Linux芯片驱动之SPI Controller

Linux芯片驱动之SPI Controller

针对一款新的芯片,芯片厂商如何基于Linux编写对应的 SPI controller 驱动?

我们先看看 Linux SPI 的整体框架:

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可以看到,最底层是硬件层,对应芯片内部 SPI controller 和 挂在 SPI 总线上的外部设备;中间层是内核层,对应 SPI 驱动;最顶层是用户空间的应用程序。

位于内核层的 SPI 驱动,Linux kernel 抽象出了 spi core,屏蔽掉各厂商 spi controller 的差异,对上为 spi device driver 提供统一接口,对下为各芯片厂商实现 spi controller driver 接入spi core 提供统一接口。

为了用户空间应用程序能直接操作 spi,kernel 除了抽象出 spi core,还实现了 spidev 程序spidev 主要有两部分构成:虚拟的 spi 设备驱动 + 字符设备,前者利用 spi core 提供的接口操作 spi,后者提供 read/write/ioctl 接口给用户空间。

与 spidev 同一层的 specific spi device driver,指的是各个 spi 外设在内核空间实现的驱动程序,也是利用 spi core 提供的接口操作 spi。也就是说,如果要在用户空间驱动 spi 外设,那可以使用 spidev 提供的接口;如果是在内核空间驱动 spi 外设,那就无需用到 spidev,直接在内核空间编写驱动即可。

 

作为芯片厂商,如果芯片内置了 spi controller,那么就需要实现 spi contorller driver。结合某芯片平台示例,编写 spi controller driver 的主要步骤如下:

1、定义 platform device 和 platform driver,并注册到 platform。

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2、定义 spi_controller(又称 spi_master) 并注册到 spi core。下图代码经过精简。如红色箭头所示,1是分配一个 spi_controller(spi_master) 实例,2是定义 controller 的一些属性和函数操作,3是注册到 spi core 中。

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3、实现 spi_controller 的 ops (operations)。

最关键的 operations 有两个,如上图中红色箭头2所示,set_cs 函数和 transfer_one 函数。set_cs 是操作 spi cs 脚;transfer_one 是操作 spi controller 完成一次 spi transfer。什么是 spi transfer?spi transfer 和 spi message 是 spi core 定义的概念,spi transfer 简单地说就是一次spi读或者写的操作,而一个 spi message 可由一个或者多个 spi transfer 组成。spi transfer 不控制 spi cs脚,而 spi message 控制 spi cs 脚。

下图是set_cs的实现,可以看到有操作芯片 spi controller 的 IO_CONTROL 寄存器的 CS 位。

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下图是transfer_one的实现。红色箭头处,就是调用实际 spi 传输的函数,而且区分了DMA和非DMA两种情况。这两个函数的具体实现,与该芯片平台 spi controller 的设计紧密相关,相关操作逻辑和寄存器定义需要查阅芯片Spec。

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