SPI 接口简介

SPI（Serial Peripheral Interface）接口是全双工的同步串行通讯总线，支持通过多个不同的片选信号来连接多个外设。SPI 接口通常由四根线组成，分别是提供时钟的 SCLK，提供数据输出的 MOSI(Master Out Slave In)，提供数据输入的 MISO(Master In Slave Out)和提供片选信号的 CS。同一时刻只能有一个 SPI 设备处于工作状态，即多个 CS 信号中某时间只能有一个有效。为了适配不同的外设 ，SPI 支持通过寄存器来配置片选信号和时钟信号的极性和相位。（imx6ull 支持 ecspi，即增强配置型 spi，这里为了与其他兼容，统一用 spi 来称呼）。

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SPI 硬件连接

SPI 支持 slave 和 master 两种模式，作为 APU 来说，多数情况下是作为master 来使用的。在 master 模式下，通过不同的片选引脚 ss[n](n=0,1,2,3)来连接多个不同的设备。下图为 MASTER 模式下的 SPI 单线通讯模式框图：

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SPI 通讯数据格式

在 master 模式下，ss、sclk 和 mosi 作为信号输出接口，MISO 作为信号输入接口。通过 SS 片选信号使能外部 SPI 设备，SCLK 同步数据传输。MOSI 和MISO 信号在 SCLK 上升沿变化，在下降沿锁存数据。SPI 的具体通讯格式如下图所示（默认高位在前，低位在后），输出数据为 0xD2，输入数据为 0x66。

SPI 支持不同的 SPI 时钟和 CS 片选相位和极性设置，通过设置 POL 和 PHA值的不同来设置相位和极性。POL:表示 SPICLK 的初始电平，0 为电平，1 为高电平 ；CHA:表示相位，即第一个还是第二个时钟沿采样数据，0 为第一个时钟沿，1 为第二个时钟沿。具体如下表所示：

实际时钟和相位关系如下图所示，我们常用的是模式 0 和模式 3，因为它们都是在上升沿采样数据，不用去在乎时钟的初始电平是什么，只要在上升沿采集数据就行。POL 和 PHA 怎么选择？通常去参考外接的模块的芯片手册。

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SPI 控制器

SPI（Serial Peripheral Interface）控制器是一种用于实现SPI通信协议的硬件模块。SPI是一种同步串行数据传输总线，常用于微控制器和外围设备之间的高速短距离通信。它使用主从架构，其中至少一个设备作为主设备，而其他设备则作为从设备。

SPI控制器负责管理SPI总线上的数据传输，包括数据的发送和接收，以及对时钟信号的控制。在Linux系统中，SPI控制器通常通过SPI子系统来驱动，该子系统提供了一套API，使得上层软件可以与SPI控制器交互，进行配置和数据传输操作。

SPI控制器的主要功能包括：

• 产生SPI时钟信号（SCK），用于同步数据的传输。
• 管理从设备选择信号（SS），用于选择当前要通信的从设备。
• 控制数据的输入输出（MOSI和MISO引脚），实现数据的串行传输。
• 支持不同的数据模式（如CPOL和CPHA），以兼容不同的SPI设备。

在Linux驱动中，SPI控制器驱动需要注册到SPI子系统，然后应用程序或更高层的驱动可以通过SPI子系统提供的接口来访问SPI控制器，进行数据交换。

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SPI总线驱动模型

SPI（Serial Peripheral Interface）总线驱动模型在Linux内核中的设计遵循了“总线设备驱动”模型，这一模型旨在提高驱动程序的可重用性和可维护性，同时简化了驱动程序的开发过程。以下是SPI总线驱动模型的基本组成部分：

SPI Devices：

这表示连接到SPI总线的实际物理设备。每个spi_device都有一个与之关联的spi_driver，用于处理特定设备的读写操作。spi_device还包含了关于设备的配置信息，如芯片选择、最大速度等。

SPI Driver：

这部分驱动处理与具体SPI设备相关的逻辑，比如MPU6050这样的传感器。它负责解释设备的数据格式、命令集和特性。spi_driver通过spi_register_driver()函数注册到内核中，这样它就可以被spi_master_driver发现并与其交互。

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SPI传输函数

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SPI字符设备驱动模板

spi_drv.c

#include <linux/spi/spi.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/poll.h>

#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/timer.h>

/* 主设备号                                                                 */
static int major = 0;
static struct class *my_spi_class;

/* spi设备结构体数据指针，指向spi客户端的结构体 */
static struct spi_device *g_spi;

static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_wait);

/* spi异步通知结构体指针  */
struct fasync_struct *spi_fasync;


/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体                   */
static ssize_t spi_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
    // int err;

    /* spi_transfer, 用于表示spi通信中的一个消息，可以包含消息的地址、数据方向以及要传输的数据*/
    // struct spi_transfer msgs[2];

    /* 初始化spi_msg 
        adapter：是spi适配器的结构体指针

    */

    /* copy_to_user  */
    
    return 0;
}

static ssize_t spi_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
    // int err;

    /* copy_from_user  */

    // struct spi_transfer msgs[2];

    /* spi_transfer */
    
    return 0;    
}


static unsigned int spi_drv_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
    //printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    poll_wait(fp, &gpio_wait, wait);
    //return is_key_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;
    return 0;
}

static int spi_drv_fasync(int fd, struct file *file, int on)
{
    if (fasync_helper(fd, file, on, &spi_fasync) >= 0)
        return 0;
    else
        return -EIO;
}


/* 定义自己的file_operations结构体                                              */
static struct file_operations spi_drv_fops = {
    .owner     = THIS_MODULE,
    .read    = spi_drv_read,
    .write   = spi_drv_write,
    .poll    = spi_drv_poll,
    .fasync  = spi_drv_fasync,
};


static int spi_drv_probe(struct spi_device *spi)
{
    // struct device_node *np = client->dev.of_node;

    /* 记录spi_devic */
    g_spi = spi;

    /* 注册字符设备 */
    /* 注册file_operations     */
    major = register_chrdev(0, "100ask_spi", &spi_drv_fops);  /* /dev/gpio_desc */

    my_spi_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_spi_class");
    if (IS_ERR(my_spi_class)) {
        printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
        unregister_chrdev(major, "100ask_spi");
        return PTR_ERR(my_spi_class);
    }

    device_create(my_spi_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "myspi"); /* /dev/myspi */
    
    return 0;
}

static int spi_drv_remove(struct spi_device *spi)
{
    /* 反注册字符设备 */
    device_destroy(my_spi_class, MKDEV(major, 0));
    class_destroy(my_spi_class);
    unregister_chrdev(major, "100ask_spi");

    return 0;
}

/* 设备树匹配表 */
static const struct of_device_id myspi_dt_match[] = {
    { .compatible = "100ask,spidev" },
    {},
};

/* spi_driver驱动结构体 */
static struct spi_driver my_spi_driver = {
    .driver = {
           .name = "100ask_spi_drv",
           .owner = THIS_MODULE,
           .of_match_table = myspi_dt_match,     //设备树匹配表
    },
    .probe = spi_drv_probe,
    .remove = spi_drv_remove,
};


static int __init spi_drv_init(void)
{
    /* 注册spi_driver */
    return spi_register_driver(&my_spi_driver);
}

static void __exit spi_drv_exit(void)
{
    /* 删除spi_driver */
    spi_unregister_driver(&my_spi_driver);
}

/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点                                     */

module_init(spi_drv_init);
module_exit(spi_drv_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

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其他

如何查看是否成功创建了自己的SPI总线：