內(nèi)核SPI Slave軟件簡(jiǎn)介

SPI主從之間傳輸通常遵循特定協(xié)議，如SPI Nor 兼容 JEDEC SDFP 協(xié)議，瑞芯微RK SPI slave 作為設(shè)備端傳輸也應(yīng)遵循特定的協(xié)議，由于協(xié)議無(wú)范式，所以RK提供自定義的傳輸協(xié)議和設(shè)備驅(qū)動(dòng)以供客戶(hù)參考。

Linux SPI slave驅(qū)動(dòng)框架限制：使用傳輸隊(duì)列，雖然隊(duì)列喚醒后的線(xiàn)程優(yōu)先級(jí)較高，但受調(diào)度影響不能完全保證實(shí)時(shí)性。

瑞芯微RK SPI slavemode限制：每次傳輸需重新發(fā)起SPI控制器配置，因此為確保SPImaster能夠獲知RK SPI slave完成傳輸配置從而發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，RKSPIslave端需增加side-band信號(hào)做ready狀態(tài)位。

本文基于

觸覺(jué)智能RK3506星閃開(kāi)發(fā)板

演示SPI Slave從設(shè)備開(kāi)發(fā)，其配套R(shí)K3506核心板（3核A7+M0多核異構(gòu)），100%全國(guó)產(chǎn)，峰值功耗低至0.65W。

瑞芯微RK SPI slave 傳輸協(xié)議

• RK SPI Slave 傳輸基本流程

數(shù)據(jù)傳輸要求指定ready-gpios來(lái)通知SPI master分為5個(gè)部分：

（1）Slave 主動(dòng)發(fā)起 spi_syncstep（2）Slave ready，使能 GPIO_SlV_READY 信號(hào)（3）master 確認(rèn) Slave ready 后發(fā)起傳輸（4）Slave 接收來(lái)自 master 發(fā)出的足夠的 clk 后完成傳輸（5）Slave idle，釋放 GPIO_SlV_READY 信號(hào)

、

• 定義兩種包類(lèi)型

包括ctrl packet：2B cmd，2B addr（RK slave 定義的 application buffer 偏移地址），4B data（通常用于指定之后 data 包的傳輸長(zhǎng)度）和data packet。

• 定義兩種傳輸類(lèi)型

ctrl 傳輸（僅包含 1 ctrl packet），以及data 傳輸（包含1 ctrl packet 和 1 data packet 的兩筆 SPI 傳輸）。

• spidev_rkslv 支持 SPI_OBJ_APP_RAM_SIZE 長(zhǎng)度的 application buffer 用于緩存?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)，SPI master發(fā)起的 data 傳輸 1 ctrl packet 2B addr 指向該緩存偏移地址
  
• 設(shè)備驅(qū)動(dòng)

驅(qū)動(dòng)源碼：

drivers/spi/spidev-rkslv.c drivers/spi/spidev-rkmst.c

源碼簡(jiǎn)介：

static int spidev_rkslv_ctrl_receiver_thread(void *p) //建立線(xiàn) 程，線(xiàn)程內(nèi)重復(fù)發(fā)起傳輸 { while (1) spidev_rkslv_xfer(spidev); drivers/spi/spidev-rkmst.c： 實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù) } static int spidev_rkslv_xfer(struct spidev_rkslv_data *spidev) //傳輸入口 { spidev_slv_read(spidev, spidev->ctrlbuf, SPI_OBJ_CTRL_MSG_SIZE); //1 ctrl packet，獲取并解析傳輸類(lèi)型 switch (ctrl->cmd) { //1 data packet，根據(jù)傳輸類(lèi)型，定義 data packet 并完成收發(fā) case SPI_OBJ_CTRL_CMD_INIT: /* to-do */ case SPI_OBJ_CTRL_CMD_READ: /* to-do */ case SPI_OBJ_CTRL_CMD_WRITE: /* to-do */ case SPI_OBJ_CTRL_CMD_DUPLEX: /* to-do */ } } static const struct file_operations spidev_rkslv_misc_fops = {} //注冊(cè) misc device 測(cè)試接口

drivers/spi/spidev-rkmst.c說(shuō)明：

static int spidev_rkmst_xfer(struct spidev_rkmst_data *spidev, void *tx, void *rx, u16 addr, u32 len) //傳輸入口 { spidev_rkmst_ctrl(spidev, cmd, addr, len); //1 ctrl packet，定義傳輸類(lèi)型 switch (cmd) { //1 data packet，根據(jù)傳輸類(lèi)型，定義 data packet 并完成收發(fā) case SPI_OBJ_CTRL_CMD_READ: /* to-do */ case SPI_OBJ_CTRL_CMD_WRITE: /* to-do */ case SPI_OBJ_CTRL_CMD_DUPLEX: /* to-do */ } } static const struct file_operations spidev_rkmst_misc_fops = {} //注冊(cè) misc device 測(cè)試接口

• 業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)形式

SPI Slave 測(cè)試設(shè)備配置

• SPI master 發(fā)起單包數(shù)據(jù)傳輸測(cè) ：

echocmd addr length > /dev/spidev_rkmst_misc

說(shuō)明：cmd ：支持 read/write/duplex;addr：為對(duì)端 slave application buffer 偏移，單位 Bytes，僅支持 10 進(jìn)制輸入;length：為 data packet 長(zhǎng)度，單位 Bytes，僅支持 10 進(jìn)制輸入;

實(shí)例如下：

echo write 128 128 > /dev/spidev_rkmst_misc echo read 128 128 > /dev/spidev_rkmst_misc echo duplex 128 128 > /dev/spidev_rkmst_misc

• SPI master 發(fā)起自動(dòng)化測(cè)試 ：

echoautotest length loops compare > /dev/spidev_rkmst_misc

說(shuō)明：autotest：固定輸入，先測(cè)試全雙工數(shù)據(jù)傳輸，再測(cè)試讀寫(xiě)數(shù)據(jù)傳輸，并輸出速率結(jié)果;測(cè)試默認(rèn)使用對(duì)端 slave application buffer 偏移地址 0;

length：為 data packet 長(zhǎng)度，單位 Bytes，僅支持 10 進(jìn)制輸入；loops：設(shè)定壓測(cè)循環(huán)次數(shù)；

compare：1 - 開(kāi)啟數(shù)據(jù)校驗(yàn)；0 - 關(guān)閉數(shù)據(jù)校驗(yàn)（支持特定場(chǎng)景，如持續(xù)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)測(cè)試）；

實(shí)例如下：

echoautotest1024641> /dev/spidev_rkmst_misc

• SPI master 發(fā)起自動(dòng)化測(cè)試 ：

echo appmem 0 256 > ./dev/spidev_rkslv_misc #打印 application buffer 數(shù)據(jù) echo verbose 1 > ./dev/spidev_rkslv_misc #開(kāi)啟傳輸傳輸過(guò)程 debug log，echo verbose 0 關(guān)閉打印

SPI Slave常見(jiàn)問(wèn)題

• SPI 無(wú)信號(hào)

調(diào)試前確認(rèn)驅(qū)動(dòng)有跑起來(lái)；確保 SPI 4個(gè)引腳的IOMUX配置無(wú)誤；

確認(rèn)TX 引腳有正常的波形，CLK有正常的 CLOCK 信號(hào)，CS信號(hào)有拉低；

如果clk頻率較高，可以考慮提高驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度來(lái)改善信號(hào)；

如何簡(jiǎn)單判斷SPI DMA 是否使能，串口打印如無(wú)以下關(guān)鍵字,則DMA 使能成功：

[ 0.457137]Failedtorequest TX DMA channel [ 0.457237] Failed to request RX DMA channel

• 延時(shí)采樣時(shí)鐘配置方案

對(duì)于 SPI io 速率較高的情形，正常 SPI mode 可能依舊無(wú)法匹配外接器件輸出延時(shí)，RK SPI master read 可能無(wú)法采到有效數(shù)據(jù)，需要啟用 SPI rsd 邏輯來(lái)延遲采樣時(shí)鐘。

• SPI 傳輸方式說(shuō)明

（1）默認(rèn)傳輸模式

master mode 支持 IRQ、DMA 和 CPU 傳輸，slave mode 支持 IRQ 和 DMA 傳輸，默認(rèn)都為 IRQ/DMA 組合傳輸方式：

當(dāng)傳輸長(zhǎng)度 < fifo 深度時(shí)，使用 IRQ 傳輸，默認(rèn)使用 4.19 及以上內(nèi)核版本的SOC，fifo 深度為64;

當(dāng)傳輸長(zhǎng)度 >= fifo 深度時(shí)，使用DMA傳輸;

（2）修改傳輸模式

master mode支持：

默認(rèn)IRQ/DMA 組合傳輸方式;

參考 ”關(guān)閉 DMA 支持，僅支持 IRQ 傳輸；“ 說(shuō)明，關(guān)閉 DMA，配置后僅支持IRQ 傳輸；

參考”rockchip,poll-only“ 說(shuō)明，配置后僅支持CPU傳輸；

slave mode 不支持修改傳輸模式。

（3）IRQ傳輸特性

當(dāng)數(shù)據(jù) < fifo 深度時(shí)，一次傳觸發(fā) 1 個(gè)中斷，當(dāng)數(shù)據(jù) >= fifo 深度且使用 IRQ 傳輸時(shí)，fifo 水線(xiàn)設(shè)置為半 fifo，通常為 32 item，一次傳輸大致上觸發(fā) items / 32 次中斷。

（4）DMA 傳輸特性

不觸發(fā) spi 控制器中斷，使用 DMA 傳輸 finished call back 回調(diào)

• SPI 傳輸速率及 CPU 占用率高優(yōu)化方向

通常 SPI 傳輸速率慢、IO 高負(fù)載下 CPU 占用率高的原因是因?yàn)椋篠PI 傳輸粒度小，且傳輸次數(shù)多，頻繁發(fā)起傳輸從而涉及較多的調(diào)度。建議優(yōu)化方向：

1. 開(kāi)啟 auto runtime，延時(shí)設(shè)置為 500ms，具體值以實(shí)測(cè)為準(zhǔn)，修改點(diǎn)為 dts 節(jié)點(diǎn)添加rockchip,autosuspend-delay-ms 屬性；

2. 降低 CPU 負(fù)載：改用 IRQ 傳輸，相對(duì) DMA 可能會(huì)有優(yōu)勢(shì)，補(bǔ)丁參考 “改為 IRQ 傳輸” 小節(jié)；

3. 降低 CPU 負(fù)載：如為 DMA 傳輸，可修改 TX DMA 水線(xiàn)來(lái)降低 CPU 在 DMA 回調(diào)函數(shù)中等待 fifo傳輸完成的時(shí)間，補(bǔ)丁參考 “修改 SPI 水線(xiàn)。