SPI协议是一种同步的串行数据连接标准,由摩托罗拉公司命名,可工作于全双工模式。相关通讯设备可工作于m/s模式。主设备发起数据帧,允许多个从设备的存在。每个从设备
有独立的片选信号,SPI一般来说是四线串行总线结构。
接口:
SCLK——Serial Clock(output from master)时钟(主设备发出)
MOSI/SIMO——Master Output, Slave Input(output from master)数据信号线mosi(主设备发出)
MISO/SOMI——Master Input,Slave Outpu(output from slave)数据信号线(从设备)
SS——Slave Select(active low;output from master)片选信号
下面来看一下Linux中的SPI驱动。在Linux设备驱动框架的设计中,有一个重要的主机,外设驱动框架分离的思想,如下图。
外设a,b,c的驱动与主机控制器A,B,C的驱动不相关,主机控制器驱动不关心外设,而外设驱动也不关心主机,外设只是访问核心层的通用的API进行数据的传输,主机和外设之间可以进行任意的组合。如果我们不进行如图的主机和外设分离,外设a,b,c和主机A,B,C进行组合的时候,需要9种不同的驱动。设想一共有个主机控制器,n个外设,分离的结构是需要m+n个驱动,不分离则需要m*n个驱动。
下面介绍spi子系统的数据结构:
在Linux中,使用spi_master结构来描述一个SPI主机控制器的驱动。
- "font-size: 18px;">struct spi_master {
- struct device dev;
- s16 bus_num;
- u16 num_chipselect;
- u16 dma_alignment;
- int (*setup)(struct spi_device *spi);
- int (*transfer)(struct spi_device *spi,struct spi_message *mesg);
- void (*cleanup)(struct spi_device *spi);
- };
分配,注册和注销的SPI主机的API由SPI核心提供:
- struct spi_master *spi_alloc_master(struct device *host, unsigned size);
- int spi_register_master(struct spi_master *master);
- void spi_unregister_master(struct spi_master *master);
在Linux中用spi_driver来描述一个SPI外设驱动。
- struct spi_driver {
- int (*probe)(struct spi_device *spi);
- int (*remove)(struct spi_device *spi);
- void (*shutdown)(struct spi_device *spi);
- int (*suspend)(struct spi_device *spi, pm_message_t mesg);
- int (*resume)(struct spi_device *spi);
- struct device_driver driver;
- };
可以看出,spi_driver结构体和platform_driver结构体有极大的相似性,都有probe(),remove(),suspend(),resume()这样的接口。
Linux用spi_device来描述一个SPI外设设备。
- struct spi_device {
- struct device dev;
- struct spi_master *master;
- max_speed_hz;
- chip_select;
- u8 mode;
- #define SPI_CPHA 0x01 /* clock phase */
- #define SPI_CPOL 0x02 /* clock polarity */
- #define SPI_MODE_0 (0|0) /* (original MicroWire) */#define SPI_MODE_1 (0|SPI_CPHA)
- #define SPI_MODE_2 (SPI_CPOL|0)
- #define SPI_MODE_3 (SPI_CPOL|SPI_CPHA)#define SPI_CS_HIGH 0x04 /* chipselect active high? */
- #define SPI_LSB_FIRST 0x08 /* per-word bits-on-wire */
- #define SPI_3WIRE 0x10 /* SI/SO signals shared */
- #define SPI_LOOP 0x20 /* loopback mode */
- u8 bits_per_word;
- int irq;
- void *controller_state;
- void *controller_data;
- char modalias[32];
- };
如下图,看这三个结构的关系,这里spi_device与spi_master是同一个父设备,这是在spi_new_device函数中设定的,一般这个设备是一个物理设备。
这里的spi_master_class,spi_bus_type又是什么呢,看下边两个结构体:
- struct bus_type spi_bus_type = {
- .name = "spi",
- .dev_attrs = spi_dev_attrs,
- .match = spi_match_device,
- .uevent = spi_uevent,
- .suspend = spi_suspend,
- .resume = spi_resume,
- };
- static struct class spi_master_class = {
- .name = "spi_master",
- .owner = THIS_MODULE,
- .dev_release = spi_master_release,
- };
spi_bus_type对应spi中的spi bus总线,spidev的类定义如下:
- static struct class *spidev_class;
创建这个类的主要目的是使mdev/udev能在/dev下创建设备节点/dev/spiB.C。B代表总线,C代表片外设备的片选号。
下边来看两个板级的结构,其中spi_board_info用来初始化spi_device,s3c2410_spi_info用来初始化spi_master。这两个板级的结构需要在移植的时候在arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c中初始化。
- struct spi_board_info {
- char modalias[32];
- const void *platform_data;
- void *controller_data;
- int irq;
- u32 max_speed_hz;
- u16 bus_num;
- u16 chip_select;
- u8 mode;
- };
- struct s3c2410_spi_info {
- int pin_cs;
- unsigned int num_cs;
- int bus_num;
- void (*gpio_setup)(struct s3c2410_spi_info *spi, int enable);
- void (*set_cs)(struct s3c2410_spi_info *spi, int cs, int pol);
- };
boardinfo是用来管理spi_board_info的结构,spi_board_info通过spi_register_board_info(struct spi_board_info const *info, unsigned n)交由boardinfo来管理,并挂到board_list链表上,list_add_tail(&bi->list,&board_list);
- struct boardinfo {
-
- struct list_head list;
-
- unsigned n_board_info;
-
- struct spi_board_info board_info[0];
- };
s3c24xx_spi是S3C2440的SPI控制器在Linux内核中的具体描述,该结构包含spi_bitbang内嵌结构,控制器时钟频率和占用的中断资源等重要成员,其中spi_bitbang具体负责SPI数据的传输。
- struct s3c24xx_spi {
-
- struct spi_bitbang bitbang;
- struct completion done;
- void __iomem *regs;
- int irq;
- int len;
- int count;
- void (*set_cs)(struct s3c2410_spi_info *spi, int cs, int pol);
- const unsigned char *tx;
- unsigned char *rx;
- struct clk *clk;
- struct resource *ioarea;
- struct spi_master *master;
- struct spi_device *curdev;
- struct device *dev;
- struct s3c2410_spi_info *pdata;
- };
为了解决多个不同的SPI设备共享SPI控制器而带来的访问冲突,spi_bitbang使用内核提供的工作队列(workqueue)。workqueue是Linux内核中定义的一种回调处理方式。采用这种方式需要传输数据时,不直接完成数据的传输,而是将要传输的工作分装成相应的消息(spi_message),发送给对应的workqueue,由与workqueue关联的内核守护线程(daemon)负责具体的执行。由于workqueue会将收到的消息按时间先后顺序排列,这样就是对设备的访问严格串行化,解决了冲突。
- "font-size: 18px;">struct spi_bitbang {
- struct workqueue_struct *workqueue;
- struct work_struct work;
- workspinlock_t lock;
- struct list_head queue;
- u8 busy;
- u8 use_dma;
- u8 flags;
- struct spi_master *master;
- int (*setup_transfer)(struct spi_device *spi,struct spi_transfer *t);
- void (*chipselect)(struct spi_device *spi, int is_on);
- #define BITBANG_CS_ACTIVE 1 /* normally nCS, active low */
- #define BITBANG_CS_INACTIVE 0/*传输函数,由s3c24xx_spi_txrx来实现*/
- int (*txrx_bufs)(struct spi_device *spi, struct spi_transfer *t);
- u32 (*txrx_word[4])(struct spi_device *spi,unsigned nsecs,u32 word, u8 bits);
- };
下面来看看spi_message:
- struct spi_message {
- struct list_head transfers;
- struct spi_device *spi;
- unsigned is_dma_mapped:1;
- void (*complete)(void *context);
- void *context;
- unsigned actual_length;
- int status;
- struct list_head queue;
- void *state;
- };
在有消息需要传递的时候,会将spi_transfer通过自己的transfer_list字段挂到spi_message的transfers链表头上。spi_message用来原子的执行spi_transfer表示的一串数组传输请求。这个传输队列是原子的,这意味着在这个消息完成之前不会有其他消息占用总线。消息的执行总是按照FIFO的顺序。
下面看一看spi_transfer:
- struct spi_transfer {
- const void *tx_buf;
- void *rx_buf;
- unsigned len;
- dma_addr_t tx_dma;
- dma_addr_t rx_dma;
- unsigned cs_change:1;
- bits_per_word;
- u16 delay_usecs;
- u32 speed_hz;
- struct list_head transfer_list;
- };
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