2019-07-05 18:19:33 +08:00
# Linux SPI 子系统（ ）
2019-07-04 19:08:06 +08:00
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## 前言
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写文在于交流和传播知识，本人才粗学浅，还请多多指教，板砖轻拍。
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网络上很多 Linux SPI 驱动框架参考资料，但这些资料大部分以讲解源码为主，虽然 Linux 内核源码很清晰美妙，但内核版本众多，细枝末节处差异很大，不利于初学者进行对比学习。另外初学者需要阅读大量的源码才能明晰程序流程，总结出具体的原理，形成总体概念，而无法形成总体概念的情况下，是很难完成具体开发工作的。因此本文主要以文字描述为主，源码为辅，重点在于理清与 SPI 有关的相关概念，理清 SPI 驱动框架的流程。
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另外，本文主要描述 x86 体系下的 SPI 框架，也可作为 ARM 体系下 SPI 框架的参考，因为两种框架下的概念和原理都是相通的，只是有些地方的具体实现不同。
2019-07-04 19:14:49 +08:00
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## 对 SPI 子系统的一些理解
电子系统中有很多外设，有像 GPIO 这样简单的设备，也有像 LCD 控制器这样复杂的。有一类特殊的外设，用于实现总线通信，通常以控制器的角色出现，被称为总线控制器，例如 UART 控制器、以太网控制器，以及本文的主角 SPI 控制器。这些控制器与特定的总线连接，总线上往往可以挂载多个设备。总线有主从通信，也有无主从关系的。
SPI 总线是这些总线中的一种， ， ， （ ） ，
SPI 通讯离不开主控制器和从设备，因此在 Linux 系统中就需要为这两种对象开发驱动程序。其中， ） ，
1. SPI 控制器驱动：相当于 master/controller，
2. SPI 协议驱动（ ， ， （
在 x86 平台下， ；
有一些 SPI 从设备并不是由内核来为其提供驱动的， ， ， ， < 总线号 > .< 子设备号 / 片选序号 > 的文件形式出现在 /dev 系统目录下， ：
## 先说说 Probe
不同平台、不同类型设备的 Probe 方法不同。对于 ARM 平台目前使用 Device Tree； ， （ ） （ ） （ ） （ ） ， ， ，
有些设备无法像 PCI 设备那样被自动探测到，那就需要将这些设备写入 Device Tree 或 ACPI 表，也可以作为 Platform 设备出现，通过 board info 来注册。注意，无论是 Device Tree、ACPI 还是 board info， ，
## 板级支持文件
通常来说 SPI 从设备是无法被自动探测到的，此时可以作为 Platform 设备存在，在 arch->x86->platform 下（
系统启动时，先执行 arch_initcall 中的定义的板级初始化程序，由该程序完成 spi_board_info 的注册，并由此形成一张 SPI 从设备列表。在 x86 平台下，当系统进行 PCI 设备枚举时，将发现 SPI 总线控制器，并调用与之对应的 SPI 总线控制器驱动中的 Probe 程序，该 Probe 程序会调用 regist 函数来注册 SPI master/controller，
```cpp
spi_register_board_info(){ /*Provide bus_num*/} < -- +
|
pxa2xx_spi_probe() |
{ |
devm_spi_register_controller() |
{ |
spi_register_controller() |
{ |
spi_match_controller_to_boardinfo() |
{ < --- +
/**
* controller 的 bus_num 与
* regist 的 spi_board_info
* 中的 bus_num 一致则执行
* spi_new_device()
* 并在 /sys 目录下创建节点。
*/
}
}
}
}
```
spi_board_info 只是描述了有哪些板级 SPI 从设备存在，并没有真正的驱动这些设备。从设备的驱动是由 SPI 驱动来完成的。以 spidev 为例，看下它的框架就知道了：
```cpp
/**
* File operation.
*/
static ssize_t spidev_write(...) {...}
static ssize_t spidev_read(...) {...}
static long spidev_ioctl(...) {...}
static int spidev_open(...) {...}
static int spidev_release(...) {...}
static const struct file_operations spidev_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.write = spidev_write,
.read = spidev_read,
.unlocked_ioctl = spidev_ioctl,
.open = spidev_open,
.release = spidev_release,
...
};
/**
* Probe and remove.
*/
static int spidev_probe(struct spi_device *spi)
{
...
// 形成上文说的 /dev/spidev< 总线号 > .< 子设备号 / 片选序号 > 文件.
dev = device_create(spidev_class, & spi->dev, spidev->devt,
spidev, "spidev%d.%d",
spi->master->bus_num, spi->chip_select);
...
}
static int spidev_remove(...) {...}
static struct spi_driver spidev_spi_driver = {
.driver = {
// 通过 name 来匹配.
.name = "spidev",
// 通过 Device Tree 来匹配.
.of_match_table = of_match_ptr(spidev_dt_ids),
// 通过 ACPI 表来匹配.
.acpi_match_table = ACPI_PTR(spidev_acpi_ids),
},
.probe = spidev_probe,
.remove = spidev_remove,
};
/**
* Init and deinit.
*/
static int __init spidev_init(void)
{
...
// 注册字符设备
register_chrdev(SPIDEV_MAJOR, "spi", &spidev_fops);
class_create(THIS_MODULE, "spidev");
spi_register_driver(&spidev_spi_driver);
...
}
module_init(spidev_init);
static void __exit spidev_exit(void)
{
...
spi_unregister_driver(&spidev_spi_driver);
class_destroy(spidev_class);
unregister_chrdev(SPIDEV_MAJOR, spidev_spi_driver.driver.name);
...
}
module_exit(spidev_exit);
```
代码首先注册了 File Operation 方法，在 init 中注册字符设备和 SPI 驱动，当触发 Probe 程序后，创建设备，并在 /dev 目录下形成设备节点。
通过 spi_driver 结构体可以看出，当 spidev 设备注册后，会通过三种方式匹配从而触发自身的 Probe 过程。这三种方式分别是 Device Tree、ACPI 表和 Name。对于 Platform 设备而言，当其 spi_board_info 中的 modalias 属性与 spi_driver 中的 name 属性一致时，就会触发。
下面具体看下 spi_board_info 的结构，注意每个成员后面的注释：
```cpp
struct spi_board_info {
char modalias[SPI_NAME_SIZE]; // 用于与 SPI 从设备驱动匹配，触发其 Probe 过程.
const void *platform_data;
const struct property_entry *properties;
void *controller_data;
int irq;
u32 max_speed_hz;
u16 bus_num; // 用于与 SPI 控制器中的 bus num 匹配，对应 spidev< 总线号 > .< 子设备号 / 片选序号 > 中的 总线号.
u16 chip_select; // 指定片选序号，将作为 spidev< 总线号 > .< 子设备号 / 片选序号 > 中的 子设备号/片选序号.
u16 mode; // SPI 有四种模式，见下图，具体参考 SPI 协议相关资料.
};
```
## SPI 核心层
有了 SPI 总线控制器驱动和 SPI 从设备驱动，
## 总结
最后晒一张来自网友的大图（来源见图中水印），系统总结了 SPI 子系统的 Probe 过程和各部分的功能：
## 参考资料
1. [linux设备模型之spi子系统 ](https://www.cnblogs.com/gdt-a20/archive/2011/05/22/2291983.html )
2. [PXA2xx SPI on SSP driver HOWTO ](https://www.mjmwired.net/kernel/Documentation/spi/pxa2xx )
3. [Linux设备驱动剖析之SPI（ ） ](https://www.cnblogs.com/lknlfy/p/3265019.html )
4. [Linux设备驱动剖析之SPI（ ） ](https://www.cnblogs.com/lknlfy/p/3265031.html )
5. [Linux设备驱动剖析之SPI（ ） ](https://www.cnblogs.com/lknlfy/p/3265054.html )
