Linux驱动第十章：SPI总线驱动子系统
学习经验：SPI总线与I2C总线驱动模型类似，可以类比着学习，比I2C更简单。
第一节、SPI通信原理与相关概念：
1.SPI总线的特点：
SPI（serial peripheral interface）串行外设接口的缩写，它是Motorola公司推出的一种同步串行接口技术，是一种高速的，全双工的，同步的通信总线。
SPI是支持全双工通信， 通信简单，数据传输速率快，非差分的，一主多从的通信模式。
所谓为非差分与差分的概念是指在远距离传输时，是否通过比较两个根的电平的差来判断是传据是高还是低，一般远距离传输都是使用差分总线，近距离的都是非差分总线。SPI是非差分总线，R485就是一种差分总线。了解即可。
缺点：无应答机制确认是否接收到数据，所以与I2C总线协议比较在数据的可靠性上有一点差距，但是速度快啊。
与I2c相比：
2.三根共享线：SCK,MOSI,MISO,及1个或多个片选线：
1. 常规SPI模式：
2.一个片选的菊花链模式：
3.SPI数据传输方式：
SPI 主设备和从设备都有一个串行移位寄存器，主设备通过向它的 SPI 串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。
4.SPI的采样模式：由CPOL（时钟极性）与 CPHA(时钟相位)
CPOL决定空闲时的电平的高低，CPHA决定采样的时机
当：CPOL(时钟极性) = 0 时，即空闲时电平为低，第一个边沿意味为由低到高的上升边沿。
当：CPOL(时钟极性) = 1时，即空闲时电平为高，第一个边沿意味为由高到低的下降边沿。
当：CPHA(时钟相位) = 0时，即第一个边沿采样，下一个边沿传输。
当：CPHA(时钟相位) = 1时，即第一个边沿传输，下一个边沿采样。
所以就组合了四种模式：Mode0(CPOL=0, CPHA = 0), Model1(CPOL=0, CPHA = 1), Model2(CPOL=1,CPHA=0), Model3(CPOL=1,CPHA=1);
5.SPI协议：
1. 选择芯片的片选线拉低为低电平
2.确定采样方式
3.通过MOSI与MISO收发数据。
第二节、SPI总线驱动模型框架：
与i2c驱动框架类似：
第三节、常用SPI总线的类型与接口：
1. 分配spi驱动对象：struct spi_driver:了解这个结构体你会发现与i2c_driver很相似：
#include <linux/spi/spi.h>
struct spi_driver {const struct spi_device_id *id_table;//platform_device匹配方式int (*probe)(struct spi_device *spi);//匹配执行的函数：int (*remove)(struct spi_device *spi);//卸载执行的函数void (*shutdown)(struct spi_device *spi);//电源关闭时执行的函数struct device_driver driver;//父类，与I2c总线一样的父类。
};
//以下为device_driver属性：
struct device_driver {const char *name; //驱动的名字，用来生成节点...const struct of_device_id *of_match_table;//设备树匹配方式...struct driver_private *p;//私有属性指针
};2. 注册，注销，一键注册注册：
//注册spi_driver:
#define spi_register_driver(driver) \__spi_register_driver(THIS_MODULE, driver)
//注销spi_driver:
void spi_unregister_driver(struct spi_driver *sdrv) //一键注册注销宏：
#define module_spi_driver(__spi_driver) \
module_driver(__spi_driver, spi_register_driver, \spi_unregister_driver)3. spi_device及spi数据的收发：
因为spi中没有涉及到从机设备的呼叫及应答，所以就没有了类似于i2c中的传输的函数，而是内核中直接把数据的发送与读取封装好了，不需要自己去封装了。
1.spi从机设备对象结构：spi_device:
struct spi_device {struct device dev; // SPI 设备的通用设备结构体，用于设备模型的集成struct spi_controller *controller; // 该 SPI 设备所属的控制器struct spi_controller *master; // 兼容层，指向控制器，与 controller 成员相同u32 max_speed_hz; // 该 SPI 设备的最大时钟频率（Hz）u32 mode; // SPI 模式，包含时钟相位和极性等信息int irq; // 该设备使用的中断号char modalias[SPI_NAME_SIZE]; // 设备的模块别名int cs_gpio; // 片选 GPIO 引脚（遗留字段）struct gpio_desc *cs_gpiod; // 片选 GPIO 描述符...//其它属性};2.发送数据：int spi_write():
Callable only from contexts that can sleep.
//千万不要在中断处理函数中使用。
int spi_write(struct spi_device *spi, const void *buf, size_t len)
//功能：发送数据
参数1：spi即类似于i2c_client的一抽象的接口对象
参数2：buf
参数3：len buf的字节数
//成功返回0，失败返回错误码3.读取数据：int spi_read()
Callable only from contexts that can sleep.
//千万不要在中断处理函数中使用，如果在中断中使用，请放在底半部工作队列中。
int spi_read(struct spi_device *spi, void *buf, size_t len)
//功能：读取数据
参数1：spi即类似于i2c_client的一抽象的接口对象
参数2：buf
参数3：len buf的字节数
//成功返回0，失败返回错误码第四节、综合应用：实验：驱动m7hc595数码管控制芯片
1. 通过原理图画出连接关系：
2.设备树节点描述：
/{...
};
&spi4 {status = "okay";pinctrl-names = "default","sleep","idle","active";pinctrl-0 = <&spi4_pins_b>;pinctrl-1 = <&spi4_sleep_pins_b>;cs-gpios = <&gpioe 11 0>;//描述spi从机设备：m74hc595@0{compatible = "WX, m74hc595";reg = <0x0>;status = "okay";};
};3.驱动代码实现：
1.需求：从应用层终端输入一个数，可以数码管中显示出来:
驱动代码：
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/spi/spi.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h>//封装一个SPI从机设备。
struct M74HC595
{struct spi_device* spi_dev;struct cdev* c_dev;struct class* class;struct device* dev;
};struct M74HC595 m74hc595 = {0}; struct of_device_id of_m74hc595_table[] = {[0] = {.compatible = "WX, m74hc595"},[1] = {/*代表结束*/},
};int m74hc595_driver_probe(struct spi_device *spi)
{printk("m74hc595_driver_probe执行了\n");m74hc595.spi_dev = spi;return 0;
}int m74hc595_driver_remove(struct spi_device *spi)
{printk("m74hc595_driver_remove执行了\n");return 0;
}//定义一spi_dev_driver对象：
struct spi_driver m74hc595_driver = {.probe = m74hc595_driver_probe,.remove = m74hc595_driver_remove,.driver = {.name = "WX, m74hc595_driver",.of_match_table = of_m74hc595_table},
};int mycdev_open(struct inode * inode, struct file *file)
{return 0;
}ssize_t mycdev_write(struct file *file, const char *usrbuf, size_t size, loff_t *offset)
{char kernel_buf[3] = {0};if(size > sizeof kernel_buf){size = sizeof(kernel_buf);}copy_from_user_nofault(kernel_buf, usrbuf, size);if(kernel_buf[0] == '1'){char sendbuf[] = {0x2,0x6};spi_write(m74hc595.spi_dev,sendbuf,2);}if(kernel_buf[0] == '2'){char sendbuf[] = {0x4,0x5b};spi_write(m74hc595.spi_dev,sendbuf,2);}if(kernel_buf[0] == '3'){char sendbuf[] = {0x8,0x4f};spi_write(m74hc595.spi_dev,sendbuf,2);}if(kernel_buf[0] == '4'){char sendbuf[] = {0x10,0x66};spi_write(m74hc595.spi_dev,sendbuf,2);}return size;
}int mycdev_release(struct inode *inode, struct file *file)
{return 0;
}struct file_operations fops = {.open = mycdev_open,.write = mycdev_write,.release = mycdev_release,
};// 入口函数：
int __init my_test_module_init(void)
{spi_register_driver(&m74hc595_driver);m74hc595.c_dev = cdev_alloc();cdev_init(m74hc595.c_dev, &fops);alloc_chrdev_region(&m74hc595.c_dev->dev, 0, 1, "m74hc595");cdev_add(m74hc595.c_dev, m74hc595.c_dev->dev, 1);//自动创建设备节点：m74hc595.class = class_create(THIS_MODULE,"M74HC595");m74hc595.dev = device_create(m74hc595.class, NULL,m74hc595.c_dev->dev,NULL,"m74hc595");return 0;
}
// 出口函数：
void __exit my_test_module_exit(void)
{device_destroy(m74hc595.class,m74hc595.c_dev->dev);class_destroy(m74hc595.class);cdev_del(m74hc595.c_dev);unregister_chrdev_region(m74hc595.c_dev->dev,1);kfree(m74hc595.c_dev);spi_unregister_driver(&m74hc595_driver);
}// 指定许可：
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("gaowanxi, email:gaonetcom@163.com");
// 指定入口及出口函数：
module_init(my_test_module_init);
module_exit(my_test_module_exit);2.应用测试代码：
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdbool.h>
#include <sys/ioctl.h>int main(int argc, char const *argv[])
{int fd = open("/dev/m74hc595", O_RDWR);if (fd == -1){perror("open err");return -1;}char buf[128] = {0};int nbytes = 0;while (true){printf("请输入：\n");fgets(buf,sizeof(buf),stdin);nbytes = write(fd,buf,strlen(buf));if(nbytes == -1){perror("write err:");return -1; }}close(fd);return 0;
}