本文主要有两个大的模块：一个是SPI总线驱动的分析 (研究了具体实现的过程)；
另一个是SPI总线驱动的编写（不用研究具体的实现过程）。
1 SPI概述
SPI是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口，是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便。
SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要4根线，事实上3根也可以。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI(数据输入)，SDO(数据输出)，SCLK(时钟)，CS(片选)。
MOSI(SDO)：主器件数据输出，从器件数据输入。
MISO(SDI)：主器件数据输入，从器件数据输出。
SCLK ：时钟信号，由主器件产生。
CS：从器件使能信号，由主器件控制。
其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效，这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。需要注意的是，在具体的应用中，当一条SPI总线上连接有多个设备时，SPI本身的CS有可能被其他的GPIO脚代替，即每个设备的CS脚被连接到处理器端不同的GPIO，通过操作不同的GPIO口来控制具体的需要操作的SPI设备，减少各个SPI设备间的干扰。
SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位从MSB或者LSB开始传输的，这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，MISO、MOSI则基于此脉冲完成数据传输。 SPI支持4-32bits的串行数据传输，支持MSB和LSB，每次数据传输时当从设备的大小端发生变化时需要重新设置SPI Master的大小端。
2 Linux SPI驱动总体架构
在2.6的linux内核中，SPI的驱动架构可以分为如下三个层次：SPI 核心层、SPI控制器驱动层和SPI设备驱动层。
Linux 中SPI驱动代码位于drivers/spi目录。
2.1 SPI核心层
SPI核心层是Linux的SPI核心部分，提供了核心数据结构的定义、SPI控制器驱动和设备驱动的注册、注销管理等API。其为硬件平台无关层，向下屏蔽了物理总线控制器的差异，定义了统一的访问策略和接口；其向上提供了统一的接口，以便SPI设备驱动通过总线控制器进行数据收发。
Linux中，SPI核心层的代码位于driver/spi/ spi.c。由于该层是平台无关层，本文将不再叙述，有兴趣可以查阅相关资料。
2.2 SPI控制器驱动层
SPI控制器驱动层，每种处理器平台都有自己的控制器驱动，属于平台移植相关层。它的职责是为系统中每条SPI总线实现相应的读写方法。在物理上，每个SPI控制器可以连接若干个SPI从设备。
在系统开机时，SPI控制器驱动被首先装载。一个控制器驱动用于支持一条特定的SPI总线的读写。一个控制器驱动可以用数据结构struct spi_master来描述。
在include/liunx/spi/spi.h文件中，在数据结构struct spi_master定义如下：
struct spi_master {
struct device dev;
s16 bus_num;
u16 num_chipselect;
int (*setup)(struct spi_device *spi);
int (*transfer)(struct spi_device *spi, struct spi_message *mesg);
void (*cleanup)(struct spi_device *spi);
};
bus_num为该控制器对应的SPI总线号。
num_chipselect 控制器支持的片选数量，即能支持多少个spi设备
setup函数是设置SPI总线的模式，时钟等的初始化函数， 针对设备设置SPI的工作时钟及数据传输模式等。在spi_add_device函数中调用。
transfer函数是实现SPI总线读写方法的函数。实现数据的双向传输，可能会睡眠
cleanup注销时候调用
2.3 SPI设备驱动层
SPI设备驱动层为用户接口层，其为用户提供了通过SPI总线访问具体设备的接口。
SPI设备驱动层可以用两个模块来描述，structspi_driver和struct spi_device。
相关的数据结构如下：
struct spi_driver {
int (*probe)(struct spi_device *spi);
int (*remove)(struct spi_device *spi);
void (*shutdown)(struct spi_device *spi);
int (*suspend)(struct spi_device *spi, pm_message_t mesg);
int (*resume)(struct spi_device *spi);
struct device_driver driver;
};
Driver是为device服务的，spi_driver注册时会扫描SPI bus上的设备，进行驱动和设备的绑定，probe函数用于驱动和设备匹配时被调用。从上面的结构体注释中我们可以知道，SPI的通信是通过消息队列机制，而不是像I2C那样通过与从设备进行对话的方式。
struct spi_device {
struct device dev;
struct spi_master *master;
u32 max_speed_hz;
u8 chip_select;
u8 mode;
u8 bits_per_word;
int irq;
void *controller_state;
void *controller_data;
char modalias[32];
};
.modalias = "m25p10",
.mode =SPI_MODE_0, //CPOL=0, CPHA=0 此处选择具体数据传输模式
.max_speed_hz = 10000000, //最大的spi时钟频率
/* Connected to SPI-0 as 1st Slave */
.bus_num = 0, //设备连接在spi控制器0上
.chip_select = 0, //片选线号，在S5PC100的控制器驱动中没有使用它作为片选的依据，而是选择了下文controller_data里的方法。
.controller_data = &smdk_spi0_csi[0],
通常来说spi_device对应着SPI总线上某个特定的slave。并且spi_device封装了一个spi_master结构体。spi_device结构体包含了私有的特定的slave设备特性，包括它最大的频率，片选那个，输入输出模式等等
3 OMAP3630 SPI控制器
OMAP3630上SPI是一个主/从的同步串行总线，这边有4个独立的SPI模块(SPI1，SPI2，SPI3，SPI4)，各个模块之间的区别在于SPI1支持多达4个SPI设备，SPI2和SPI3支持2个SPI设备，而SPI4只支持1个SPI设备。
SPI控制器具有以下特征：
1.可编程的串行时钟，包括频率，相位，极性。
2.支持4到32位数据传输
3.支持4通道或者单通道的从模式
4.支持主的多通道模式
4.1全双工/半双工
4.2只发送/只接收/收发都支持模式
4.3灵活的I/O端口控制
4.4每个通道都支持DMA读写
5.支持多个中断源的中断时间
6.支持wake-up的电源管理
7.内置64字节的FIFO
4 spi_device以下一系列的操作是在platform板文件中完成！
spi_device的板信息用spi_board_info结构体来描述：
struct spi_board_info {
charmodalias[SPI_NAME_SIZE];
const void*platform_data;
void*controller_data;
intirq;
u32max_speed_hz;
u16bus_num;
u16chip_select;
u8mode;
};
这个结构体记录了SPI外设使用的主机控制器序号、片选信号、数据比特率、SPI传输方式等构建的操作是以下的两个步骤：
1.spi_device就构建并注册
static struct spi_board_info s3c_spi_devs[] __initdata = {
{
.modalias = "m25p10a",
.mode = SPI_MODE_0,
.max_speed_hz = 1000000,
.bus_num = 0,
.chip_select = 0,
.controller_data = &smdk_spi0_csi[SMDK_MMCSPI_CS],
},
};
2.
而这个info在init函数调用的时候会初始化：
spi_register_board_info(s3c_spi_devs,ARRAY_SIZE(s3c_spi_devs));
在板文件中添加spi_board_info，并在板文件的init函数中调用
spi_register_board_info(s3c_spi_devs,ARRAY_SIZE(s3c_spi_devs));//注册spi_board_info。这个代码会把spi_board_info注册到链表board_list上。spi_device封装了一个spi_master结构体，事实上spi_master的注册会在spi_register_board_info之后，spi_master注册的过程中会调用scan_boardinfo扫描board_list，找到挂接在它上面的spi设备，然后创建并注册spi_device。
至此spi_device就构建并注册完成了！！！！！！！！！！！！！
5 spi_driver的构建与注册
driver有几个重要的结构体：spi_driver、spi_transfer、spi_message
driver有几个重要的函数 ：spi_message_init、spi_message_add_tail、spi_sync
（1） spi_driver的构建
static struct spi_driver m25p80_driver = {
.driver = {
.name ="m25p80",
.bus =&spi_bus_type,
.owner = THIS_MODULE,
},
.probe = m25p_probe,
.remove =__devexit_p(m25p_remove),
};
（2）spi_driver的注册
spi_register_driver(&m25p80_driver);//在有匹配的spi_device时，会调用m25p_probe
（3）实现probe操作
probe里完成了spi_transfer、spi_message的构建；
spi_message_init、spi_message_add_tail、spi_sync、spi_write_then_read函数的调用。
spi_transfer(里面集成了数据buf空间地址等信息)
spi_message（是spi_transfer的集合）的构建）
spi_message_init（初始化spi_message）
spi_message_add_tail（将新的spi_transfer添加到spi_message队列尾部）
spi_sync函数的调用（调用spi_master发送spi_message）
spi_write_then_read（先写后读）
例如：
struct spi_transfer st={
…………
};//填充spi_transfer
struct spi_message meg；//定义message
spi_init_message(&meg)；//初始化meg
spi_message_add_tail(&st,&meg);//将st放在message队列尾部
Spi_sync(spi_device,&meg);//将message与spi_device关联，发送meg
static int m25p10a_read( struct m25p10a *flash, loff_t from,
size_t len, char *buf )
{
int r_count = 0, i;
struct spi_transfer st[2];
struct spi_message msg;
spi_message_init( &msg );
memset( st, 0, sizeof(st) );
flash->cmd[0] = CMD_READ_BYTES;
flash->cmd[1] = from >> 16;
flash->cmd[2] = from >> 8;
flash->cmd[3] = from;
st[ 0 ].tx_buf = flash->cmd;
st[ 0 ].len = CMD_SZ;
spi_message_add_tail( &st[0], &msg );
st[ 1 ].rx_buf = buf;
st[ 1 ].len = len;
spi_message_add_tail( &st[1], &msg );
mutex_lock( &flash->lock );
/* Wait until finished previous write command. */
if (wait_till_ready(flash)) {
mutex_unlock( &flash->lock );
return -1;
}
spi_sync( flash->spi, &msg );
r_count = msg.actual_length - CMD_SZ;
printk( "in (%s): read %d bytes\n", __func__, r_count );
for( i = 0; i < r_count; i++ ) {
printk( "0x%02x\n", buf[ i ] );
}
mutex_unlock( &flash->lock );
return 0;
}
static int m25p10a_write( struct m25p10a *flash, loff_t to,
size_t len, const char *buf )
{
int w_count = 0, i, page_offset;
struct spi_transfer st[2];
struct spi_message msg;
write_enable( flash ); //写使能
spi_message_init( &msg );
memset( st, 0, sizeof(st) );
flash->cmd[0] = CMD_PAGE_PROGRAM;
flash->cmd[1] = to >> 16;
flash->cmd[2] = to >> 8;
flash->cmd[3] = to;
st[ 0 ].tx_buf = flash->cmd;
st[ 0 ].len = CMD_SZ;
//填充spi_transfer，将transfer放在队列后面
spi_message_add_tail( &st[0], &msg );
st[ 1 ].tx_buf = buf;
st[ 1 ].len = len;
spi_message_add_tail( &st[1], &msg );
spi_sync( flash->spi, &msg ); 调用spi_master发送spi_message
return 0;
}
static int m25p10a_probe(struct spi_device *spi)
{
int ret = 0;
struct m25p10a *flash;
char buf[ 256 ];
flash = kzalloc( sizeof(struct m25p10a), GFP_KERNEL );
flash->spi = spi;
/* save flash as driver's private data */
spi_set_drvdata( spi, flash );
memset( buf, 0x7, 256 );
m25p10a_write( flash, 0, 20, buf); //0地址写入20个7
memset( buf, 0, 256 );
m25p10a_read( flash, 0, 25, buf ); //0地址读出25个数
return 0;
}
到目前为止，完成了SPI的驱动和应用。
