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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(chǔ)設(shè)備等，本文以指紋識(shí)別模塊為例簡(jiǎn)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(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，需要至少4根線，分別是：

CS 片選信號(hào) SCLK 時(shí)鐘信號(hào) MOSI 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出、從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入 MISO 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出

Linux內(nèi)核用CPOL和CPHA的組合來(lái)表示當(dāng)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(shí)鐘信號(hào)的初始電平的狀態(tài)，０為低電平，１為高電平。CPHA：表示在哪個(gè)時(shí)鐘沿采樣，０為第一個(gè)時(shí)鐘沿采樣，１為第二個(gè)時(shí)鐘沿采樣。SPI的四種工作模式波形圖如下：

在內(nèi)核添加自己的驅(qū)動(dòng)文件

在內(nèi)核源碼目錄kernel/drivers/spi/中創(chuàng)建新的驅(qū)動(dòng)文件，如：spi-rockchip-firefly.c 在驅(qū)動(dòng)文件所在目錄下的Kconfig文件添加對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)文件配置，如：

@@ -525,6 +525,10 @@ config SPI_ROCKCHIP_TEST bool "ROCKCHIP spi test code" depends on SPI_ROCKCHIP +config SPI_ROCKCHIP_FIREFLY + bool "ROCKCHIP spi firefly code" + depends on SPI_ROCKCHIP + # # There are lots of SPI device types, with sensors and memory # being probably the most widely used ones.

在驅(qū)動(dòng)文件所在目錄下的Makefile文件添加對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)文件名，如：

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

用make menuconfig在內(nèi)核選項(xiàng)中選中所添加的驅(qū)動(dòng)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(cè)SPI設(shè)備

在DTS中添加SPI驅(qū)動(dòng)結(jié)點(diǎn)描述，如下所示： kernel/arch/arm/boot/dts/firefly-rk3288.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(shè)為okay，如不啟用，設(shè)為disable。
spidev@00:由于本例子使用的是SPI0，且使用CS0，故此處設(shè)為00，如果使用CS1，則設(shè)為01。
compatible:這里的屬性必須與驅(qū)動(dòng)中的結(jié)構(gòu)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(shè)為：0x00；
spi-max-frequency：此處設(shè)置spi使用的最高頻率。
spi-cpha，spi-cpol：SPI的工作模式在此設(shè)置，本例所用的模塊SPI工作模式為SPI_MODE_1，故設(shè)：spi-cpha = <1>，如果您所用設(shè)備工作模式為SPI_MODE0，則需在此把這兩個(gè)注釋掉，如果用SPI_MODE3，則設(shè)：spi-cpha = <1>;spi-cpol = <1>。

定義和注冊(cè)SPI驅(qū)動(dòng)

定義SPI驅(qū)動(dòng)

在定義 SPI 驅(qū)動(dòng)之前，用戶(hù)首先要定義變量 of_device_id 。 of_device_id 用于在驅(qū)動(dòng)中調(diào)用dts文件中定義的設(shè)備信息，其定義如下所示：

static const struct of_device_id spidev_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：

static struct spi_driver spidev_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(cè)SPI驅(qū)動(dòng)

在初始化函數(shù)static int __init spidev_init(void)中創(chuàng)建一個(gè)字符設(shè)備：

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

向內(nèi)核添加該設(shè)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(chuàng)建設(shè)備類(lèi)：

class_create(THIS_MODULE, "spidev");

向內(nèi)核注冊(cè)SPI驅(qū)動(dòng)：

spi_register_driver(&spidev_spi_driver);

如果內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)匹配成功，則調(diào)用該驅(qū)動(dòng)的probe函數(shù)。 probe函數(shù)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(shè)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(nèi)存區(qū)中查找第一個(gè)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(chuàng)建/dev/下設(shè)備結(jié)點(diǎn) 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(jìn)設(shè)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(cè)SPI驅(qū)動(dòng)成功，你可以在/dev/目錄下面看你到注冊(cè)的驅(qū)動(dòng)名稱(chēng)，可以在sys/class/下面看到你注冊(cè)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備類(lèi)。

SPI讀寫(xiě)數(shù)據(jù)過(guò)程

SPI寫(xiě)數(shù)據(jù)

static ssize_t spidev_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos) { struct spidev_data *spidev; ssize_t status = 0; unsigned long missing; if (count > bufsiz) return -EMSGSIZE; spidev = filp->private_data; mutex_lock(&spidev->buf_lock); missing = copy_from_user(spidev->buffer, buf, count);//把數(shù)據(jù)從用戶(hù)空間傳到內(nèi)核空間 if (missing == 0) { status = spidev_sync_write(spidev, count);//調(diào)用寫(xiě)同步函數(shù) } else status = -EFAULT; mutex_unlock(&spidev->buf_lock); return status; }

寫(xiě)同步函數(shù)：

spidev_sync_write(struct spidev_data *spidev, size_t len) { struct spi_transfer t = { .tx_buf = spidev->buffer,//發(fā)送緩沖區(qū) .len = len,//發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 }; struct spi_message m; spi_message_init(&m);//初始化spi_message spi_message_add_tail(&t, &m);//將新的spi_transfer添加到spi_message隊(duì)列尾部 return spidev_sync(spidev, &m);//同步讀寫(xiě) }

SPI讀數(shù)據(jù)

在本例所用的模塊中，讀數(shù)據(jù)的過(guò)程為：

主機(jī)向模塊寫(xiě)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(shù)據(jù)以頁(yè)的形式發(fā)送
主機(jī)設(shè)置讀的模式
主機(jī)讀取一頁(yè)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)

static ssize_t spidev_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos) { struct spidev_data *spidev; int status = 0; int i = 0; spidev = filp->private_data; mutex_lock(&spidev->buf_lock); gsl_fp_write(spidev, 0x00, 0xf0);//讀之前先向模塊寫(xiě)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(yè)數(shù)據(jù) } pos = 0; break; } if(status > 0){ printk("gsl read data success!!!\n"); }else{ printk("gsl read data failed!!!"); } mutex_unlock(&spidev->buf_lock); return status; }

static inline unsigned int gsl_fp_getOneFrame(struct spidev_data *spidev,unsigned char reg_8b) { int status,i; unsigned char buf_d[128*1+3] = {0x00,0x00}; struct spi_transfer t; 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]; } return status; }

static inline ssize_t gsl_spidev_sync_read(struct spidev_data *spidev,struct spi_transfer *t) { struct spi_message m; spi_message_init(&m); t->bits_per_word = 8;//每次讀的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8位 t->delay_usecs = 1;//每次讀完延時(shí) 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); return spidev_sync(spidev, &m); }

注：Firefly的SPI驅(qū)動(dòng)是Linux下通用的驅(qū)動(dòng)，可以參考源碼：kernel/drivers/spi/spidev.c

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