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11_编写SPI设备驱动程序

参考资料：

  • 内核头文件：include/linux/spi/spi.h

  • 内核文档：Documentation/spi/spidev

1. SPI驱动程序框架​

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2. 怎么编写SPI设备驱动程序​

2.1 编写设备树​

  • 查看原理图，确定这个设备链接在哪个SPI控制器下

  • 在设备树里，找到SPI控制器的节点

  • 在这个节点下，创建子节点，用来表示SPI设备

  • 示例如下：

    &ecspi1 {
        pinctrl-names = "default";
        pinctrl-0 = <&pinctrl_ecspi1>;

        fsl,spi-num-chipselects = <2>;
        cs-gpios = <&gpio4 26 GPIO_ACTIVE_LOW>, <&gpio4 24 GPIO_ACTIVE_LOW>;
        status = "okay";

        dac: dac {
            compatible = "100ask,dac";
            reg = <0>;
            spi-max-frequency = <10000000>;
        };
    };

2.2 注册spi_driver​

SPI设备的设备树节点，会被转换为一个spi_device结构体。

我们需要编写一个spi_driver来支持它。

示例如下：

static const struct of_device_id dac_of_match[] = {
	{.compatible = "100ask,dac"},
	{}
};

static struct spi_driver dac_driver = {
	.driver = {
		.name	= "dac",
		.of_match_table = dac_of_match,
	},
	.probe		= dac_probe,
	.remove		= dac_remove,
	//.id_table	= dac_spi_ids,
};

2.3 怎么发起SPI传输​

2.3.1 接口函数​

接口函数都在这个内核文件里：include/linux/spi/spi.h

  • 简易函数

    /**
     * SPI同步写
     * @spi: 写哪个设备
     * @buf: 数据buffer
     * @len: 长度
     * 这个函数可以休眠
     *
     * 返回值: 0-成功, 负数-失败码
     */
    static inline int
    spi_write(struct spi_device *spi, const void *buf, size_t len);

    /**
     * SPI同步读
     * @spi: 读哪个设备
     * @buf: 数据buffer
     * @len: 长度
     * 这个函数可以休眠
     *
     * 返回值: 0-成功, 负数-失败码
     */
    static inline int
    spi_read(struct spi_device *spi, void *buf, size_t len);


    /**
     * spi_write_then_read : 先写再读, 这是一个同步函数
     * @spi: 读写哪个设备
     * @txbuf: 发送buffer
     * @n_tx: 发送多少字节
     * @rxbuf: 接收buffer
     * @n_rx: 接收多少字节
     * 这个函数可以休眠
     * 
     * 这个函数执行的是半双工的操作: 先发送txbuf中的数据，在读数据，读到的数据存入rxbuf
     *
     * 这个函数用来传输少量数据(建议不要操作32字节), 它的效率不高
     * 如果想进行高效的SPI传输，请使用spi_{async,sync}(这些函数使用DMA buffer)
     *
     * 返回值: 0-成功, 负数-失败码
     */
    extern int spi_write_then_read(struct spi_device *spi,
    		const void *txbuf, unsigned n_tx,
    		void *rxbuf, unsigned n_rx);

    /**
     * spi_w8r8 - 同步函数，先写8位数据，再读8位数据
     * @spi: 读写哪个设备
     * @cmd: 要写的数据
     * 这个函数可以休眠
     *
     *
     * 返回值: 成功的话返回一个8位数据(unsigned), 负数表示失败码
     */
    static inline ssize_t spi_w8r8(struct spi_device *spi, u8 cmd);

    /**
     * spi_w8r16 - 同步函数，先写8位数据，再读16位数据
     * @spi: 读写哪个设备
     * @cmd: 要写的数据
     * 这个函数可以休眠
     *
     * 读到的16位数据: 
     *     低地址对应读到的第1个字节(MSB)，高地址对应读到的第2个字节(LSB)
     *     这是一个big-endian的数据
     *
     * 返回值: 成功的话返回一个16位数据(unsigned), 负数表示失败码
     */
    static inline ssize_t spi_w8r16(struct spi_device *spi, u8 cmd);

    /**
     * spi_w8r16be - 同步函数，先写8位数据，再读16位数据，
     *               读到的16位数据被当做big-endian，然后转换为CPU使用的字节序
     * @spi: 读写哪个设备
     * @cmd: 要写的数据
     * 这个函数可以休眠
     *
     * 这个函数跟spi_w8r16类似，差别在于它读到16位数据后，会把它转换为"native endianness"
     *
     * 返回值: 成功的话返回一个16位数据(unsigned, 被转换为本地字节序), 负数表示失败码
     */
    static inline ssize_t spi_w8r16be(struct spi_device *spi, u8 cmd);

  • 复杂的函数

    /**
     * spi_async - 异步SPI传输函数，简单地说就是这个函数即刻返回，它返回后SPI传输不一定已经完成
     * @spi: 读写哪个设备
     * @message: 用来描述数据传输，里面含有完成时的回调函数(completion callback)
     * 上下文: 任意上下文都可以使用，中断中也可以使用
     *
     * 这个函数不会休眠，它可以在中断上下文使用(无法休眠的上下文)，也可以在任务上下文使用(可以休眠的上下文) 
     *
     * 完成SPI传输后，回调函数被调用，它是在"无法休眠的上下文"中被调用的，所以回调函数里不能有休眠操作。
     * 在回调函数被调用前message->statuss是未定义的值，没有意义。
     * 当回调函数被调用时，就可以根据message->status判断结果: 0-成功,负数表示失败码
     * 当回调函数执行完后，驱动程序要认为message等结构体已经被释放，不能再使用它们。
    • 在传输过程中一旦发生错误，整个message传输都会中止，对spi设备的片选被取消。
    • 返回值: 0-成功(只是表示启动的异步传输，并不表示已经传输成功), 负数-失败码 */ extern int spi_async(struct spi_device *spi, struct spi_message *message);

/**

  • spi_sync - 同步的、阻塞的SPI传输函数，简单地说就是这个函数返回时，SPI传输要么成功要么失败
  • @spi: 读写哪个设备
  • @message: 用来描述数据传输，里面含有完成时的回调函数(completion callback)
  • 上下文: 能休眠的上下文才可以使用这个函数
  • 这个函数的message参数中，使用的buffer是DMA buffer
  • 返回值: 0-成功, 负数-失败码 */ extern int spi_sync(struct spi_device *spi, struct spi_message *message);

/**

  • spi_sync_transfer - 同步的SPI传输函数
  • @spi: 读写哪个设备
  • @xfers: spi_transfers数组，用来描述传输
  • @num_xfers: 数组项个数
  • 上下文: 能休眠的上下文才可以使用这个函数
  • 返回值: 0-成功, 负数-失败码 */ static inline int spi_sync_transfer(struct spi_device *spi, struct spi_transfer *xfers, unsigned int num_xfers);



#### 2.3.2 函数解析

在SPI子系统中，用spi_transfer结构体描述一个传输，用spi_message管理过个传输。

SPI传输时，发出N个字节，就可以同时得到N个字节。

* 即使只想读N个字节，也必须发出N个字节：可以发出0xff
* 即使只想发出N个字节，也会读到N个字节：可以忽略读到的数据。



spi_transfer结构体如下图所示：

* tx_buf：不是NULL的话，要发送的数据保存在里面
* rx_buf：不是NULL的话，表示读到的数据不要丢弃，保存进rx_buf里

![image-20220330162208146](../images/70_spi_transfer.png)



可以构造多个spi_transfer结构体，把它们放入一个spi_message里面。

spi_message结构体如下图所示：

![image-20220330162650541](../images/71_spi_message.png)



SPI传输示例：

![image-20220330163124260](../images/72_spidev_sync_write.png)