CH9434嵌入式Linux与安卓系统驱动移植和使用教程

jf_49670627 2023-04-12 3771

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描述

1 前言

CH9434是一款SPI转四串口转接芯片，提供四组全双工的9线异步串口，用于单片机/嵌入式/安卓系统扩展异步串口。提供25路GPIO，以及支持RS485收发控制引脚TNOW。本篇基于STM32MP157处理器平台，介绍CH9434在嵌入式Linux系统/安卓系统的驱动移植和使用方法。

CH9434相关资料下载链接：

CH9434评估板设计原理图，单片机端操作例程，LINUX驱动及应用例程下载

2 驱动移植流程

2.1 移植准备

1、配置系统SPI设备信息，若支持DTS设备树可以直接在DTS文件中直接定义此SPI结构体信息，如下所示：

&spi5 {
     pinctrl-names = "default","sleep";
     pinctrl-0 = <&spi5_pins_a>;
     pinctrl-1 = <&spi5_sleep_pins_a>;
     status = "okay";
     cs-gpios = <&gpioz 4 GPIO_ACTIVE_LOW>;

     ch9434: ch9434@1 {
     compatible = "wch,ch943x";
     reg = <0>;
     spi-max-frequency = <3000000>;
     interrupt-parent = <&gpiod>;
     interrupts = <8 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;
    };
};

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对于不支持DTS设备树的系统，则需要在board源文件中定义spi0_board_info对象，如下所示：

static struct spi_board_info spi0_board_info[] __initdata = {
    {
        .modalias = "ch943x_spi",
        .platform_data = NULL,
        .max_speed_hz = 3000000,
        .bus_num = 0,
        .chip_select = 0,
        .mode = SPI_MODE_0,
        .controller_data = &spi0_csi[0],
        .irq = IRQ_EINT(8),
    }
};

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2、配置IO中断引脚，确认CH9434芯片INT中断请求引脚所连接的CPU的IO口编号，此IO需支持中断功能。此编号可以直接在驱动源码ch9434.c中直接指定，也可以在如上SPI设备结构体中指定，如步骤1所示。

此外，注意有些平台上中断申请方式可能与驱动中默认实现方式不同，此时需修改ch9434.c文件中ch943x_spi_probe的相关代码

注：默认情况下请不要修改uart时钟，若确实需修改以支持部分非标波特率，可在ch943x_probe中修改：

freq = 32 *1000000 *15 / clkdiv;

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2.2 静态编译驱动

（1）将驱动程序拷贝到内核目录：$kernel_srcdrivers tyserial

（2）向$kernel_srcdrivers tyserialKonfig 中添加：

config SERIAL_CH9434
tristate "SERIAL_CH9434 serial support"
depends on SPI
select SERIAL_CORE
help
    This selects support for ch9434 serial ports.

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（3）向$kernel_srcdrivers tyserialMakefile 中添加：

obj-$(CONFIG_SERIAL_CH943X)+= ch9434.o

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（4）运行make menuconfig，选择驱动/tty/serial下的ch9434 serial support，然后保存配置。

（5）重新编译系统

2.3 动态编译驱动—方式1

（1）拷贝驱动文件至用于添加驱动的package/kernel目录下

（2）新建模块目录，如：ch9434，然后添加相关的Makefile和Kconfig文件，通常可以从系统已有的其他驱动下拷贝然后修改

（3）运行“make menuconfig”然后选中“ ch9434 serial support”作为“modules”项

（4）单独编译模块，命令为：

make package/kernel/ch9434/compile V=s

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2.4 动态编译驱动—方式2

拷贝驱动文件至宿主机工作目录，在driver目录下新增Makefile文件，如下所示：

KERN_DIR = /home/Linux-5.4 
all:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 
    $(CROSS_COMPILE)gcc -o ch9434 ch9434.c 
clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
    rm -rf modules.order
    rm -f ch9434
obj-m += ch9434.o

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注意：此方式需系统下提前配置交叉编译工具链，在如上Makefile文件中修改KERN_DIR为已编译的内核目录。同时设置环境变量如下：

export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabihf
export PATH=$PATH:/home/xxx/sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin

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在driver目录下直接执行make，成功时可生成ch9434.ko驱动模块。

3 加载驱动并验证

3.1 加载驱动

[root@100ask:/mnt/ch9434]# insmod ch9434.ko
[ 477.091787] ch9434: loading out-of-tree module taints kernel.
[ 477.096776] ch9434: module verification failed: signature and/or required key missing - tainting kernel
[ 477.109272] ch9434: SPI driver for spi to serial chip ch9434, etc.
[ 477.114026] ch9434: V1.00 On 2020.06.17
[ 477.123448] ch943x_spi spi0.1: change to SPI MODE 3!

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3.2 查看串口节点

进入/dev目录，可以看到出现ttyWCH0、ttyWCH1、ttyWCH2和ttyWCH3设备节点，表示加载成功。

[root@100ask:/dev]# ls ttyWCH*
ttyWCH0  ttyWCH1  ttyWCH2  ttyWCH3

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3.3 验证SPI通讯

ch943x_probe中会自动调用ch943x_scr_test接口，向4个串口的SPR寄存器分别写入0x55和0x66并读取寄存器值，若读取与写入的数值相匹配，则SPI接口通讯正常。

static int ch943x_scr_test(struct uart_port *port)
{
	struct ch943x_port *s = dev_get_drvdata(port->dev);

	dev_vdbg(&s->spi_dev->dev,"******Uart %d SPR Test Start******
", port->line);	
    ch943x_port_write(port, CH943X_SPR_REG,0x55);
	ch943x_port_read(port, CH943X_SPR_REG);
	ch943x_port_write(port, CH943X_SPR_REG,0x66);
	ch943x_port_read(port, CH943X_SPR_REG);
	dev_vdbg(&s->spi_dev->dev,"******Uart %d SPR Test End******
", port->line);	
	
	return 0;
}

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使用前需在驱动程序中定义宏：

#define DEBUG
#define VERBOSE_DEBUG

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以及修改printk内核打印等级：

[root@100ask:~]# echo 8 4 1 7 > /proc/sys/kernel/printk

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加载驱动后查看内核打印信息：

[root@100ask:/mnt/ch9434]# insmod ch9434.ko
[ 477.091787] ch9434: loading out-of-tree module taints kernel.
[ 477.096776] ch9434: module verification failed: signature and/or required key missing - tainting kernel
[ 477.109272] ch9434: SPI driver for spi to serial chip ch9434, etc.
[ 477.114026] ch9434: V1.00 On 2020.06.17
[ 477.123448] ch943x_spi spi0.1: change to SPI MODE 3!
[ 477.129197] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x81, val:0x 0
[ 477.135149] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x84, val:0x 0
[ 477.141604] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x 6, val:0x 0
[ 477.148458] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 0 SPR Test Start******
[ 477.154347] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x87, val:0x55
[ 477.160705] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x 7, val:0x55
[ 477.166982] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x87, val:0x66
[ 477.173556] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x 7, val:0x66
[ 477.179305] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 0 SPR Test End******
[ 477.185633] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x91, val:0x 0
[ 477.192274] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x94, val:0x 0
[ 477.198463] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x16, val:0x 0
[ 477.209156] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 1 SPR Test Start******
[ 477.214381] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x97, val:0x55
[ 477.225183] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x17, val:0x55
[ 477.232922] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x97, val:0x66
[ 477.241444] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x17, val:0x66
[ 477.246359] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 1 SPR Test End******
[ 477.252862] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xa1, val:0x 0
[ 477.259188] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xa4, val:0x 0
[ 477.265396] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x26, val:0x 0
[ 477.272512] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 2 SPR Test Start******
[ 477.277949] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xa7, val:0x55
[ 477.284520] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x27, val:0x55
[ 477.290761] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xa7, val:0x66
[ 477.297358] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x27, val:0x66
[ 477.303202] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 2 SPR Test End******
[ 477.309544] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xb1, val:0x 0
[ 477.315969] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xb4, val:0x 0
[ 477.322556] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x36, val:0x 0
[ 477.329200] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 3 SPR Test Start******
[ 477.334860] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xb7, val:0x55
[ 477.341359] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x37, val:0x55
[ 477.347567] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xb7, val:0x66
[ 477.354204] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x37, val:0x66
[ 477.360005] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 3 SPR Test End******
[ 477.366257] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xc8, val:0xcd
[ 477.372805] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x48, val:0xcd
[ 477.382495] ch943x_spi spi0.1: ch943x_probe - devm_request_threaded_irq =84 result:0
[ 477.392463] cpu cpu0: Looking up cpu-supply from device tree

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3.4 验证IO中断功能

驱动程序处理串口数据的发送，接收以及Modem输入中断事件均是在中断服务函数中进行，因此当SPI接口正常串口功能不正常，需检查中断功能是否正常，当执行串口发送时，驱动会自动打开串口发送中断（IETHRE），芯片的INT引脚会输出低电平请求CPU中断。在打开调试开关时，正常情况下可观察到中断服务函数运行的打印信息。此外，也可以手动给CPU的IO口拉高/拉低，测试中断是否能正常应。

4 功能测试

编译demo目录下tty_test_ch9434.c得到可执行目标程序app，运行演示：

./app -D /dev/ttyWCH0 -S 115200 -v
//参数含义
-D --device  tty device to use
-S --speed  uart speed
-v --verbose  verbose (show rx buffer)
-f --hardflow  open hardware flowcontrol
-R --rs485  enable rs485 function
-s --savefile  save rx data to file

嵌入式

4.1 串口收发

（1）串口发送数据流程为：应用软件调用write方法—>驱动接收请求并将数据拷贝至串口circ_buf，打开串口发送空中断（IER寄存器IETHRE位）->执行中断服务函数->判断为发送空中断时执行ch943x_handle_tx函数，从circ_buf中拷贝数据，通过SPI发送函数，将数据写入到串口发送FIFO寄存器->发送完成再次触发空中断，当circ_buf仍有数据则继续发送，否则关闭发送空中断。

（2）串口接收数据流程为：芯片RXD引脚收到串口数据后->执行中断服务函数->判断IIR中断类型为接收数据超时或接收数据可用时执行ch943x_handle_rx函数->读取FIFO长度，通过SPI读取函数，从串口接收FIFO寄存器读取数据并拷贝至串口circ_buf->退出中断->通过应用层有数据可读，应用软件调用read方法读数据。

串口收发流程图：

嵌入式

通过串口向PC收发数据测试：

串口发送0x00-0xFF/接收0x61-0x64

嵌入式

4.2 使用MODEM功能

引脚介绍：

嵌入式

嵌入式编辑

MODEM输出测试方法：程序中设置MODEM信号输出后，可以直接用万用表测试信号电压，也可以将9434评估板串口的输出引脚连接USB转串口模块（如CH342）的MODEM输入引脚，CH342的USB端连接PC；打开串口调试工具，通断发送端连接，接收端可观察数据变化。

嵌入式

MODEM输入测试方法：

进入开发板系统，由PC端串口输出，调试工具中开启DTR和RTS，CH9434串口输入：

嵌入式

接收端运行应用程序，输入“g”获取modem状态：

[root@100ask:/mnt/ch9434/demo]# ./app -D /dev/ttyWCH0 -S 115200 -v
press s to set modem, z to clear modem, g to get modem,b to send break, w to write, r to read, q for quit.
g
DSR Active!
CTS Active!
press s to set modem, z to clear modem, g to get modem,b to send break, w to write, r to read, q for quit.

嵌入式

4.3 硬件流控

串口流控功能使能是将 MCR寄存器的AFE位置1，CH9434 将自动进行硬件流控。芯片将自动根据 FIFO 大小对流控引脚进行操作。启用自动流控后，CTS 有效时芯片串口将连续发送数据，CTS 引脚无效时，串口最多发送8 字节数据后停止发送。RTS 在触发 FIFO 达到设定的流控字节数目后自动失效。

FCR 寄存器的 RECVTG1 和 RECVTG0 位用于设置接收 FIFO 的中断和硬件流控制的触发点，00 对应256 个字节，即接收满256 个字节产生接收数据可用的中断，并在使能硬件流控制时自动无效 RTS 引脚，01 对应512 个字节，10 对应1024 个字节，11 对应1285 个字节。

PC发送端串口工具设置开启流控制：

嵌入式

接收端运行应用程序：

嵌入式

4.4 GPIO测试

CH9434 支持部分引脚复用为 GPIO 功能，最多支持25 路，每个 IO 都可以独立设置方向、上拉电阻和下拉电阻配置。启用 GPIO 功能后，将自动失效该 IO 其他复用功能。GPIO 功能在设置时需要注意该 IO 原来功能的模式，设置时需要注意 DIR、PD、PU 等 IO 寄存器的顺序防止 IO 出现“抖动”。

GPIO输出测试：

测试方法：以GPIO0为例，该IO默认复用为CTS0；将该IO配置输出高/低电平，此时默认功能将失效。添加代码：

/* gpio test */
ret = libtty_gpioenable(fd, 0, 1);
	if (ret != 0) {
	printf("libtty_gpioenable error.
");
	exit(0);
}

ret = libtty_gpiopullup(fd, 0, 1);
	if (ret != 0) {
	printf("libtty_gpiopullup error.
");
	exit(0);
}

ret = libtty_gpiodir(fd, 0, 1);
	if (ret != 0) {
	printf("libtty_gpiodir error.
");
	exit(0);
}

ret = libtty_gpioset(fd, 0, 1);
	if (ret != 0) {
	printf("libtty_gpioset error.
");
	exit(0);
}

嵌入式

使用万用表查看GPIO0输出电平输出低电平：

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输出高电平：

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GPIO输入测试：

测试方法：以GPIO11为例，配置为输入模式，gpioval表示IO值，1个字节表示8个IO，将对应IO交替接地和3.3V引脚，运行应用程序查看输入值。

测试代码：

ret = libtty_gpioenable(fd, 1, 1);
if (ret != 0) 
    exit(0);

ret = libtty_gpiopullup(fd, 1, 0);
if (ret != 0) 
    exit(0);

ret = libtty_gpiodir(fd, 1, 0);
if (ret != 0) 
    exit(0);

ret = libtty_gpioget(fd, 1, &gpioval);
if (ret != 0) 
    exit(0);
else 
    printf("gpioval = 0x%02x 
", gpioval);

嵌入式

GPIO11即GPIO1_4，输入高电平时，gpioval应等于11111111B；输入低电平时，gpioval应等于11110111B 。

测试结果：

GPIO11接地：gpioval = 0xf7

GPIO11接3.3V：gpioval = 0xff

嵌入式

4.5 RS485串口测试

CH9434 串口提供 RS485 切换引脚 TNOW，引脚功能与其他功能复用，当启用 TNOW 功能后，将自动失效原 MODEM 信号功能。TNOW 还支持极性调节，以适应不同的极性使用场景。

添加代码：

char rs485 = 1;

ret = libtty_rs485set(fd, rs485);
if (ret != 0) {
	printf("libtty_rs485set %s error.
", rs485 ? "enable": "disable");
	exit(0);
}

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测试方法：连接CH9434评估板P2和P4（参照原理图），使用RS485传输；连接串口0和串口1对应的RS485引脚（P9和P15），串口0发送0x00~0x0FF，串口1接收显示：

嵌入式

　　审核编辑：汤梓红

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