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SPI 使用

SPI是一種高速的，全雙工，同步串行通信接口，用于連接微控制器、傳感器、存儲設備等，本文以指紋識別模塊為例簡單介紹SPI使用。

SPI工作方式

SPI以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，需要至少4根線，分別是：

CS 片選信號 SCLK 時鐘信號 MOSI 主設備數據輸出、從設備數據輸入 MISO 主設備數據輸入，從設備數據輸出

Linux內核用CPOL和CPHA的組合來表示當前SPI的四種工作模式：

CPOL＝0，CPHA＝0 SPI_MODE_0 CPOL＝0，CPHA＝1 SPI_MODE_1 CPOL＝1，CPHA＝0 SPI_MODE_2 CPOL＝1，CPHA＝1 SPI_MODE_3

CPOL：表示時鐘信號的初始電平的狀態，０為低電平，１為高電平。CPHA：表示在哪個時鐘沿采樣，０為第一個時鐘沿采樣，１為第二個時鐘沿采樣。SPI的四種工作模式波形圖如下：

在內核添加自己的驅動文件

在內核源碼目錄kernel/drivers/spi/中創建新的驅動文件，如：spi-rockchip-firefly.c 在驅動文件所在目錄下的Kconfig文件添加對應的驅動文件配置，如：

@@-525,6+525,10@@configSPI_ROCKCHIP_TESTbool"ROCKCHIP spi test code"dependsonSPI_ROCKCHIP+configSPI_ROCKCHIP_FIREFLY+bool"ROCKCHIP spi firefly code"+dependsonSPI_ROCKCHIP+## There are lots of SPI device types, with sensors and memory# being probably the most widely used ones.

在驅動文件所在目錄下的Makefile文件添加對應的驅動文件名，如：

+obj-$(CONFIG_SPI_ROCKCHIP_FIREFLY) += spi-rockchip-firefly.o

用make menuconfig在內核選項中選中所添加的驅動文件，如：

There is no help available for this option. │ Symbol: SPI_ROCKCHIP_FIREFLY [=y] │ Type : boolean │ Prompt: ROCKCHIP spi firefly code │ Location: │ -> Device Drivers │ -> SPI support (SPI [=y]) │ -> ROCKCHIP SPI controller core support (SPI_ROCKCHIP_CORE [=y]) │ -> ROCKCHIP SPI interface driver (SPI_ROCKCHIP [=y]) │ Defined at drivers/spi/Kconfig:528 │ Depends on: SPI [=y] && SPI_MASTER [=y] && SPI_ROCKCHIP [=y]

定義和注冊SPI設備

在DTS中添加SPI驅動結點描述，如下所示： kernel/arch/arm/boot/dts/firefly-rk3288-aio-3288j.dts

&spi0{status="okay";max-freq=<24000000>;spidev@00{compatible="rockchip,spi_firefly";reg=<0x00>;spi-max-frequency=<14000000>;spi-cpha=<1>;//spi-cpol=<1>;};};

status:如果要啟用SPI，則設為okay，如不啟用，設為disable。
spidev@00:由于本例子使用的是SPI0，且使用CS0，故此處設為00，如果使用CS1，則設為01。
compatible:這里的屬性必須與驅動中的結構體of_device_id 中的成員compatible 保持一致。
reg:此處與spidev@00保持一致，本例設為：0x00；
spi-max-frequency：此處設置spi使用的最高頻率。
spi-cpha，spi-cpol：SPI的工作模式在此設置，本例所用的模塊SPI工作模式為SPI_MODE_1，故設：spi-cpha = <1>，如果您所用設備工作模式為SPI_MODE0，則需在此把這兩個注釋掉，如果用SPI_MODE3，則設：spi-cpha = <1>;spi-cpol = <1>。

定義和注冊SPI驅動

定義SPI驅動

在定義 SPI 驅動之前，用戶首先要定義變量 of_device_id 。 of_device_id 用于在驅動中調用dts文件中定義的設備信息，其定義如下所示：

staticconststructof_device_idspidev_dt_ids[]={{.compatible="rockchip,spi_firefly"},{},};

此處的compatible與DTS文件中的保持一致。定義spi_driver如下所示：

staticstructspi_driverspidev_spi_driver={.driver={.name="silead_fp",.owner=THIS_MODULE,.of_match_table=of_match_ptr(spidev_dt_ids),},.probe=spi_gsl_probe,.remove=spi_gsl_remove,};

注冊SPI驅動

在初始化函數static int __init spidev_init(void)中創建一個字符設備：

alloc_chrdev_region(&devno,0,255,"sileadfp");

向內核添加該設備：

spidev_major=MAJOR(devno);cdev_init(&spicdev,&spidev_fops);spicdev.owner=THIS_MODULE;status=cdev_add(&spicdev,MKDEV(spidev_major,0),N_SPI_MINORS);

創建設備類：

class_create(THIS_MODULE,"spidev");

向內核注冊SPI驅動：

spi_register_driver(&spidev_spi_driver);

如果內核啟動時匹配成功，則調用該驅動的probe函數。 probe函數如下所示：

static int spi_gsl_probe(struct spi_device *spi) { struct spidev_data *spidev; int status; unsigned long minor; struct gsl_fp_data *fp_data; printk("===============spi_gsl_probe ==============\n"); if(!spi) return -ENOMEM; /* Allocate driver data */ spidev = kzalloc(sizeof(*spidev), GFP_KERNEL); if (!spidev) return -ENOMEM; /* Initialize the driver data */ spidev->spi = spi; spin_lock_init(&spidev->spi_lock);//初始化自旋鎖 mutex_init(&spidev->buf_lock);//初始化互斥鎖 INIT_LIST_HEAD(&spidev->device_entry);//初始化設備鏈表 //init fp_data fp_data = kzalloc(sizeof(struct gsl_fp_data), GFP_KERNEL); if(fp_data == NULL){ status = -ENOMEM; return status; } //set fp_data struct value fp_data->spidev = spidev; mutex_lock(&device_list_lock);//上互斥鎖 minor = find_first_zero_bit(minors, N_SPI_MINORS);//在內存區中查找第一個值為0的位 if (minor < N_SPI_MINORS) { struct device *dev; spidev->devt = MKDEV(spidev_major, minor); dev = device_create(spidev_class, &spi->dev, spidev->devt, spidev, "silead_fp_dev");創建/dev/下設備結點 status = IS_ERR(dev) ? PTR_ERR(dev) : 0; } else { dev_dbg(&spi->dev, "no minor number available!\n"); status = -ENODEV; } if (status == 0) { set_bit(minor, minors); list_add(&spidev->device_entry, &device_list);//添加進設備鏈表 } mutex_unlock(&device_list_lock);//解互斥鎖 if (status == 0) spi_set_drvdata(spi, spidev); else kfree(spidev); printk("%s:name=%s,bus_num=%d,cs=%d,mode=%d,speed=%d\n",__func__,spi->modalias, spi->master->bus_num, spi->chip_select, spi->mode, spi->max_speed_hz);//打印SPI信息 return status; }

如果注冊SPI驅動成功，你可以在/dev/目錄下面看你到注冊的驅動名稱，可以在sys/class/下面看到你注冊的驅動設備類。

SPI讀寫數據過程

SPI寫數據

staticssize_tspidev_write(structfile*filp,constchar__user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos){structspidev_data*spidev;ssize_tstatus=0;unsignedlongmissing;if(count>bufsiz)return-EMSGSIZE;spidev=filp->private_data;mutex_lock(&spidev->buf_lock);missing=copy_from_user(spidev->buffer,buf,count);//把數據從用戶空間傳到內核空間if(missing==0){status=spidev_sync_write(spidev,count);//調用寫同步函數}elsestatus=-EFAULT;mutex_unlock(&spidev->buf_lock);returnstatus;}

寫同步函數：

spidev_sync_write(structspidev_data*spidev,size_tlen){structspi_transfert={.tx_buf=spidev->buffer,//發送緩沖區.len=len,//發送數據長度};structspi_messagem;spi_message_init(&m);//初始化spi_messagespi_message_add_tail(&t,&m);//將新的spi_transfer添加到spi_message隊列尾部returnspidev_sync(spidev,&m);//同步讀寫}

SPI讀數據

在本例所用的模塊中，讀數據的過程為：

主機向模塊寫寄存器的地址及讀的指令（如：地址為0xf0,讀指令為0x00)
模塊收到讀的指令后，數據以頁的形式發送
主機設置讀的模式
主機讀取一頁數據并存儲

staticssize_tspidev_read(structfile*filp,char__user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos){structspidev_data*spidev;intstatus=0;inti=0;spidev=filp->private_data;mutex_lock(&spidev->buf_lock);gsl_fp_write(spidev,0x00,0xf0);//讀之前先向模塊寫讀的指令及寄存器地址while(1){for(i=0;i<=110*118/128/read_pages;i++){status=gsl_fp_getOneFrame(spidev,0x00);//讀1頁數據}pos=0;break;}if(status>0){printk("gsl read data success!!!\n");}else{printk("gsl read data failed!!!");}mutex_unlock(&spidev->buf_lock);returnstatus;}

staticinlineunsignedintgsl_fp_getOneFrame(structspidev_data*spidev,unsignedcharreg_8b){intstatus,i;unsignedcharbuf_d[128*1+3]={0x00,0x00};structspi_transfert;t.tx_buf=buf_d;t.rx_buf=buf_d;t.len=131;status=gsl_spidev_sync_read(spidev,&t);if(status>0){for(i=0;i<128*read_pages;i++)kmalloc_area[pos++]=buf_d[i+3];}returnstatus;}

staticinlinessize_tgsl_spidev_sync_read(structspidev_data*spidev,structspi_transfer*t){structspi_messagem;spi_message_init(&m);t->bits_per_word=8;//每次讀的數據長度為8位t->delay_usecs=1;//每次讀完延時t->speed_hz=14*1000*1000;//讀的速率t->cs_change=1;//CS引腳電平變化spi_message_add_tail(t,&m);returnspidev_sync(spidev,&m);}

注：Firefly的SPI驅動是Linux下通用的驅動，可以參考源碼：kernel/drivers/spi/spidev.c

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