/udev create the 
  15.  * /dev/spidevB.C character device nodes exposing our userspace API. 
  16.  * It also simplifies memory management. 
  17.  */  
  18.   
  19. static struct class *spidev_class;  
  20.   
  21. static struct spi_driver spidev_spi = {  
  22.     .driver = {  
  23.         .name =        "spidev",  
  24.         .owner =    THIS_MODULE,  
  25.     },  
  26.     .probe =    spidev_probe,  
  27.     .remove =    __devexit_p(spidev_remove),  
  28.   
  29.     /* NOTE:  suspend/resume methods are not necessary here. 
  30.      * We don't do anything except pass the requests to/from 
  31.      * the underlying controller.  The refrigerator handles 
  32.      * most issues; the controller driver handles the rest. 
  33.      */  
  34. };  
  35.   
  36. static int __init spidev_init(void)  
  37. {  
  38.     int status;  
  39.   
  40.     /* Claim our 256 reserved device numbers.  Then register a class 
  41.      * that will key udev/mdev to add/remove /dev nodes.  Last, register 
  42.      * the driver which manages those device numbers. 
  43.      */  
  44.     BUILD_BUG_ON(N_SPI_MINORS > 256);    /*检查次设备号*/  
  45.     status = register_chrdev(SPIDEV_MAJOR, "spi", &spidev_fops); /*注册字符设备,major=153*/  
  46.     if (status < 0)  
  47.         return status;  
  48.   
  49.     spidev_class = class_create(THIS_MODULE, "spidev");     /*创建spidev类*/  
  50.     if (IS_ERR(spidev_class)) {  
  51.         unregister_chrdev(SPIDEV_MAJOR, spidev_spi.driver.name);  
  52.         return PTR_ERR(spidev_class);  
  53.     }  
  54.   
  55.     status = spi_register_driver(&spidev_spi);      /*注册spi_driver,并调用probe方法*/  
  56.     if (status < 0) {  
  57.         class_destroy(spidev_class);  
  58.         unregister_chrdev(SPIDEV_MAJOR, spidev_spi.driver.name);  
  59.     }  
  60.     return status;  
  61. }  
  62. module_init(spidev_init);  
  63.   
  64. static void __exit spidev_exit(void)  
  65. {  
  66.     spi_unregister_driver(&spidev_spi);         /*注销spi_driver*/  
  67.     class_destroy(spidev_class);                /*注销类*/  
  68.     unregister_chrdev(SPIDEV_MAJOR, spidev_spi.driver.name);/*注销字符设备*/  
  69. }  
  70. module_exit(spidev_exit);  
该函数中,创建了一个字符设备以提供API给用户层,同时创建了一个spidev类,最后注册spi_driver到内核中。


在这里我们看到了SPI设备驱动是如何提供API给用户层的,那就是通过再熟悉不过的字符设备。通过字符设备,给用户层提供了5个API:open,release,write,read和ioctl。本文在后面将介绍open和close,剩余3个将在本系列的第四篇文章中介绍。

接着看下spi_register_driver函数, 该函数位于drivers/spi/spidev.c。

  1. /** 
  2.  * spi_register_driver - register a SPI driver 
  3.  * @sdrv: the driver to register 
  4.  * Context: can sleep 
  5.  */  
  6. int spi_register_driver(struct spi_driver *sdrv)  
  7. {  
  8.     sdrv->driver.bus = &spi_bus_type;  
  9.     if (sdrv->probe)  
  10.         sdrv->driver.probe = spi_drv_probe;  
  11.     if (sdrv->remove)  
  12.         sdrv->driver.remove = spi_drv_remove;  
  13.     if (sdrv->shutdown)  
  14.         sdrv->driver.shutdown = spi_drv_shutdown;  
  15.     return driver_register(&sdrv->driver);  
  16. }  
  17. EXPORT_SYMBOL_GPL(spi_register_driver);  
在调用driver_register的过程中,将用driver.name和spi_device的modalias字段进行比较,两者相等则将该spi_driver和spi_device进行绑定。


当spi_driver注册成功以后,将调用probe方法:spidev_probe函数。

5.2 probe方法

我们来看看spidev_probe这个函数,该函数位于drivers/spi/spidev.c。

  1. #define SPIDEV_MAJOR            153    /* assigned */  
  2. #define N_SPI_MINORS            32    /* ... up to 256 */  
  3.   
  4. static unsigned long    minors[N_SPI_MINORS / BITS_PER_LONG];    /**/  
  5.   
  6. static LIST_HEAD(device_list);  
  7. static DEFINE_MUTEX(device_list_lock);  
  8.   
  9. static int spidev_probe(struct spi_device *spi)  
  10. {  
  11.     struct spidev_data  *spidev;  
  12.     int         status;  
  13.     unsigned long       minor;  
  14.   
  15.     /* Allocate driver data */  
  16.     spidev = kzalloc(sizeof(*spidev), GFP_KERNEL);  /*以kmalloc分配内存,并清0*/  
  17.     if (!spidev)  
  18.         return -ENOMEM;  
  19.   
  20.     /* Initialize the driver data */  
  21.     spidev->spi = spi;                   /*保存spi_device*/  
  22.     spin_lock_init(&spidev->spi_lock);   /*初始化自旋锁*/  
  23.     mutex_init(&spidev->buf_lock);       /*初始化互斥体*/  
  24.   
  25.     INIT_LIST_HEAD(&spidev->device_entry);   /*初始化链表头,链表为双向循环链表*/  
  26.   
  27.     /* If we can allocate a minor number, hook up this device. 
  28.      * Reusing minors is fine so long as udev or mdev is working. 
  29.      */  
  30.     mutex_lock(&device_list_lock);      /*上锁*/  
  31.     minor = find_first_zero_bit(minors, N_SPI_MINORS);  /*分配次设备号*/  
  32.     if (minor < N_SPI_MINORS) {  
  33.         struct device *dev;  
  34.   
  35.         spidev->devt = MKDEV(SPIDEV_MAJOR, minor);   /*根据主次设备号来获取设备号*/  
  36.         dev = device_create(spidev_class, &spi->dev, spidev->devt,    /*创建设备节点*/  
  37.                     spidev, "spidev%d.%d",  
  38.                     spi->master->bus_num, spi->chip_select);  
  39.         status = IS_ERR(dev) ? PTR_ERR(dev) : 0;  
  40.     } else {  
  41.         dev_dbg(&spi->dev, "no minor number available!\n");  
  42.         status = -ENODEV;  
  43.     }  
  44.     if (status == 0) {  
  45.         set_bit(minor, minors);     /*保存已使用的次设备号*/  
  46.         list_add(&spidev->device_entry, &device_list);/*在链表头list后面添加entry*/  
  47.     }  
  48.     mutex_unlock(&device_list_lock);/*解锁互斥体*/  
  49.   
  50.     if (status == 0)  
  51.         spi_set_drvdata(spi, spidev);/*spi->dev.driver_data=spidev*/  
  52.     else  
  53.         kfree(spidev);  
  54.   
  55.     return status;  
  56. }  
其中用到的的struct spidev_data结构如下:


  1. struct spidev_data {  
  2.     dev_t            devt;  
  3.     spinlock_t        spi_lock;  
  4.     struct spi_device    *spi;  
  5.     struct list_head    device_entry;  
  6.   
  7.     /* buffer is NULL unless this device is open (users > 0) */  
  8.     struct mutex        buf_lock;  
  9.     unsigned        users;  
  10.     u8            *buffer;  
  11. };  
  12. "font-size:12px;">  
  13.   

   这个函数中,分配了spidev_data和次设备号,随后根据主次设备号创建了设备节点。设备节点的名字是spidev“bus_num””.chip_select",意思就是该设备是在第几个SPI接口上的第几个设备。

   此外,将spidev添加到device_list中,这样做就方便查找该spidev。

5.3 remove方法

下列函数位于drivers/spi/spidev.c。


  1. static int spidev_remove(struct spi_device *spi)  
  2. {  
  3.     struct spidev_data  *spidev = spi_get_drvdata(spi);  
  4.   
  5.     /* make sure ops on existing fds can abort cleanly */  
  6.     spin_lock_irq(&spidev->spi_lock);  
  7.     spidev->spi = NULL;  
  8.     spi_set_drvdata(spi, NULL);  
  9.     spin_unlock_irq(&spidev->spi_lock);  
  10.   
  11.     /* prevent new opens */  
  12.     mutex_lock(&device_list_lock);  
  13.     list_del(&spidev->device_entry); /*删除entry*/  
  14.     device_destroy(spidev_class, spidev->devt);  /*删除设备节点*/  
  15.     clear_bit(MINOR(spidev->devt), minors);/*删除使用的次设备号信息*/  
  16.     if (spidev->users == 0)  
  17.         kfree(spidev);  
  18.     mutex_unlock(&device_list_lock);  
  19.   
  20.     return 0;  
  21. }  

6. open和release


接着来看下open和release系统调用的API接口,其余3个接口将在本系列的第四篇文章中给出。

6.1 open方法

下列函数位于drivers/spi/spidev.c。


  1. static int spidev_open(struct inode *inode, struct file *filp)  
  2. {  
  3.     struct spidev_data  *spidev;  
  4.     int         status = -ENXIO;  
  5.   
  6.     lock_kernel();          /*加锁大内核锁,可以睡眠,只能在进程上下文使用*/  
  7.     mutex_lock(&device_list_lock);  /*加锁互斥体*/  
  8.   
  9.     list_for_each_entry(spidev, &device_list, device_entry) {/*从list开始遍历entry,即遍历所有的spidev*/  
  10.         if (spidev->devt == inode->i_rdev) {  /*判断设备号是否相等*/  
  11.             status = 0;                         /*找到匹配的spi设备*/  
  12.             break;  
  13.         }  
  14.     }  
  15.     if (status == 0) {  
  16.         /*NOTE:多个程序调用open方法,但他们共享一个buffer,因此对buufer需要进行互斥保护*/  
  17.         if (!spidev->buffer) {           /*buffer为空*/   
  18.             spidev->buffer = kmalloc(bufsiz, GFP_KERNEL);/*分配buffer缓冲区,默认4KB*/  
  19.             if (!spidev->buffer) {  
  20.                 dev_dbg(&spidev->spi->dev, "open/ENOMEM\n");  
  21.                 status = -ENOMEM;  
  22.             }  
  23.         }  
  24.         if (status == 0) {  
  25.             spidev->users++;     /*成功open以后,增加用户计数*/  
  26.             filp->private_data = spidev; /*保存spidev指针*/  
  27.             nonseekable_open(inode, filp);  /*禁用lseek*/  
  28.         }  
  29.     } else  
  30.         pr_debug("spidev: nothing for minor %d\n", iminor(inode));  
  31.   
  32.     mutex_unlock(&device_list_lock);/*释放互斥体*/  
  33.     unlock_kernel();                /*释放大内核锁*/  
  34.     return status;  
  35. }  
在这里,以device_list为链表头,遍历所有的spidev_data结构,通过设备节点的设备号和spidev_data中保存的设备号进行匹配,来找到属于该设备节点的spi设备。随后,分配了spi设备驱动层所使用的缓冲区,最后增加打开计数。


6.2 release方法

下列函数位于drivers/spi/spidev.c。


  1. static int spidev_release(struct inode *inode, struct file *filp)  
  2. {  
  3.     struct spidev_data  *spidev;  
  4.     int         status = 0;  
  5.   
  6.     mutex_lock(&device_list_lock);  /*加锁互斥体*/  
  7.     spidev = filp->private_data; /*获取spidev*/  
  8.     filp->private_data = NULL;         
  9.   
  10.     /* last close? */  
  11.     spidev->users--;             /*关闭设备文件,减少用户计数*/  
  12.     if (!spidev->users) {            /*如果用户数为0*/  
  13.         int     dofree;  
  14.   
  15.         kfree(spidev->buffer);       /*释放缓冲区*/  
  16.         spidev->buffer = NULL;  
  17.   
  18.         /* ... after we unbound from the underlying device? */  
  19.         spin_lock_irq(&spidev->spi_lock);    /*加锁互斥体*/  
  20.         dofree = (spidev->spi == NULL);      /*????*/  
  21.         spin_unlock_irq(&spidev->spi_lock);  /*释放互斥体*/  
  22.   
  23.         if (dofree)  
  24.             kfree(spidev);          /*释放spidev,在probe中分配*/  
  25.     }  
  26.     mutex_unlock(&device_list_lock);/*释放互斥体*/  
  27.   
  28.     return status;  
  29. }  

 至此,对于protocol驱动层的框架进行了简单的分析,在下一篇将对该驱动层很多未分析的函数进行一一讲解。下一篇的内容非常的重要哦。
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