嵌入式开发之linux spi驱动分析

嵌入式开发之linux spi驱动分析

关于spi的学习，最好的方法当然是看Linux的源代码，主要是driver/spi/spi.c(h)，spidev.c(h)。spi dev的示例可以看看at25.c，spi总线的示例可以看omap_uwire或者spi_s3c24xx.c和spi_s3c24xx_gpio.c。在看这些代码之前，需要对linux的设备模型有一定的了解。

另外，网上有两篇教程不错，《linux spi子系统驱动分析》以及《linux spi子系统 驱动分析 续》，如果嵌友有兴趣可以百度一下。

下面是我们整理的关于SPI的一些经验心得。

SPI子系统
spi子系统中，spi设备用struct spi_dev描述，它的驱动程序用struct spi_driver描述。spi总线设备用struct spi_master描述。另外，还有两个重要的全局变量：
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sys中的spi bus总线，Linux设备模型对这个结构体有详细介绍。

所有spi_master对应的spi总线都属于spi_master_class，也就是说是一个虚拟设备，它的父设备可能是物理设备，比如platform_device等等，s3c2410就是这种情况。

SPI设备

SPI设备的驱动程序通过spi_register_driver注册进SPI子系统，驱动类型为struct spi_driver。典型例子如at25.c。
static struct spi_driver at25_driver = {
       .driver = {
              .name             = "at25",
              .owner           = THIS_MODULE,
       },
       .probe            = at25_probe,
       .remove          = __devexit_p(at25_remove),
};

因为spi总线不支持SPI设备的自动检测，所以一般在spi的probe函数中不会检测设备是否存在，而是做一些spi设备的初始化工作。

spi驱动中可以调用下列函数进行spi的传输操作：
static inline int spi_write(struct spi_device *spi, const u8 *buf, size_t len);
static inline int spi_read(struct spi_device *spi, u8 *buf, size_t len);
extern int spi_write_then_read(struct spi_device *spi,        const u8 *txbuf, unsigned n_tx,
              u8 *rxbuf, unsigned n_rx);
static inline ssize_t spi_w8r8(struct spi_device *spi, u8 cmd);
static inline ssize_t spi_w8r16(struct spi_device *spi, u8 cmd);

由于spi设备不能被spi总线动态扫描，所以spi子系统使用了另一种方法，就是通过spi_register_board_info函数将spi设备静态得登记到系统中。
int __init spi_register_board_info(struct spi_board_info const *info, unsigned n);
struct spi_board_info {
       char        modalias[32];                // 设备名
       const void      *platform_data;      // 私有数据，会被设置到spi_device.dev.platform_data
       void        *controller_data;           // 私有数据，会被设置到spi_device.controller_data
       int           irq;                              // 中断号
       u32         max_speed_hz;             // 最大速率
       u16         bus_num;                            // 用于关联spi_master
       u16         chip_select;                  // 与片选有关
       u8           mode;                          // spi_device.mode
};

在具体平台的文件中，可以定义struct spi_board_info的结构体，然后通过spi_register_board_info函数保存这些结构体，最后在scan_boardinfo函数中根据这些保存的结构体创建spi设备（spi_new_device）。

spi_new_device用于登记spi设备，这里面又分两步，首先是spi_alloc_device，然后是spi_add_device。

struct spi_device *spi_new_device(struct spi_master *master, struct spi_board_info *chip)
       spi_dev* pdev = spi_alloc(master);
       proxy->chip_select = chip->chip_select;
       proxy->max_speed_hz = chip->max_speed_hz;
       proxy->mode = chip->mode;
       proxy->irq = chip->irq;
       strlcpy(proxy->modalias, chip->modalias, sizeof(proxy->modalias));
       proxy->dev.platform_data = (void *) chip->platform_data;
       proxy->controller_data = chip->controller_data;
       proxy->controller_state = NULL;
       spi_add_device(proxy);

struct spi_device *spi_alloc_device(struct spi_master *master)
struct device * dev = master->dev.parent;
       struct spi_dev * spi = kzalloc(sizeof *spi, GFP_KERNEL);
       spi->master = master;
       spi->dev.parent = dev;
       spi->dev.bus = &spi_bus_type;
       spi->dev.release = spidev_release;
       device_initialize(&spi->dev);

这里spi_dev的父设备被指定为master的父设备，而master是spi总线设备，拥有class，是一个虚拟设备。也就是说，spi设备和与之对应的总线设备拥有同一个父设备，这个父设备一般来说是一个物理设备。

int spi_add_device(struct spi_device *spi)
       snprintf(spi->dev.bus_id, sizeof spi->dev.bus_id, "%s.%u", spi->master->dev.bus_id,
                     spi->chip_select);
       status = spi->master->setup(spi);
status = device_add(&spi->dev);

spi总线
struct spi_master {
       struct device   dev;
s16   bus_num;                         // 总线号，如果板子上有多个spi总线，靠这个域区分；另外，spi_dev中也有bus_num，spi_dev通过这个域找到它所属的总线。
       u16    num_chipselect;         // 片选号，如果一个spi总线有多个设备，
       /* setup mode and clock, etc (spi driver may call many times) */
       int                  (*setup)(struct spi_device *spi);
       int                  (*transfer)(struct spi_device *spi,       struct spi_message *mesg);
       /* called on release() to free memory provided by spi_master */
       void               (*cleanup)(struct spi_device *spi);
};

登记spi总线
struct spi_master *spi_alloc_master(struct device *dev, unsigned size);

int spi_register_master(struct spi_master *master);
       scan_boardinfo(master);

spi_register_master中会调用scan_boardinfo。scan_boardinfo中，会扫描前面保存的boardinfo，看新注册的master中的bus_num是否与boardinfo中bus_num匹配，如果匹配，那就调用spi_new_device创建spi设备，并登记到spi子系统中。

setup函数

setup函数会做一些初始化工作。比如，根据spi设备的速率，设备paster的位传输定时器；设置spi传输类型；等等。

spi_add_device函数中，会先调用setup函数，然后再调用device_add。这是因为device_add中会调用到driver的probe函数，而probe函数中可能会对spi设备做IO操作。所以spi子系统就先调用setup为可能的IO操作做好准备。

但是，在代码中，setup函数似乎也就只在这一个地方被调用。具体传输过程中切换spi设备时也要做配置工作，但这里的配置工作就由具体传输的实现代码决定了，可以看看spi_bitbang.c中的函数bitbang_work。

cleanup函数

cleanup函数会在spidev_release函数中被调用，spidev_release被登记为spi dev的release函数。

transfer函数

transfer函数用于spi的IO传输。但是，transfer函数一般不会执行真正的传输操作，而是把要传输的内容放到一个队列里，然后调用一种类似底半部的机制进行真正的传输。这是因为，spi总线一般会连多个spi设备，而spi设备间的访问可能会并发。如果直接在transfer函数中实现传输，那么会产生竞态，spi设备互相间会干扰。

所以，真正的spi传输与具体的spi控制器的实现有关，spi的框架代码中没有涉及。像spi设备的片选、根据具体设备进行时钟调整等等都在实现传输的代码中被调用。

SPI的传输命令都是通过结构体spi_message定义。设备程序调用transfer函数将spi_message交给spi总线驱动，总线驱动再将message传到底半部排队，实现串行化传输。

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;
};

spi_message中，有一个transfers队列，spi_transfer结构体通过这个队列挂到spi_message中。一个spi_message代表一次传输会话，spi_transfer代表一次单独的IO操作。比如，有些spi设备需要先读后写，那么这个读写过程就是一次spi会话，里面包括两个transfer，一个定义写操作的参数，另一个定义读操作的参数。

spidev.c

如果不想为自己的SPI设备写驱动，那么可以用Linux自带的spidev.c提供的驱动程序。要使用spidev.c的驱动，只要在登记设备时，把设备名设置成spidev就可以。spidev.c会在device目录下自动为每一个匹配的SPI设备创建设备节点，节点名”spi%d”。之后，用户程序可以通过字符型设备的通用接口控制SPI设备。

需要注意的是，spidev创建的设备在设备模型中属于虚拟设备，它的class是spidev_class。它的父设备是在boardinfo中定义的spi设备。

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