spi應用層寫(xiě)法
加入技術(shù)交流群
【重點(diǎn)是 傳輸的靈活應用，想要每次傳輸之間沒(méi)有間隔，或者小點(diǎn)】
1.1 重要的數據結構
1． spi_device
雖然用戶(hù)空間不需要直接用到spi_device結構體，但是這個(gè)結構體和用戶(hù)空間的程序有密切的關(guān)系，理解它的成員有助于理解SPI設備節點(diǎn)的IOCTL命令，所以首先來(lái)介紹它。
在內核中，每個(gè)spi_device代表一個(gè)物理的SPI設備。它的成員如程序清單 1.1所示。
程序清單 1.1 spi_device
struct spi_device {
structdevice dev;
structspi_master *master;
u32 max_speed_hz; /* 通信時(shí)鐘最大頻率 */
u8 chip_select; /* 片選號 */
u8 mode; /*SPI設備的模式，下面的宏是它各bit的含義 */
#define SPI_CPHA 0x01 /* 采樣的時(shí)鐘相位 */
#define SPI_CPOL 0x02 /* 時(shí)鐘信號起始相位：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(shí)片選的有效信號是高電平*/
#define SPI_LSB_FIRST 0x08 /* 發(fā)送時(shí)低比特在前 */
#define SPI_3WIRE 0x10 /* 輸入輸出信號使用同一根信號線(xiàn) */
#define SPI_LOOP 0x20 /* 回環(huán)模式 */
u8 bits_per_word; /* 每個(gè)通信字的字長(cháng)（比特數） */
int irq; /*使用到的中斷 */
void *controller_state;
void *controller_data;
char modalias[32]; /* 設備驅動(dòng)的名字*/
};
由于一個(gè)SPI總線(xiàn)上可以有多個(gè)SPI設備，因此需要片選號來(lái)區分它們，SPI控制器根據片選號來(lái)選擇不同的片選線(xiàn)，從而實(shí)現每次只同一個(gè)設備通信。
spi_device的mode成員有兩個(gè)比特位含義很重要。SPI_CPHA選擇對數據線(xiàn)采樣的時(shí)機，0選擇每個(gè)時(shí)鐘周期的第一個(gè)沿跳變時(shí)采樣數據，1選擇第二個(gè)時(shí)鐘沿采樣數據；SPI_CPOL選擇每個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始的極性，0表示時(shí)鐘以低電平開(kāi)始，1選擇高電平開(kāi)始。這兩個(gè)比特有四種組合，對應SPI_MODE_0～SPI_MODE_3。
另一個(gè)比較重要的成員是bits_per_word。這個(gè)成員指定每次讀寫(xiě)的字長(cháng)，單位是比特。雖然大部分SPI接口的字長(cháng)是8或者16，仍然會(huì )有一些特殊的例子。需要說(shuō)明的是，如果這個(gè)成員為零的話(huà)，默認使用8作為字長(cháng)。
最后一個(gè)成員并不是設備的名字，而是需要綁定的驅動(dòng)的名字。
2． spi_ioc_transfer（用戶(hù)層對一些屬性消息的封裝，和內核中spi_transfer基本一樣，少了一些成員）
在用戶(hù)使用設備節點(diǎn)的IOCTL命令傳輸數據的時(shí)候，可能需要用到 spi_ioc_transfer結構體，它的成員如程序清單 1.2所示。
程序清單 1.2 spi_ioc_transfer
struct spi_ioc_transfer {
__u64 tx_buf; /* 寫(xiě)數據緩沖 */
__u64 rx_buf; /* 讀數據緩沖 */
__u32 len; /* 緩沖的長(cháng)度 */
__u32 speed_hz; /* 通信的時(shí)鐘頻率 */
__u16 delay_usecs; /* 兩個(gè)spi_ioc_transfer之間的延時(shí) */
__u8 bits_per_word; /* 字長(cháng)（比特數） */
__u8 cs_change; /* 是否改變片選 */
__u32 pad;
};
每個(gè) spi_ioc_transfer都可以包含讀和寫(xiě)的請求，其中讀和寫(xiě)的長(cháng)度必須相等。所以成員len不是tx_buf和rx_buf緩沖的長(cháng)度之和，而是它們各自的長(cháng)度。SPI控制器驅動(dòng)會(huì )先將tx_buf寫(xiě)到SPI總線(xiàn)上，然后再讀取len長(cháng)度的內容到rx_buf。如果只想進(jìn)行一個(gè)方向的傳輸，把另一個(gè)方向的緩沖置為0就可以了。
speed_hz和bits_per_word這兩個(gè)成員可以為每次通信配置不同的通信速率（必須小于spi_device的max_speed_hz）和字長(cháng)，如果它們?yōu)?的話(huà)就會(huì )使用spi_device中的配置。
delay_usecs可以指定兩個(gè)spi_ioc_transfer之間的延時(shí)，單位是微妙。一般不用定義。
cs_change指定這個(gè)cs_change結束之后是否需要改變片選線(xiàn)。一般針對同一設備的連續的幾個(gè)spi_ioc_transfer，只有最后一個(gè)需要將這個(gè)成員置位。這樣省去了來(lái)回改變片選線(xiàn)的時(shí)間，有助于提高通信速率。
1.2 獲得同SPI設備通信的設備節點(diǎn)
為了在用戶(hù)空間獲得和SPI設備直接通信的設備節點(diǎn)，必須有兩個(gè)條件要滿(mǎn)足：首先要有SPI控制器驅動(dòng)，其次是要在內核初始化的時(shí)候注冊一個(gè)spi_board_info，它的modalias成員必須為“spidev”。有了這兩個(gè)條件，就可以和SPI設備進(jìn)行通信了?？刂破鞯尿寗?dòng)一般由芯片廠(chǎng)家提供，開(kāi)發(fā)者只需提供第二個(gè)條件。
spi_board_info的定義如程序清單 1.3所示。
程序清單 1.3 struct spi_board_info
struct spi_board_info {
char modalias[32]; /* 要綁定的驅動(dòng)的名字 */
constvoid *platform_data;
void *controller_data;
int irq;
u32 max_speed_hz; /* 通信時(shí)鐘最大速率 */
u16 bus_num; /* 總線(xiàn)編號 */
u16 chip_select; /* 片選號 */
u8 mode; /* 和spi_device中的mode成員類(lèi)似 */
};
要了解這個(gè)結構體各個(gè)成員的意義請參考程序清單 1.1。
定義并注冊structspi_board_info的位置一般是內核的arch/xxx/mach-xxxx/board-xxxx.c，比如3250的內核，這個(gè)文件是arch/arm/mach-lpc32xx/board-smartarm3250.c。定義并注冊struct spi_board_info的代碼如程序清單 1.4所示。
程序清單 1.4 定義并注冊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);
由于3250內核代碼在arch/arm/mach-lpc32xx/board-smartarm3250.c已經(jīng)定義了一個(gè)smartarm3250_spi_eeprom_register函數，因此在增加程序清單 1.4代碼前先將這個(gè)函數注釋掉。
程序清單 1.4注冊了一個(gè)掛在0號SPI總線(xiàn)上的設備信息，它的片選號為0。增加完這段代碼后將內核重新編譯。在內核啟動(dòng)的時(shí)候，會(huì )為這個(gè)設備建立一個(gè)spi_device并和0號SPI總線(xiàn)的驅動(dòng)進(jìn)行綁定。同時(shí)內核會(huì )為這個(gè)設備申請一個(gè)主設備號為153的的設備號，次設備號和注冊的順序有關(guān)，最多支持32個(gè)同類(lèi)設備。
內核重新編譯并重啟之后，如果系統中運行了udev，/dev下就會(huì )生成一個(gè)spidevX.D設備節點(diǎn)，其中X是總線(xiàn)編號，D是片選號。對于程序清單 1.4的代碼應該自動(dòng)生成的設備節點(diǎn)是spidev0.0。
一般SPI控制器驅動(dòng)由芯片廠(chǎng)商提供，開(kāi)發(fā)者所要在內核做的工作就是添加類(lèi)似程序清單 1.4的內容。這樣內核空間的工作減少了，用戶(hù)空間的工作量加大了，因為用戶(hù)空間的開(kāi)發(fā)者需要全面了解SPI設備的工作方式和接口協(xié)議。
1.3 用戶(hù)空間同設備節點(diǎn)的接口
對于/dev/spidevX.D設備節點(diǎn)，可以進(jìn)行各種操作，這一小節介紹它支持的函數接口。
1． open/close
打開(kāi)和關(guān)閉設備節點(diǎn)沒(méi)有特別之處，直接使用open/write就可以了。
2． read/write
讀寫(xiě)SPI設備可以直接使用read/write函數，但是每次讀或者寫(xiě)的大小不能大于4096Byte。
3． IOCTL命令
用戶(hù)空間對spidev設備節點(diǎn)使用IOCTL命令失敗會(huì )返回-1。
l SPI_IOC_RD_MODE
讀取SPI設備對應的spi_device.mode，mode的含義請參考程序清單 1.1。使用的方法如下：
ioctl(fd,SPI_IOC_RD_MODE, &mode);
其中第三個(gè)參數是一個(gè)uint8_t類(lèi)型的變量。
l SPI_IOC_WR_MODE
設置SPI設備對應的spi_device.mode。使用的方式如下：
ioctl(fd,SPI_IOC_WR_MODE, &mode);
l SPI_IOC_RD_LSB_FIRST
查看設備傳輸的時(shí)候是否先傳輸低比特位。如果是的話(huà)，返回1。使用的方式如下：
ioctl(fd,SPI_IOC_RD_LSB_FIRST, &lsb);
其中lsb是一個(gè)uint8_t類(lèi)型的變量。返回的結果存在lsb中。
l SPI_IOC_WR_LSB_FIRST
設置設備傳輸的時(shí)候是否先傳輸低比特位。當傳入非零的時(shí)候，低比特在前，當傳入0的時(shí)候高比特在前（默認）。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設備的字長(cháng)。使用的方式如下：
ioctl(fd,SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD, &bits);
其中bits是一個(gè)uibt8_t類(lèi)型的變量。返回的結果保存在bits中。
l SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD
設置SPI通信的字長(cháng)。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設備的通信的最大時(shí)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(gè)uint32_t類(lèi)型的變量。返回的結果保存在speed中。
l SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ
設置SPI設備的通信的最大時(shí)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(jìn)行雙向/多次讀寫(xiě)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是本次通信中xfer的數組長(cháng)度。spi_ioc_transfer的信息請參考程序清單 1.2。
/************************************************************************************/
如果想要在用戶(hù)空間編寫(xiě)spi驅動(dòng)，這就要在內核的arch/.../mach-*/board-*.c 中聲明一個(gè)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(dòng)加載了，spidev模塊就會(huì )和這個(gè)設備綁定，并為設備申請一個(gè)設備號，主設備號為153，次設備號和設備加載的次序有關(guān)。
目前spidev支持最多32個(gè)設備。設備的名字是spidevX.D，其中X是總線(xiàn)編號，D是設備的片選號。如果正確安裝并配置了udev，/dev目錄下便會(huì )生成spidevX.D
設備節點(diǎn)。直接對這些設備節點(diǎn)操作就行了。
spidev的設備節點(diǎn)的接口包括open/close/read/write/ioctl。
～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～
其中open/close沒(méi)有什么特別之處。
read/write的話(huà)有大小的限制，讀寫(xiě)的大小默認不能超過(guò)4096字節。這個(gè)大小是一個(gè)模塊加載參數，可以修改。
允許多個(gè)用戶(hù)同時(shí)打開(kāi)設備節點(diǎn)，spidev使用mutext進(jìn)行互斥，多個(gè)用戶(hù)同時(shí)讀寫(xiě)時(shí)只有一個(gè)活動(dòng)的用戶(hù)，其他用戶(hù)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:設置spi_device的mode，并調用spi_setup立即使設置生效。
SPI_IOC_WR_LSB_FIRST：設置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(cháng)。
SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ：設置時(shí)鐘速率。
無(wú)論讀取，用戶(hù)傳輸的第三個(gè)參數都被當作緩沖地址指針。讀取時(shí)存放結果，寫(xiě)入時(shí)存放要寫(xiě)的內容。
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.
*/
};
內核文檔中一個(gè)例子：
static void 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");
}
內核在documentation/spi目錄下有spidev的例子。
注意
～～～～
雖然多個(gè)用戶(hù)不能同一時(shí)刻對spi進(jìn)行設置或讀寫(xiě)，但是同一用戶(hù)卻無(wú)法組織其他用戶(hù)修改同一設備的設置。
舉例來(lái)說(shuō)，usr1打開(kāi)設備節點(diǎn)，然后使用ioctl設置了時(shí)鐘速率，此時(shí)usr1線(xiàn)程被調度出去，然后usr2操作同一個(gè)設備，將它的時(shí)鐘設為另一個(gè)值。
此時(shí)usr1重新調度去使用read函數，則達不到預期的效果。
建議不要有兩個(gè)程序操作spidevX.D設備節點(diǎn)。
*博客內容為網(wǎng)友個(gè)人發(fā)布，僅代表博主個(gè)人觀(guān)點(diǎn)，如有侵權請聯(lián)系工作人員刪除。
