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第六十四章 Linux-SPI驱动实验
SPI 和 I2C 一样，也是一个很常用的通信接口，大多数用于芯片之间的通信，同 I2C 相比，SPI 接口拥有更快的速度，速度可达十几 MHz。SPI 全程 SerialPerripheral Interface，是 Motorola 公司推出的一种同步串行接口技术，是一种高速、全双工的同步通信总线。标准的 SPI 需要四根线，分别是 CS/SS 片选信号，用于选择进行通信的设备，SCK 串行时钟线，用于为 SPI 提供时钟，MOSI 主出从入信号线，用于主机像从机发送数据，MISO 主入从出信号线，用于从机向主机发送数据。
在进行 SPI 实验之前，我们要先明确主机驱动和外设驱动分离思想，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。
64.1 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。
64.2 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。
控制器驱动可以用数据结构struct spi_master 来描述，如下图所示：
struct spi_master {
struct device dev;
s16 bud_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 注销的时候调用
64.3 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，struct spi_driver 和 struct spi_device。
struct spi_driver 用来描述一个 SPI 设备的驱动信息，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。
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;
};struct spi_device 用来描述一个 SPI 总线上的从设备,如下图所示：
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];
};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。
64.4 RFID-RC522 简介
在 SPI 实验送，我们使用的为 RC522 芯片，RC522 主要应用于非接触通信中高度集成度的读写，并且利用了先进的调制和解调的概念，集成了在 13.56MHz 下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。RFID 的应用范围也是非常广泛的，如公共交通终端，非接触式的公用电话等，并且可以通过 SPI 接口简单的几条线就可以直接和我们的主板进行通信。
64.5 硬件原理分析
下图为 RFID 接口的原理图，其中 SDA 为数据接口，这里接 CS 片选信号，SCK 为时钟接口，这里我们要接 SPI 的时钟信号，MOSI 为出从入信号线，MISO 为主入从出信号线，RST 为复位信号。
64.6 实验操作
SPI 试验中我们需要用到以下函数。
设备注册：spi_board_info，spi_register_board_info
驱动注册函数和结构体：spi_register_driver/spi_unregister_driver,spi_driver
读写函数和结构体：spi_transfer 和 spi_message 结构体，spi_async
第一步：描述 spi_device 的板信息，用 spi_board_info 结构体来描述
spi2_board_info 设备描述结构体，设备注册函数 spi_register_board_info 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));//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。
第二步：spi_driver 的构建与注册
static struct spi_driver m25p80_driver = {
.driver = {
.name ="rc522",
.bus =&spi_bus_type,
.owner = THIS_MODULE,
},.probe = rc522_probe,
.remove = devexit_p(rc522_remove),
};spi_transfer 结构：
struct spi_transfer {
const void*tx_buf; //驱动提供的发送缓冲区
dma, void *rx_buf; //接收缓冲区
unsigned len; //长度一般是 8 位
dma_addr_ttx_dma; //发送 dma，controller 使用
dma_addr_t rx_dma; //接收 dma
unsigned cs_change:1; //片选位
u8 bits_per_word; //每字长度
u16 delay_usecs; //延迟
u32 speed_hz; //速度
struct list_headtransfer_list; //transfer 链 表
};在 spi_transfer 中时常更改的域也许只有 len，tx_buf 和 rx_buf。剩下的当以 0 来初始化。
spi_message 结构：
struct spi_message {
struct list_head transfers;
struct spi_device *spi; unsigned is_dma_mapped:1;
void (*complete)(void*context);
void *context;
unsigned actual_length;
int status;
struct list_head queue;
void *state;
};transfer 这个 spi_message 所包含有的 spi_transfer 链表头。
is_dma_mappedspi_transfer 中 tx_dma 和 rx_dma 是否已经 mapped。
complete 回调函数
context 提供给 complete 的可选参数
actual_lengthspi_message 已经传输了的字节数
status 出错与否，错误时返回 errorcode
queue 和 state 供 controller 驱动内部使用
在每次使用 spi_message 可以使用函数 void spi_message_init(structspi_message *m);来初始化。
向 spi_message 添加 transfers 可以使用 spi_message_add_tail()函数：
void spi_message_add_tail(structspi_transfer *t, struct spi_message *m);
一旦你准备好了 spi_message，就可以使用 spi_async()来向 SPI 系统提交了：
int spi_async(struct spi_device *spi,struct spi_message *message);
因为是异步的，一提交就立马返回了，这也就是说需要同步机制（complete 就是了）。他确保不会睡眠，可安全的在中断 handler 或其他不可休眠的代码中调用。稍后会念念他的好的。
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
