Linux驱动分析之SPI驱动架构

简介: Linux驱动分析之SPI驱动架构

 SPI体系结构

主要由三部分组成:

(1) SPI核心

(2) SPI控制器驱动

(3) SPI设备驱动

基本和I2C的架构差不多

重要结构体

内核版本:3.7.6

    • spi_master
    //SPI控制器structspi_master {
    structdevicedev;
    structlist_headlist; //控制器链表//控制器对应的SPI总线号 SPI-2 对应bus_num= 2s16bus_num;
    u16num_chipselect;//控制器支持的片选数量,即能支持多少个spi设备 u16dma_alignment;//DMA缓冲区对齐方式u16mode_bits;// mode标志/* other constraints relevant to this driver */u16flags;
    #define SPI_MASTER_HALF_DUPLEX  BIT(0)  /* can't do full duplex */#define SPI_MASTER_NO_RX  BIT(1)    /* can't do buffer read */#define SPI_MASTER_NO_TX  BIT(2)    /* can't do buffer write */// 并发同步时使用spinlock_tbus_lock_spinlock;
    structmutexbus_lock_mutex;
    /* flag indicating that the SPI bus is locked for exclusive use */boolbus_lock_flag;
    //设置SPI mode和时钟, 在spi_add_device中调用int      (*setup)(structspi_device*spi);
    //传输数据函数, 实现数据的双向传输int      (*transfer)(structspi_device*spi,
    structspi_message*mesg);
    //注销时回调void      (*cleanup)(structspi_device*spi);
    /** These hooks are for drivers that want to use the generic* master transfer queueing mechanism. If these are used, the* transfer() function above must NOT be specified by the driver.* Over time we expect SPI drivers to be phased over to this API.*/boolqueued;
    structkthread_workerkworker;
    structtask_struct*kworker_task;
    structkthread_workpump_messages;
    spinlock_tqueue_lock;
    structlist_headqueue;
    structspi_message*cur_msg;
    boolbusy;
    boolrunning;
    boolrt;
    int (*prepare_transfer_hardware)(structspi_master*master);
    int (*transfer_one_message)(structspi_master*master,
    structspi_message*mesg);
    int (*unprepare_transfer_hardware)(structspi_master*master);
    }

    image.gif

      • spi_driver
      //SPI驱动,和platform_driver,i2c_driver类似structspi_driver {
      conststructspi_device_id*id_table;
      int  (*probe)(structspi_device*spi);
      int  (*remove)(structspi_device*spi);
      void  (*shutdown)(structspi_device*spi);
      int  (*suspend)(structspi_device*spi, pm_message_tmesg);
      int  (*resume)(structspi_device*spi);
      structdevice_driverdriver;
      };

      image.gif

        • spi_device
        //SPI 设备structspi_device {
        structdevicedev;
        structspi_master*master; //指向SPI控制器u32max_speed_hz; //最大速率u8chip_select; //片选u8mode; //SPI设备模式,使用下面的宏#define  SPI_CPHA  0x01      /* clock phase */#define  SPI_CPOL  0x02      /* clock polarity */#define  SPI_MODE_0  (0|0)      /* (original MicroWire) */#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      /* chipselect active high? */#define  SPI_LSB_FIRST  0x08      /* per-word bits-on-wire */#define  SPI_3WIRE  0x10      /* SI/SO signals shared */#define  SPI_LOOP  0x20      /* loopback mode */#define  SPI_NO_CS  0x40      /* 1 dev/bus, no chipselect */#define  SPI_READY  0x80      /* slave pulls low to pause */u8bits_per_word;
        intirq;
        void*controller_state; //控制器运行状态void*controller_data; //特定板子为控制器定义的数据charmodalias[SPI_NAME_SIZE];
        };

        image.gif

          • spi_message
          //SPI传输数据结构体structspi_message {
          structlist_headtransfers; // spi_transfer链表头structspi_device*spi; //spi设备unsignedis_dma_mapped:1;
          //发送完成回调void      (*complete)(void*context);
          void*context;
          unsignedactual_length;
          intstatus;
          /* for optional use by whatever driver currently owns the* spi_message ...  between calls to spi_async and then later* complete(), that's the spi_master controller driver.*/structlist_headqueue;
          void*state;
          };

          image.gif

            • spi_transfer
            // 该结构体是spi_message下的子单元,structspi_transfer {
            constvoid*tx_buf;// 发送的数据缓存区void*rx_buf;// 接收的数据缓存区unsignedlen;
            dma_addr_ttx_dma; //tx_buf的DMA地址dma_addr_trx_dma; //rx_buf的DMA地址unsignedcs_change:1;
            u8bits_per_word;
            u16delay_usecs;
            u32speed_hz;
            structlist_headtransfer_list;
            };

            image.gif

            总结上面结构体关系:

            1. spi_driver和spi_device

            spi_driver对应一套驱动方法,包含probe,remove等方法。spi_device对应真实的物理设备,每个spi设备都需要一个spi_device来描述。spi_driver与spi_device是一对多的关系,一个spi_driver上可以支持多个同类型的spi_device。


            2. spi_master和spi_device

            spi_master 与 spi_device 的关系和硬件上控制器与设备的关系一致,即spi_device依附于spi_master。


            3. spi_message和spi_transfer

            spi传输数据是以 spi_message 为单位的,我们需要传输的内容在 spi_transfer 中。spi_transfer是spi_message的子单元。

            1 . 将本次需要传输的 spi_transfer 以 spi_transfer->transfer_list 为链表项,连接成一个transfer_list链表,挂接在本次传输的spi_message spi_message->transfers链表下。

            2 . 将所有等待传输的 spi_message 以 spi_message->queue 为链表项,连接成个链表挂接在queue下。

            image.gif


            API函数

            //分配一个spi_masterstructspi_master*spi_alloc_master(structdevice*dev, unsignedsize)
            //注册和注销spi_masterintspi_register_master(structspi_master*master)
            voidspi_unregister_master(structspi_master*master)
            //注册和注销spi_driverintspi_register_driver(structspi_driver*sdrv)
            voidspi_unregister_driver(structspi_driver*sdrv)
            //初始化spi_messagevoidspi_message_init(structspi_message*m)
            //向spi_message添加transfersvoidspi_message_add_tail(structspi_transfer*t, structspi_message*m)
            //异步发送spi_messageintspi_async(structspi_device*spi, structspi_message*message)
            //同步发送spi_messageintspi_sync(structspi_device*spi, structspi_message*message)
            //spi同步写(封装了上面的函数)intspi_write(structspi_device*spi, constvoid*buf, size_tlen)
            //spi同步读(封装了上面的函数)intspi_read(structspi_device*spi, void*buf, size_tlen)
            //同步写并读取(封装了上面的函数)intspi_write_then_read(structspi_device*spi,
            constvoid*txbuf, unsignedn_tx,
            void*rxbuf, unsignedn_rx)

            image.gif

               使用spi_async()需要注意的是,在complete未返回前不要轻易访问你一提交的spi_transfer中的buffer。也不能释放SPI系统正在使用的buffer。一旦你的complete返回了,这些buffer就又是你的了。

               spi_sync是同步的,spi_sync提交完spi_message后不会立即返回,会一直等待其被处理。一旦返回就可以重新使用buffer了。spi_sync()调用了spi_async(),并休眠直至complete返回。

               上面的传输函数最终都是调用spi_master的transfer()函数。


            总结

               SPI的架构和之前的I2C的结构基本差不多,我们会发现其实驱动中大量的结构体都是对参数和数据的封装。站在宏观的角度看,就是填充结构体,调用函数注册或发送。

               上面是对Linux中SPI相关架构的分析,后面依然会拿出一些相对应的驱动来进行具体分析。希望能做到理论和实践相结合!


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