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慢行者

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2013年(145)

2012年(1)

分类: LINUX

2013-04-12 18:14:45

linux内核SPI总线驱动简单编写测试

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:


  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:


  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。


  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_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:


  1. */ 
  2. static int m25p10a_read( struct m25p10a *flash, loff_t from,  
  3.         size_t len, char *buf ) 
  4.     int r_count = 0, i; 
  5.     struct spi_transfer st[2]; 
  6.     struct spi_message  msg; 
  7.      
  8.     spi_message_init( &msg ); 
  9.     memset( st, 0, sizeof(st) ); 
  10.  
  11.     flash->cmd[0] = CMD_READ_BYTES; 
  12.     flash->cmd[1] = from >> 16; 
  13.     flash->cmd[2] = from >> 8; 
  14.     flash->cmd[3] = from; 
  15.  
  16.     st[ 0 ].tx_buf = flash->cmd; 
  17.     st[ 0 ].len = CMD_SZ
  18.     spi_message_add_tail( &st[0], &msg ); 
  19.  
  20.     st[ 1 ].rx_buf = buf
  21.     st[ 1 ].len = len
  22.     spi_message_add_tail( &st[1], &msg ); 
  23.  
  24.     mutex_lock( &flash->lock ); 
  25.      
  26.     /* Wait until finished previous write command. */ 
  27.     if (wait_till_ready(flash)) { 
  28.         mutex_unlock( &flash->lock ); 
  29.         return -1; 
  30.     } 
  31.  
  32.     spi_sync( flash->spi, &msg ); 
  33.     r_count = msg.actual_length - CMD_SZ; 
  34.     printk( "in (%s): read %d bytes\n", __func__, r_count ); 
  35.     for( i = 0; i < r_count; i++ ) { 
  36.         printk( "0x%02x\n", buf[ i ] ); 
  37.     } 
  38.  
  39.     mutex_unlock( &flash->lock ); 
  40.     return 0; 
  41. static int m25p10a_write( struct m25p10a *flash, loff_t to,  
  42.         size_t len, const char *buf ) 
  43.     int w_count = 0, i, page_offset;
  44.  
  45.     struct spi_transfer st[2];
  46.     struct spi_message  msg; 
  47.     write_enable( flash );  //写使能 
  48.      

       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,将transfer放在队列后面
  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.        spi_sync( flash->spi, &msg );   调用spi_master发送spi_message
  2.    
  3.     return 0; 
  4. }



  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地址写入20个7 
  3.     memset( buf, 0, 256 ); 
  4.     m25p10a_read( flash, 0, 25, buf ); //0地址读出25个数
  5.     return 0;  
  6. }  
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