微雪电子AIO-3128C主板SPI使用介绍

SPI 使用

SPI是一种高速的，全双工，同步串行通信接口，用于连接微控制器、传感器、存储设备等，本文以指纹识别模块为例简单介绍SPI使用。

SPI工作方式

SPI以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，分别是：

CS 片选信号 SCLK 时钟信号 MOSI 主设备数据输出、从设备数据输入 MISO 主设备数据输入，从设备数据输出

Linux内核用CPOL和CPHA的组合来表示当前SPI的四种工作模式：

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：表示时钟信号的初始电平的状态，０为低电平，１为高电平。CPHA：表示在哪个时钟沿采样，０为第一个时钟沿采样，１为第二个时钟沿采样。SPI的四种工作模式波形图如下：

在内核添加自己的驱动文件

在内核源码目录kernel/drivers/spi/中创建新的驱动文件，如：spi-rockchip-firefly.c 在驱动文件所在目录下的Kconfig文件添加对应的驱动文件配置，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.

在驱动文件所在目录下的Makefile文件添加对应的驱动文件名，如：

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

用make menuconfig在内核选项中选中所添加的驱动文件，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]

定义和注册SPI设备

在DTS中添加SPI驱动结点描述，如下所示： kernel/arch/arm/boot/dts/aio-3128c.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>; }; };

属性：

status:如果要启用SPI，则设为okay，如不启用，设为disable。

spidev@00:由于本例子使用的是SPI0，且使用CS0，故此处设为00，如果使用CS1，则设为01。

compatible:这里的属性必须与驱动中的结构体：of_device_id 中的成员compatible 保持一致。

reg:此处与spidev@00保持一致，本例设为：0x00；

spi-max-frequency：此处设置spi使用的最高频率。

spi-cpha，spi-cpol：SPI的工作模式在此设置，本例所用的模块SPI工作模式为 SPI_MODE_1，故设：spi-cpha = <1>，如果您所用设备工作模式为SPI_MODE0，则需在此把这两个注释掉，如果用SPI_MODE3，则设：spi-cpha = <1>;spi-cpol = <1>。

定义和注册SPI驱动

定义SPI驱动

在定义 SPI 驱动之前，用户首先要定义变量 of_device_id 。 of_device_id 用于在驱动中调用dts文件中定义的设备信息，其定义如下所示：

static const struct of_device_id spidev_dt_ids[] = { { .compatible = "rockchip,spi_firefly" }, {}, };

此处的compatible与DTS文件中的保持一致。 定义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, };

注册SPI驱动

在初始化函数static int __init spidev_init(void)中创建一个字符设备：

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

向内核添加该设备：

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

创建设备类：

class_create(THIS_MODULE, "spidev");

向内核注册SPI驱动：

spi_register_driver(&spidev_spi_driver);

如果内核启动时匹配成功，则调用该驱动的probe函数。 probe函数如下所示：

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);//初始化自旋锁 mutex_init(&spidev->buf_lock);//初始化互斥锁 INIT_LIST_HEAD(&spidev->device_entry);//初始化设备链表 //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);//上互斥锁 minor = find_first_zero_bit(minors, N_SPI_MINORS);//在内存区中查找第一个值为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");创建/dev/下设备结点 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);//添加进设备链表 } mutex_unlock(&device_list_lock);//解互斥锁 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; }

如果注册SPI驱动成功，你可以在/dev/目录下面看你到注册的驱动名称，可以在sys/class/下面看到你注册的驱动设备类。

SPI读写数据过程

SPI写数据

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);//把数据从用户空间传到内核空间 if (missing == 0) { status = spidev_sync_write(spidev, count);//调用写同步函数 } else status = -EFAULT; mutex_unlock(&spidev->buf_lock); return status; }

写同步函数：

spidev_sync_write(struct spidev_data *spidev, size_t len) { struct spi_transfer t = { .tx_buf = spidev->buffer,//发送缓冲区 .len = len,//发送数据长度 }; struct spi_message m; spi_message_init(&m);//初始化spi_message spi_message_add_tail(&t, &m);//将新的spi_transfer添加到spi_message队列尾部 return spidev_sync(spidev, &m);//同步读写 }

SPI读数据

在本例所用的模块中，读数据的过程为：主机向模块写寄存器的地址及读的指令（如：地址为0xf0,读指令为0x00）模块收到读的指令后，数据以页的形式发送主机设置读的模式主机读取一页数据并存储

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);//读之前先向模块写读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);//读1页数据 } 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;//每次读的数据长度为8位 t->delay_usecs = 1;//每次读完延时 t->speed_hz = 14*1000*1000;//读的速率 t->cs_change = 1;//CS引脚电平变化 spi_message_add_tail(t, &m); return spidev_sync(spidev, &m); }

注：Firefly的SPI驱动是Linux下通用的驱动，可以参考源码：kernel/drivers/spi/spidev.c