SPI驱动框架源码分析.docx
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SPI驱动框架源码分析
SPI驱动框架源码分析 2013-04-1216:
13:
08
分类：
LINUX
SPI驱动框架源码分析
SPI协议是一种同步的串行数据连接标准，由摩托罗拉公司命名，可工作于全双工模式。
相关通讯设备可工作于m/s模式。
主设备发起数据帧，允许多个从设备的存在。
每个从设备
有独立的片选信号，SPI一般来说是四线串行总线结构。
接口：
SCLK——SerialClock（outputfrommaster）时钟（主设备发出）
MOSI/SIMO——MasterOutput,SlaveInput（outputfrommaster）数据信号线mosi（主设备发出）
MISO/SOMI——MasterInput,SlaveOutpu（outputfromslave）数据信号线（从设备）
SS——SlaveSelect（activelow;outputfrommaster）片选信号
下面来看一下Linux中的SPI驱动。
在Linux设备驱动框架的设计中，有一个重要的主机，外设驱动框架分离的思想，如下图。
外设a,b,c的驱动与主机控制器A,B,C的驱动不相关，主机控制器驱动不关心外设，而外设驱动也不关心主机，外设只是访问核心层的通用的API进行数据的传输，主机和外设之间可以进行任意的组合。
如果我们不进行如图的主机和外设分离，外设a,b,c和主机A,B,C进行组合的时候，需要9种不同的驱动。
设想一共有m个主机控制器，n个外设，分离的结构是需要m+n个驱动，不分离则需要m*n个驱动。
下面介绍spi子系统的数据结构：
在Linux中，使用spi_master结构来描述一个SPI主机控制器的驱动。
[html] viewplaincopy
1.structspi_master{
2.structdevice dev;/*总线编号，从0开始*/
3.s16 bus_num;/*支持的片选的数量，从设备的片选号不能大于这个数量*/
4.u16 num_chipselect;
5.u16 dma_alignment;/*改变spi_device的特性如：
传输模式，字长，时钟频率*/
6.int （*setup）（structspi_device*spi）;/*添加消息到队列的方法，这个函数不可睡眠，他的任务是安排发生的传送并且调用注册的回调函数complete（）*/
7.int （*transfer）（structspi_device*spi,structspi_message*mesg）;
8.void（*cleanup）（structspi_device*spi）;
9.};
分配，注册和注销的SPI主机的API由SPI核心提供：
[cpp] viewplaincopy
1.struct spi_master*spi_alloc_master（struct device*host,unsignedsize）;
2.int spi_register_master（struct spi_master*master）;
3.void spi_unregister_master（struct spi_master*master）;
在Linux中用spi_driver来描述一个SPI外设驱动。
[cpp] viewplaincopy
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_tmesg）;
6.int （*resume）（struct spi_device*spi）;
7.struct device_driver driver;
8.};
可以看出，spi_driver结构体和platform_driver结构体有极大的相似性，都有probe（）,remove（）,suspend（）,resume（）这样的接口。
Linux用spi_device来描述一个SPI外设设备。
[cpp] viewplaincopy
1.struct spi_device{
2.struct device dev;
3.struct spi_master *master; //对应的控制器指针u32
4.max_speed_hz; //spi通信的时钟u8
5.chip_select; //片选，用于区分同一总线上的不同设备
6.u8 mode;
7.#define SPI_CPHA 0x01 /*clockphase*/
8.#define SPI_CPOL 0x02 /*clockpolarity*/
9.#defineSPI_MODE_0 （0|0） /*（originalMicroWire）*/#define SPI_MODE_1 （0|SPI_CPHA）
10.#defineSPI_MODE_2 （SPI_CPOL|0）
11.#defineSPI_MODE_3 （SPI_CPOL|SPI_CPHA）#define SPI_CS_HIGH0x04 /*chipselectactivehigh?
*/
12.#define SPI_LSB_FIRST 0x08 /*per-wordbits-on-wire*/
13.#define SPI_3WIRE 0x10 /*SI/SOsignalsshared*/
14.#define SPI_LOOP 0x20 /*loopbackmode*/
15.u8 bits_per_word; //每个字长的比特数
16.int irq; //使用的中断
17.void *controller_state;
18.void *controller_data;
19.char modalias[32]; //名字
20.};
如下图，看这三个结构的关系，这里spi_device与spi_master是同一个父设备，这是在spi_new_device函数中设定的，一般这个设备是一个物理设备。
这里的spi_master_class,spi_bus_type又是什么呢，看下边两个结构体：
[cpp] viewplaincopy
1.struct bus_typespi_bus_type={
2. .name = "spi",
3. .dev_attrs =spi_dev_attrs,
4. .match =spi_match_device,
5. .uevent =spi_uevent,
6. .suspend =spi_suspend,
7. .resume =spi_resume,
8.};
9.static struct class spi_master_class={
10. .name = "spi_master",
11. .owner =THIS_MODULE,
12. .dev_release =spi_master_release,
13.};
spi_bus_type对应spi中的spibus总线，spidev的类定义如下：
[cpp] viewplaincopy
1.static struct class *spidev_class;
创建这个类的主要目的是使mdev/udev能在/dev下创建设备节点/dev/spiB.C。
B代表总线，C代表片外设备的片选号。
下边来看两个板级的结构，其中spi_board_info用来初始化spi_device，s3c2410_spi_info用来初始化spi_master。
这两个板级的结构需要在移植的时候在arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c中初始化。
[cpp] viewplaincopy
1.struct spi_board_info{
2.char modalias[32]; //设备与驱动匹配的唯一标识
3.const void *platform_data;
4.void *controller_data;
5.int irq;
6.u32 max_speed_hz;
7.u16 bus_num; //设备所归属的总线编号
8.u16 chip_select;
9.u8 mode;
10.};
11.struct s3c2410_spi_info{
12.int pin_cs; //芯片选择管脚
13.unsigned int num_cs; //总线上的设备数
14.int bus_num; //总线号
15.void （*gpio_setup）（struct s3c2410_spi_info*spi, int enable）; //spi管脚配置函数
16.void （*set_cs）（struct s3c2410_spi_info*spi, int cs, int pol）;
17.};
boardinfo是用来管理spi_board_info的结构，spi_board_info通过spi_register_board_info（structspi_board_infoconst*info,unsignedn）交由boardinfo来管理，并挂到board_list链表上，list_add_tail（&bi->list,&board_list）;
[cpp] viewplaincopy
1.struct boardinfo{
2./*用于挂到链表头board_list上*/
3.struct list_head list;
4./*管理的spi_board_info的数量*/
5.unsigned n_board_info;
6./*存放结构体spi_board_info*/
7.struct spi_board_info board_info[0];
8.};
s3c24xx_spi是S3C2440的SPI控制器在Linux内核中的具体描述，该结构包含spi_bitbang内嵌结构，控制器时钟频率和占用的中断资源等重要成员，其中spi_bitbang具体负责SPI数据的传输。
[cpp] viewplaincopy
1.struct s3c24xx_spi{
2./*bitbanghastobefirst*/
3.struct spi_bitbang bitbang;
4.struct completion done;
5.void __iomem *regs;
6.int irq;
7.int len;
8.int count;
9.void （*set_cs）（struct s3c2410_spi_info*spi, int cs, int pol）;
10./*databuffers*/const unsigned char *tx;
11.unsigned char *rx;
12.struct clk *clk;
13.struct resource *ioarea;
14.struct spi_master *master;
15.struct spi_device *curdev;
16.struct device *dev;
17.struct s3c2410_spi_info*pdata;
18.};
为了解决多个不同的SPI设备共享SPI控制器而带来的访问冲突，spi_bitbang使用内核提供的工作队列（workqueue）。
workqueue是Linux内核中定义的一种回调处理方式。
采用这种方式需要传输数据时，不直接完成数据的传输，而是将要传输的工作分装成相应的消息（spi_message），发送给对应的workqueue，由与workqueue关联的内核守护线程（daemon）负责具体的执行。
由于workqueue会将收到的消息按时间先后顺序排列，这样就是对设备的访问严格串行化，解决了冲突。
[html] viewplaincopy
1.structspi_bitbang{
2.structworkqueue_struct*workqueue; //工作队列头
3.structwork_struct work; //每一次传输都传递下来一个spi_message，都向工作队列头添加一个
4.workspinlock_t lock;
5.structlist_head queue; //挂接spi_message，如果上一次的spi_message还没有处理完，接下来的spi_message就挂接在queue上等待处理
6.u8 busy; //忙碌标志
7.u8 use_dma;
8.u8 flags;
9.structspi_master*master;/*一下3个函数都是在函数s3c24xx_spi_probe（）中被初始化*/
10.int （*setup_transfer）（structspi_device*spi,structspi_transfer*t）; //设置传输模式
11.void （*chipselect）（structspi_device*spi,intis_on）; //片选
12.#define BITBANG_CS_ACTIVE 1 /*normallynCS,activelow*/
13.#define BITBANG_CS_INACTIVE0/*传输函数，由s3c24xx_spi_txrx来实现*/
14.int （*txrx_bufs）（structspi_device*spi,structspi_transfer*t）;
15.u32 （*txrx_word[4]）（structspi_device*spi,unsignednsecs,u32word,u8bits）;
16.};
下面来看看spi_message：
[cpp] viewplaincopy
1.struct spi_message{
2.struct list_head transfers; //此次消息的传输队列，一个消息可以包含多个传输段
3.struct spi_device*spi; //传输的目的设备
4.unsigned is_dma_mapped:
1; //如果为真，此次调用提供dma和cpu虚拟地址
5.void （*complete）（void *context）; //异步调用完成后的回调函数
6.void *context; //回调函数的参数
7.unsigned actual_length; //此次传输的实际长度
8.int status; //执行的结果，成功被置0，否则是一个负的错误码
9.struct list_head queue;
10.void *state;
11.};
在有消息需要传递的时候，会将spi_transfer通过自己的transfer_list字段挂到spi_message的transfers链表头上。
spi_message用来原子的执行spi_transfer表示的一串数组传输请求。
这个传输队列是原子的，这意味着在这个消息完成之前不会有其他消息占用总线。
消息的执行总是按照FIFO的顺序。
下面看一看spi_transfer：
[cpp] viewplaincopy
1.struct spi_transfer{
2.const void *tx_buf; //要写入设备的数据（必须是dma_safe），或者为NULL
3.void *rx_buf; //要读取的数据缓冲（必须是dma_safe），或者为NULL
4.unsigned len; //tx和rx的大小（字节数）,这里不是指它的和，而是各自的长度，他们总是相等的
5.dma_addr_t tx_dma; //如果spi_message.is_dma_mapped是真，这个是tx的dma地址
6.dma_addr_trx_dma; //如果spi_message.is_dma_mapped是真，这个是rx的dma地址
7.unsigned cs_change:
1; //影响此次传输之后的片选，指示本次tranfer结束之后是否要重新片选并调用setup改变设置，这个标志可以较少系统开销u8
8.bits_per_word; //每个字长的比特数，如果是0，使用默认值
9.u16 delay_usecs; //此次传输结束和片选改变之间的延时，之后就会启动另一个传输或者结束整个消息
10.u32 speed_hz; //通信时钟。
如果是0，使用默认值
11.struct list_headtransfer_list; //用来连接的双向链表节点
Linux驱动修炼之道-SPI驱动框架源码分析（中）
分类：
linux驱动编程2011-06-2909:
53 2150人阅读 评论（13） 收藏 举报
努力成为linuxkernelhacker的人李万鹏原创作品，为梦而战。
转载请标明出处
这篇来分析spi子系统的建立过程。
嵌入式微处理器访问SPI设备有两种方式：
使用GPIO模拟SPI接口的工作时序或者使用SPI控制器。
使用GPIO模拟SPI接口的工作时序是非常容易实现的，但是会导致大量的时间耗费在模拟SPI接口的时序上，访问效率比较低，容易成为系统瓶颈。
这里主要分析使用SPI控制器的情况。
这个是由sys文件系统导出的spi子系统在内核中的视图了。
首先了解一下Linux内核中的几个文件:
spi.c也就是spi子系统的核心了，spi_s3c24xx.c是s3c24xx系列芯片的SPIcontroller驱动，它向更上层的SPI核心层（spi.c）提供接口用来控制芯片的SPIcontroller，是一个被其他驱动使用的驱动。
而spidev.c是在核心层基础之上将SPIcontroller模拟成一个字符型的驱动，向文件系统提供标准的文件系统接口，用来操作对应的SPIcontroller。
下面我们来看看spi子系统是怎么注册进内核的：
[cpp] viewplaincopy
1.static int __initspi_init（void）
2.{
3. int status;
4. buf=kmalloc（SPI_BUFSIZ,GFP_KERNEL）;
5. if （!
buf）{
6. status=-ENOMEM;
7. goto err0;
8. }
9. status=bus_register（&spi_bus_type）;
10. if （status<0）
11. goto err1;
12. status=class_register（&spi_master_class）;
13. if （status<0）
14. goto err2;
15. return 0;
16.err2:
17. bus_unregister（&spi_bus_type）;
18.err1:
19. kfree（buf）;
20. buf=NULL;
21.err0:
22. return status;
23.}
24.postcore_initcall（spi_init）;
这里注册了一个spi_bus_type，也就是一个spi总线，和一个spi_master的class。
分别对应上图中sys/bus/下的spi目录和sys/class/下的spi_master目录。
下面来分析SPIcontroller驱动的注册与初始化过程，首先执行的是s3c24xx_spi_init。
[cpp] viewplaincopy
1.static int __inits3c24xx_spi_init（void）
2.{
3. return platform_driver_probe（&s3c24xx_spi_driver,s3c24xx_spi_probe）;
4.}
platform_driver_probe中完成了s3c24xx_spi_driver这个平台驱动的注册，相应的平台设备在devs.c中定义
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