SPI驅動及裝置節點使用講解
轉載於：http://blog.csdn.net/yuanlulu/article/details/6320740
1． spi_device
雖然使用者空間不需要直接用到spi_device結構體，但是這個結構體和使用者空間的程式有密切的關係，理解它的成員有助於理解SPI裝置節點的IOCTL命令，所以首先來介紹它。
在核心中，每個spi_device代表一個物理的SPI裝置。它的成員如程式清單 1.1所示。
程式清單 1.1 spi_device
struct spi_device {
structdevice dev;
structspi_master *master;
u32 max_speed_hz; /* 通訊時鐘最大頻率 */
u8 chip_select; /* 片選號 */
u8 mode; /*SPI裝置的模式，下面的巨集是它各bit的含義 */
#define SPI_CPHA 0x01 /* 取樣的時鐘相位 */
#define SPI_CPOL 0x02 /* 時鐘訊號起始相位：高或者是低電平 */
#define SPI_MODE_0 (0|0)
#define SPI_MODE_1 (0|SPI_CPHA)
#define SPI_MODE_2 (SPI_CPOL|0)
#define SPI_MODE_3 (SPI_CPOL|SPI_CPHA)
#define SPI_CS_HIGH 0x04 /* 為1時片選的有效訊號是高電平 */
#define SPI_LSB_FIRST 0x08 /* 傳送時低位元在前 */
#define SPI_3WIRE 0x10 /* 輸入輸出訊號使用同一根訊號線 */
#define SPI_LOOP 0x20 /* 迴環模式 */
u8 bits_per_word; /* 每個通訊字的字長（位元數） */
int irq; /*使用到的中斷 */
void *controller_state;
void *controller_data;
char modalias[32]; /* 裝置驅動的名字 */
};
由於一個SPI總線上可以有多個SPI裝置，因此需要片選號來區分它們，SPI控制器根據片選號來選擇不同的片選線，從而實現每次只同一個裝置通訊。
spi_device的mode成員有兩個位元位含義很重要。SPI_CPHA選擇對資料線取樣的時機，0選擇每個時鐘週期的第一個沿跳變時取樣資料，1選擇第二個時鐘沿取樣資料；SPI_CPOL選擇每個時鐘週期開始的極性，0表示時鐘以低電平開始，1選擇高電平開始。這兩個位元有四種組合，對應SPI_MODE_0～SPI_MODE_3。
另一個比較重要的成員是bits_per_word。這個成員指定每次讀寫的字長，單位是位元。雖然大部分SPI介面的字長是8或者16，仍然會有一些特殊的例子。需要說明的是，如果這個成員為零的話，預設使用8作為字長。
最後一個成員並不是裝置的名字，而是需要繫結的驅動的名字。
2． spi_ioc_transfer
在使用者使用裝置節點的IOCTL命令傳輸資料的時候，需要用到 spi_ioc_transfer結構體，它的成員如程式清單 1.2所示。
程式清單 1.2 spi_ioc_transfer
struct spi_ioc_transfer {
__u64 tx_buf; /* 寫資料緩衝 */
__u64 rx_buf; /* 讀資料緩衝 */
__u32 len; /* 緩衝的長度 */
__u32 speed_hz; /* 通訊的時鐘頻率 */
__u16 delay_usecs; /* 兩個spi_ioc_transfer之間的延時 */
__u8 bits_per_word; /* 字長（位元數） */
__u8 cs_change; /* 是否改變片選 */
__u32 pad;
};
每個 spi_ioc_transfer都可以包含讀和寫的請求，其中讀和寫的長度必須相等。所以成員len不是tx_buf和rx_buf緩衝的長度之和，而是它們各自的長度。SPI控制器驅動會先將tx_buf寫到SPI總線上，然後再讀取len長度的內容到rx_buf。如果只想進行一個方向的傳輸，把另一個方向的緩衝置為0就可以了。
speed_hz和bits_per_word這兩個成員可以為每次通訊配置不同的通訊速率（必須小於spi_device的max_speed_hz）和字長，如果它們為0的話就會使用spi_device中的配置。
delay_usecs可以指定兩個spi_ioc_transfer之間的延時，單位是微妙。一般不用定義。
cs_change指定這個cs_change結束之後是否需要改變片選線。一般針對同一裝置的連續的幾個spi_ioc_transfer，只有最後一個需要將這個成員置位。這樣省去了來回改變片選線的時間，有助於提高通訊速率。
為了在使用者空間獲得和SPI裝置直接通訊的裝置節點，必須有兩個條件要滿足：首先要有SPI控制器驅動，其次是要在核心初始化的時候註冊一個spi_board_info，它的modalias成員必須為“spidev”。有了這兩個條件，就可以和SPI裝置進行通訊了。控制器的驅動一般由晶片廠家提供，開發者只需提供第二個條件。
spi_board_info的定義如程式清單 1.3所示。
程式清單 1.3 struct spi_board_info
struct spi_board_info {
char modalias[32]; /* 要繫結的驅動的名字 */
constvoid *platform_data;
void *controller_data;
int irq;
u32 max_speed_hz; /* 通訊時鐘最大速率 */
u16 bus_num; /* 匯流排編號 */
u16 chip_select; /* 片選號 */
u8 mode; /* 和spi_device中的mode成員類似 */
};
要了解這個結構體各個成員的意義請參考程式清單 1.1。
定義並註冊structspi_board_info的位置一般是核心的arch/xxx/mach-xxxx/board-xxxx.c，比如3250的核心，這個檔案是arch/arm/mach-lpc32xx/board-smartarm3250.c。定義並註冊struct spi_board_info的程式碼如程式清單 1.4所示。
程式清單 1.4 定義並註冊spi_board_info
static int __init smartarm3250_spi_usp_register(void)
{
structspi_board_info info =
{
.modalias= "spidev",
.max_speed_hz= 5000000,
.bus_num= 0,
.chip_select= 0,
};
returnspi_register_board_info(&info, 1);
}
arch_initcall(smartarm3250_spi_usp_register);
由於3250核心程式碼在arch/arm/mach-lpc32xx/board-smartarm3250.c已經定義了一個smartarm3250_spi_eeprom_register函式，因此在增加程式清單 1.4程式碼前先將這個函式註釋掉。
程式清單 1.4註冊了一個掛在0號SPI總線上的裝置資訊，它的片選號為0。增加完這段程式碼後將核心重新編譯。在核心啟動的時候，會為這個裝置建立一個spi_device並和0號SPI匯流排的驅動進行繫結。同時核心會為這個裝置申請一個主裝置號為153的的裝置號，次裝置號和註冊的順序有關，最多支援32個同類裝置。
核心重新編譯並重啟之後，如果系統中運行了udev，/dev下就會生成一個spidevX.D裝置節點，其中X是匯流排編號，D是片選號。對於程式清單 1.4的程式碼應該自動生成的裝置節點是spidev0.0。
一般SPI控制器驅動由晶片廠商提供，開發者所要在核心做的工作就是新增類似程式清單 1.4的內容。這樣核心空間的工作減少了，使用者空間的工作量加大了，因為使用者空間的開發者需要全面瞭解SPI裝置的工作方式和介面協議。
對於/dev/spidevX.D裝置節點，可以進行各種操作，這一小節介紹它支援的函式介面。
1． open/close
開啟和關閉裝置節點沒有特別之處，直接使用open/write就可以了。
2． read/write
讀寫SPI裝置可以直接使用read/write函式，但是每次讀或者寫的大小不能大於4096Byte。
3． IOCTL命令
使用者空間對spidev裝置節點使用IOCTL命令失敗會返回-1。
l SPI_IOC_RD_MODE
讀取SPI裝置對應的spi_device.mode，mode的含義請參考程式清單 1.1。使用的方法如下：
ioctl(fd,SPI_IOC_RD_MODE, &mode);
其中第三個引數是一個uint8_t型別的變數。
l SPI_IOC_WR_MODE
設定SPI裝置對應的spi_device.mode。使用的方式如下：
ioctl(fd,SPI_IOC_WR_MODE, &mode);
l SPI_IOC_RD_LSB_FIRST
檢視裝置傳輸的時候是否先傳輸低位元位。如果是的話，返回1。使用的方式如下：
ioctl(fd,SPI_IOC_RD_LSB_FIRST, &lsb);
其中lsb是一個uint8_t型別的變數。返回的結果存在lsb中。
l SPI_IOC_WR_LSB_FIRST
設定裝置傳輸的時候是否先傳輸低位元位。當傳入非零的時候，低位元在前，當傳入0的時候高位元在前（預設）。使用的方式如下：
ioctl(fd,SPI_IOC_WR_LSB_FIRST, &lsb);
l SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD
讀取SPI裝置的字長。使用的方式如下：
ioctl(fd,SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD, &bits);
其中bits是一個uibt8_t型別的變數。返回的結果儲存在bits中。
l SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD
設定SPI通訊的字長。使用的方式如下：
ioctl(fd,SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits);
l SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ
讀取SPI裝置的通訊的最大時鐘頻率。使用的方式如下：
ioctl(fd,SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ, &speed);
其中speed是一個uint32_t型別的變數。返回的結果儲存在speed中。
l SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ
設定SPI裝置的通訊的最大時鐘頻率。使用的方式如下：
ioctl(fd,SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed);
l SPI_IOC_MESSAGE(N)
一次進行雙向/多次讀寫操作。使用的方式如下：
structspi_ioc_transfer xfer[2];
......
status= ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(2), xfer);
其中N是本次通訊中xfer的陣列長度。spi_ioc_transfer的資訊請參考程式清單 1.2。
/************************************************************************************/
如果想要在使用者空間編寫spi驅動，這就要在核心的arch/.../mach-*/board-*.c 中宣告一個spi_board_info,
它的名字一定要是“spidev”，比如：
struct spi_board_info info =
{
.modalias = "spidev",
.max_speed_hz = 5000000,
.bus_num = 0,
.chip_select = 0,
};
return spi_register_board_info(&info, 1);
這樣只要控制器驅動載入了，spidev模組就會和這個裝置繫結，併為裝置申請一個裝置號，主裝置號為153，次裝置號和裝置載入的次序有關。
目前spidev支援最多32個裝置。裝置的名字是spidevX.D，其中X是匯流排編號，D是裝置的片選號。如果正確安裝並配置了udev，/dev目錄下便會生成spidevX.D
裝置節點。直接對這些裝置節點操作就行了。
spidev的裝置節點的介面包括open/close/read/write/ioctl。
～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～
其中open/close沒有什麼特別之處。
read/write的話有大小的限制，讀寫的大小預設不能超過4096位元組。這個大小是一個模組載入引數，可以修改。
允許多個使用者同時開啟裝置節點，spidev使用mutext進行互斥，多個使用者同時讀寫時只有一個活動的使用者，其他使用者睡眠。
spidev的ioctl命令。
～～～～～～～～
SPI_IOC_RD_MODE：讀取spi_device的mode。
SPI_IOC_RD_LSB_FIRST：如果是SPI_LSB_FIRST的方式則返回1。
SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD：讀取spi_device的bits_per_word.
SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ:讀取spi_device的max_speed_hz.
SPI_IOC_WR_MODE:設定spi_device的mode，並呼叫spi_setup立即使設定生效。
SPI_IOC_WR_LSB_FIRST：設定spi使用SPI_LSB_FIRST的傳輸模式。立即生效。
SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD：讀取字長。
SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ：設定時鐘速率。
無論讀取，使用者傳輸的第三個引數都被當作緩衝地址指標。讀取時存放結果，寫入時存放要寫的內容。
SPI_IOC_MESSAGE：這個命令用來進行復雜的通訊。引數涉及到一個結構體。各個成員的意義與spi_transfer一致。
struct spi_ioc_transfer {
__u64 tx_buf;
__u64 rx_buf;
__u32 len;
__u32 speed_hz;
__u16 delay_usecs;
__u8 bits_per_word;
__u8 cs_change;
__u32 pad;
/* If the contents of 'struct spi_ioc_transfer' ever change
* incompatibly, then the ioctl number (currently 0) must change;
* ioctls with constant size fields get a bit more in the way of
* error checking than ones (like this) where that field varies.
*
* NOTE: struct layout is the same in 64bit and 32bit userspace.
*/
};
核心文件中一個例子：
- staticvoid do_msg(int fd, int len)
- {
- struct spi_ioc_transfer xfer[2];
- unsigned char buf[32], *bp;
- int status;
- memset(xfer, 0, sizeof xfer);
- memset(buf, 0, sizeof buf);
- if (len > sizeof buf)
- len = sizeof buf;
- buf[0] = 0xaa;
- xfer[0].tx_buf = (__u64) buf;
- xfer[0].len = 1;
- xfer[1].rx_buf = (__u64) buf;
- xfer[1].len = len;
- status = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(2), xfer);
- if (status < 0) {
- perror("SPI_IOC_MESSAGE");
- return;
- }
- printf("response(%2d, %2d): ", len, status);
- for (bp = buf; len; len--)
- printf(" %02x", *bp++);
- printf("/n");
- }
核心在documentation/spi目錄下有spidev的例子。
注意
～～～～
雖然多個使用者不能同一時刻對spi進行設定或讀寫，但是同一使用者卻無法組織其他使用者修改同一裝置的設定。
舉例來說，usr1開啟裝置節點，然後使用ioctl設定了時鐘速率，此時usr1執行緒被排程出去，然後usr2操作同一個裝置，將它的時鐘設為另一個值。
此時usr1重新排程去使用read函式，則達不到預期的效果。
建議不要有兩個程式操作spidevX.D裝置節點。