SPI驅動

發布時間：2010-10-30 11:03 發布者：geyingzhen

關鍵詞： spi , 驅動

SPI（同步外設接口）是由摩托羅拉公司開發的全雙工同步串行總線，其接口由MISO（串行數據輸入），MOSI（串行數據輸出），SCK（串行移位時鐘），SS（從使能信號）四種信號構成，SS決定了唯一的與主設備通信的從設備，主設備通過產生移位時鐘來發起通訊。通訊時，數據由MOSI輸出，MISO輸入，數據在時鐘的上升或下降沿由MOSI輸出，在緊接著的下降或上升沿由MISO讀入，這樣經過8/16次時鐘的改變，完成8/16位數據的傳輸。
SPI模塊為了和外設進行數據交換，根據外設工作要求，其輸出串行同步時鐘極性（CPOL）和相位（CPHA）可以進行配置。如果
CPOL=0，串行同步時鐘的空閑狀態為低電平；如果CPOL=1，串行同步時鐘的空閑狀態為高電平。如果CPHA=0，在串行同步時鐘的第一個跳變沿（上升或下降）數據被采樣；如果CPHA=1，在串行同步時鐘的第二個跳變沿（上升或下降）數據被采樣。SPI接口時序如圖12.5所示。

圖12.5 SPI總線時序

在Linux中，用代碼清單12.12的spi_master結構體來描述一個SPI主機控制器驅動，其主要成員是主機控制器的序號（系統中可能存在多個SPI主機控制器）、片選數量、SPI模式和時鐘設置用到的函數、數據傳輸用到的函數等。
代碼清單12.12 spi_master結構體
1  struct spi_master {
2    struct device dev;
3    s16                   bus_num;
4    u16                   num_chipselect;
5
6    /* 設置模式和時鐘 */
7    int                   (*setup)(struct spi_device *spi);
8
9    /* 雙向數據傳輸 */
10    int                   (*transfer)(struct spi_device *spi,
11                                           struct spi_message *mesg);
12
13    void                   (*cleanup)(struct spi_device *spi);
14 };
分配、注冊和注銷SPI主機的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，用代碼清單12.13的spi_driver結構體來描述一個SPI外設驅動，可以認為是spi_master的client驅動。
代碼清單12.13 spi_driver結構體
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 };

可以看出，spi_driver結構體和platform_driver結構體有極大的相似性，都有probe()、remove()、suspend()、resume()這樣的接口。是的，這幾乎是一切client驅動的習慣模板。

在SPI外設驅動中，當透過SPI總線進行數據傳輸的時候，使用了一套與CPU無關的統一的接口。這套接口的第1個關鍵數據結構就是spi_transfer，它用于描述SPI傳輸，如代碼清單12.14。
代碼清單12.14 spi_transfer結構體
1  struct spi_transfer {
2    const void    *tx_buf;
3    void          *rx_buf;
4    unsigned       len;
5
6    dma_addr_t    tx_dma;
7    dma_addr_t    rx_dma;
8
9    unsigned       cs_change:1;
10    u8             bits_per_word;
11    u16          delay_usecs;
12    u32          speed_hz;
13
14    struct list_head transfer_list;
15 };

而一次完整的SPI傳輸流程可能不只包含1次spi_transfer，它可能包含1個或多個spi_transfer，這些spi_transfer最終通過spi_message組織在一起，其定義如代碼清單12.15。
代碼清單12.15 spi_message結構體
1  struct spi_message {
2    struct list_head       transfers;
3
4    struct spi_device    *spi;
5
6    unsigned             is_dma_mapped:1;
7
8    /* 完成被一個callback報告 */
9    void                   (*complete)(void *context);
10 void                   *context;
11 unsigned             actual_length;
12 int                   status;
13
14 struct list_head       queue;
15 void                   *state;
16 };

通過spi_message_init()可以初始化spi_message，而將spi_transfer添加到spi_message隊列的方法則是：
void spi_message_add_tail(struct spi_transfer *t, struct spi_message *m);

發起一次spi_message的傳輸有同步和異步兩種方式，使用同步API時，會阻塞等待這個消息被處理完。同步操作時使用的API是：
int spi_sync(struct spi_device *spi, struct spi_message *message);

使用異步API時，不會阻塞等待這個消息被處理完，但是可以在spi_message的complete字段掛接一個回調函數，當消息被處理完成后，該函數會被調用。異步操作時使用的API是：
int spi_async(struct spi_device *spi, struct spi_message *message);
代碼清單12.16是非常典型的初始化spi_transfer、spi_message并進行SPI數據傳輸的例子，同時它們也是SPI核心層的2個通用API，在SPI外設驅動中可以直接調用它們進行寫和讀操作。
代碼清單12.16 SPI傳輸實例spi_write()、spi_read() API
1  static inline int
2  spi_write(struct spi_device *spi, const u8 *buf, size_t len)
3  {
4       struct spi_transfer    t = {
5                         .tx_buf       = buf,
6                         .len          = len,
7                };
8       struct spi_message    m;
9
10       spi_message_init(&m);
11       spi_message_add_tail(&t, &m);
12       return spi_sync(spi, &m);
13 }
14
15 static inline int
16 spi_read(struct spi_device *spi, u8 *buf, size_t len)
17 {
18       struct spi_transfer    t = {
19                      .rx_buf       = buf,
20                      .len          = len,
21                };
22       struct spi_message    m;
23
24       spi_message_init(&m);
25       spi_message_add_tail(&t, &m);
26       return spi_sync(spi, &m);
27 }

LDD6410開發板所使用的S3C6410的SPI主機控制器驅動位于drivers/spi/spi_s3c.h和drivers/spi/spi_s3c.c這2個文件，其主體是實現了spi_master的setup()、transfer()等成員函數。

SPI外設驅動遍布于內核的drivers、sound的各個子目錄之下，SPI只是一種總線，spi_driver的作用只是將SPI外設掛接在該總線上，因此在spi_driver的probe()成員函數中，將注冊SPI外設本身所屬設備驅動的類型。

和platform_driver對應著一個platform_device一樣，spi_driver也對應著一個spi_device；platform_device需要在BSP的板文件中添加板信息數據，而spi_device也同樣需要。spi_device的板信息用spi_board_info結構體描述，該結構體記錄SPI外設使用的主機控制器序號、片選序號、數據比特率、SPI傳輸模式（即CPOL、CPHA）等。如諾基亞770上2個SPI設備的板信息數據如代碼清單12.17，位于板文件arch/arm/mach-omap1/board-nokia770.c。
代碼清單12.17諾基亞770板文件中的spi_board_info
1  static struct spi_board_info nokia770_spi_board_info[] __initdata = {
2    [0] = {
3          .modalias    = "lcd_mipid",
4          .bus_num       = 2, /* 用到的SPI主機控制器序號 */
5          .chip_select = 3, /* 使用哪一號片選 */
6          .max_speed_hz = 12000000, /* SPI數據傳輸比特率 */
7          .platform_data  = &nokia770_mipid_platform_data,
8    },
9    [1] = {
10          .modalias    = "ads7846",
11          .bus_num       = 2,
12          .chip_select = 0,
13          .max_speed_hz = 2500000,
14          .irq          = OMAP_GPIO_IRQ(15),
15          .platform_data  = &nokia770_ads7846_platform_data,
16 },
17 };

在Linux啟動過程中，在機器的init_machine()函數中，會通過如下語句注冊這些spi_board_info：
spi_register_board_info(nokia770_spi_board_info,
                     ARRAY_SIZE(nokia770_spi_board_info));

這一點和啟動時通過platform_add_devices()添加platform_device非常相似。

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