Linux内核自带SPI设备驱动测试程序分析：spidev_test.c

2023-11-16

在Linux系统中，SPI 的用户模式设备接口的驱动源码位于 drivers/spi/spidev.c，在应用层生成 /dev/spidev* 的节点，可以通过 read、 write 达到与硬件设备的 SPI 通信。下面介绍spidev驱动移植和应用程序编写方法。

硬件配置：创龙TL335x-IDK 开发板+SOM-TL3359-eMMC 核心板
内核版本： linux-4.4.12-g15ea277-v1.3

1. 驱动代码移植

要将此设备驱动加入到内核中，要做两件事情：

第一：在内核 menuconfig 中选中 spidev 的驱动
在内核源码目录下通过 menuconfig 命令，启动图形界面修改配置。

        Device Drivers -> 

            <*>SPI support ->

               <*>User mode SPI device driver support

第二：在设备树文件中添加spidev节点

选择 SPI1 这组总线，到内核源码的 DTS 文件配置对应的 pinmux 和添加节点。打开内核源码 arch/arm/boot/dts/am335x-icev2.dts 设备树源文件，参照原来配置在对应位置添加一个新的 spi 节点。

&spi1 {
		status = "okay";
		pinctrl-names = "default";
		pinctrl-0 = <&spi1_pins_default>;
		
	spidev0: spi@0 {
		compatible = "spidev";
		reg = <0>;/*CS0*/
		spi-max-frequency = <40000000>;
	};
};

引脚复用定义

	spi1_pins_default: spi1_pins_default {
		pinctrl-single,pins = <
			AM33XX_IOPAD(0x990, PIN_INPUT_PULLUP | MUX_MODE0) /* (A13) spi1_sclk.spi1_sclk */
			AM33XX_IOPAD(0x994, PIN_INPUT_PULLUP | MUX_MODE0) /* (B13) spi1_d0.spi1_d0 */
			AM33XX_IOPAD(0x998, PIN_INPUT_PULLUP | MUX_MODE0) /* (D12) spi1_d1.spi1_d1 */
			AM33XX_IOPAD(0x99c, PIN_INPUT_PULLUP | MUX_MODE0) /* (C12) spi1_cs0.spi1_cs0 */
		>;
	};

在对驱动代码进行移植之后，重新编译内核，下载到开发板上，即可看到spi设备/dev/spidev1.0，标识着SPI驱动移植成功。

2. 应用程序编写

在对驱动代码进行修改之后，需要根据驱动的架构来完成应用程序的编写，在内核源代码 Documentation/spi 目录下有一个spidev_test.c文件，是内核作者提供给Linux开发人员的参考文档，笔者也是参考此文件来编写的应用程序。

应用程序无非是open、close、read、write、ioctl的使用。open，close没什么好说的，下面具体说下ioctl、read和write的使用。

spi应用程序编写步骤:
第一：open
第二：ioctl ，ioctl有九种cmd，分别对应不同的arg

a、设置或获取SPI工作模式
SPI_IOC_RD_MODE //读模式
SPI_IOC_WR_MODE //写模式
以上两种cmd对用arg是spi_device.mode

spi_device.mode有以下几种类型：
#define SPI_MODE_0 (0|0)//SCLK空闲时为低电平，第一个时间延采样
#define SPI_MODE_1 (0|SPI_CPHA)//SCLK空闲时为高电平，第一个时间延采样
#define SPI_MODE_2 (SPI_CPOL|0)//SCLK空闲时为低电平，第二个时间延采样
#define SPI_MODE_3 (SPI_CPOL|SPI_CPHA)//SCLK空闲时为高电平，第二个时间延采样
#define SPI_CS_HIGH 0x04//片选为高
#define SPI_LSB_FIRST 0x08//低位数据先传输
#define SPI_3WIRE 0x10//三线式，输入输出数据线为一条线
#define SPI_LOOP 0x20//回环模式
#define SPI_NO_CS 0x40//没有片选信号
#define SPI_READY 0x80//

用法：
mode = mode | SPI_MODE_0 | SPI_CS_HIGH | SPI_LSB_FIRST | SPI_LOOP
ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MODE, &mode)；
注意：前面四种是对SCK时钟信号空闲时的电平，和采样时刻的选择，四个只能选择其中一种，后面的五种可以用或的形式选择任意几个，使用方法如上

b、设置或获取SPI读写是从高位还是低位开始
SPI_IOC_RD_LSB_FIRST //读 LSB
SPI_IOC_WR_LSB_FIRST //写 LSB
以上两种cmd对用arg是spi_device.mode
用法：同上，但是mode类型只有SPI_LSB_FIRST一种

c、设置或获取SPI读写数据位数
SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD //读每字多少位
SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD //写每字多少位
以上两种cmd对用arg是spi_device.bits_per_word
用法：
bits = 8；
ioctl(fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits);

d、设置或获取SPI读写的最大频率
SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ //读最大速率
SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ //写最大速率
以上两种cmd对用arg是spi_device.max_speed_hz
用法：
speed = 50*1000；
ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed);

e、传输数据
SPI_IOC_MESSAGE(n) //传输n个数据包
以上一种cmd对用arg是spi_ioc_transfer
用法：全双工传输数据

struct spi_ioc_transfer tr = {
	.tx_buf = (unsigned long)tx,
	.rx_buf = (unsigned long)rx,
	.len = ARRAY_SIZE(tx),
	.delay_usecs = delay,
	.speed_hz = speed,
	.bits_per_word = bits,
};

ret = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &tr);

第三：read或write
用法：和大多数的设备read函数一样的用法，但是每次读或者写的大小不能大于4096Byte。
char* buf[n];
read(fd,buf,sizeof(buf));或者write(fd,buf,sizeof(buf));

第四：close

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