Linux下如没SPI控制器GPIO火速来救主

大大源码 • 2023年3月18日 pm8:17 • 其他

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[导读] 干过单片机的盆友或许都拿IO口对着时序模拟过SPI主控制器，在做嵌入式Linux设备开发时，发现SPI对应的脚都被用了，或者被当成别的用途了，这时候咋办？你或许会说我翻IO口写个字符驱动不就完了么？当然你可以这么做，然而并没有必要。自己写也挺麻烦且未必稳。憋慌！且看本文分解～

SPI什么鬼？

SPI(Serial Peripheral Interface) 是一种嵌入式系统中应用广泛的同步串行通信、主从架构式总线接口。80年代由摩托罗拉开发，已成为事实标准。

要理解啥是SPI，先上图，一图胜千言：

常见的SPI接口有这样几个引脚：

SCLK: 串行时钟，总是主端负责输出(Master)。总是由主端控制该信号，从端为输入采样。
MOSI:主出从入（Master Output Slave Input)。总是由主端控制该信号，从端为输入采样。
MISO:主入从出(Master Input Slave Output)。总是由从端控制该信号，主端为输入采样。
:从选择信号(Slave Select)。总是由主端控制该信号，从端为输入采样。

常见的两种总线连接方式，

方式一：独立片选

每个从设备都有独立的片选引脚，主机同一时间段内，与一个从设备进行通信，也即选中一个从设备，其他线并接共用

方式二：菊花链

SCK/CS共用，数据线入出环形链接，bit流在SCK时钟作用下击鼓传花，逐次移位传递。

Linux下SPI框架

一图胜千言，看看我画的图吧：

spi.c 实现了SPI core的公共抽象，SPI core负责抽象所有控制器具有的公共功能代码，并同时为spi protocol驱动程序提供接口，例如spi_message，spi_transfer，spi_async等。
SPI controller：SPI控制器层实现不同芯片SPI控制器的差异性实现，完成数据的bit级别的收发控制实现，并最终控制其对应的总线。
SPI devie:实现设备驱动，负责从控制器收发数据，并实现应用协议的解析等。
SPI外设控制：逻辑电路层，负责底层的IO电路级控制。
SPI从设备：挂载在具体的SPI总线上的芯片，比如传感器、FLASH存储设备等。

GPIO SPI Master?

前面说自己拿GPIO对着SPI收发时序波形去实现SPI字符设备有点重新造砖的嫌疑，且造出的砖兼容性、稳定性往往都差强人意。辣么，Linux下不这么干，可以怎么干呢？

首先用下面命令打开内核配置界面，来瞅瞅：

make menuconfig

稍等那么一会儿，熟悉的界面就出来了：

进入Device Drivers：

进入到SPI support,按Y选择：

GPIO-based bitbanging SPI Master，这便是GPIO SPI主控制器的配置项
User mode SPI device driver support，这便是spidev设备驱动的配置项

完事之后，一顿退出保存配置，记得保存配置，别配置了半天没存哈。

设备树配置

前面配置好了GPIO主控制器以及spidev设备驱动，然而如果直接编译，将内核部署到目标板上运行你发现啥也没有。那么还要做什么呢？你需要根据你的板子的情况配置哪些GPIO为SPI主控制对应的引脚！比如我用的ZYNQ，我这样配：

spi {
 compatible = "spi-gpio";
 #address-cells = <0x1>;
 ranges;

 sck-gpios = <&gpio0 7 0>;
 miso-gpios = <&gpio0 11 0>;
 mosi-gpios = <&gpio0 10 0>;
 cs-gpios = <&gpio0 12 0>;
 num-chipselects = <1>;
 /* 从设备clients */
    device_0@0 {
        compatible = "spidev";
        reg = <0>;
        spi-max-frequency = <500000>;
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        spi-rx-bus-width = <1>;
        spi-tx-bus-width = <1>;
        bits-per-word = <8>;
    };
};

主控制器设备树：

compatible = "spi-gpio",这里兼容性表示使用GPIO的主控制器。编译时会自动编译spi-gpio.c
sck-gpios/miso-gpios/mosi-gpios/cs-gpios：为SPI对应的4个脚的配置，后面的则根据目标板进行设置。
num-chipselects：设置有几个片选

从设备设备树：

compatible = "spidev"，这里设置spidev对应spidev.c的实现，当然你完全可以自己写个设备驱动，但是对于大部分应用而言没有必要，直接在用户空间实现应用协议不香么？
reg = <0>，括号里如果有多个从设备则依次增加
spi-max-frequency，设定spi频率，这里假定设置为500k
spi-rx-bus-width/spi-tx-bus-width，这里可选，如果是quad等设备则需要设置
bits-per-word：表示一个字节多少位
另外spi-cpol/spi-cpha，则根据设备的SPI模式进行相应配置
spi-3wire：如果对应的设备是3线SPI设备，则可将该属性加上。