Firefly关于SPI简介

SPI 使用

SPI是一种高速的，全双工，同步串行通信接口，用于连接微控制器、传感器、存储设备等。 Firefly-RK3399 开发板提供了 SPI1 （单片选）接口，具体位置如下图：

SPI工作方式

SPI以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，分别是：

CS 片选信号 SCLK 时钟信号 MOSI 主设备数据输出、从设备数据输入 MISO 主设备数据输入，从设备数据输出

Linux内核用CPOL和CPHA的组合来表示当前SPI的四种工作模式：

CPOL＝0，CPHA＝0 SPI_MODE_0 CPOL＝0，CPHA＝1 SPI_MODE_1 CPOL＝1，CPHA＝0 SPI_MODE_2 CPOL＝1，CPHA＝1 SPI_MODE_3

CPOL：表示时钟信号的初始电平的状态，０为低电平，１为高电平。CPHA：表示在哪个时钟沿采样，０为第一个时钟沿采样，１为第二个时钟沿采样。SPI的四种工作模式波形图如下：

驱动编写

下面以 W25Q128FV Flash模块为例简单介绍SPI驱动的编写。

硬件连接

Firefly-RK3399 与 W25Q128FV 硬件连接如下表：

编写Makefile/Kconfig

在kernel/drivers/spi/Kconfig中添加对应的驱动文件配置：

config SPI_FIREFLY tristate "Firefly SPI demo support " default y help Select this option if your Firefly board needs to run SPI demo.

在kernel/drivers/spi/Makefile中添加对应的驱动文件名：

obj-$(CONFIG_SPI_FIREFLY) += spi-firefly-demo.o

config中选中所添加的驱动文件，如：

│ Symbol: SPI_FIREFLY [=y] │ Type : tristate │ Prompt: Firefly SPI demo support │ Location: │ -> Device Drivers │ -> SPI support (SPI [=y]) │ Defined at drivers/spi/Kconfig:704 │ Depends on: SPI [=y] && SPI_MASTER [=y]

配置DTS节点

在kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-firefly-demo.dtsi中添加SPI驱动结点描述，如下所示：

/* Firefly SPI demo */ &spi1 { spi_demo: spi-demo@00{ status = "okay"; compatible = "firefly,rk3399-spi"; reg = <0x00>; spi-max-frequency = <48000000>; /* rk3399 driver support SPI_CPOL | SPI_CPHA | SPI_CS_HIGH */ //spi-cpha; /* SPI mode: CPHA=1 */ //spi-cpol; /* SPI mode: CPOL=1 */ //spi-cs-high; }; }; &spidev0 { status = "disabled"; };

• status:如果要启用SPI，则设为okay，如不启用，设为disable。

• spi-demo@00:由于本例子使用CS0，故此处设为00，如果使用CS1，则设为01。

• compatible:这里的属性必须与驱动中的结构体：of_device_id 中的成员compatible 保持一致。

• reg:此处与spi-demo@00保持一致，本例设为：0x00。

• spi-max-frequency：此处设置spi使用的最高频率。Firefly-RK3399最高支持48000000。

• spi-cpha，spi-cpol：SPI的工作模式在此设置，本例所用的模块SPI工作模式为SPI_MODE_0或者SPI_MODE_3，这里我们选用SPI_MODE_0，如果使用SPI_MODE_3，spi_demo中打开spi-cpha和spi-cpol即可。

• spidev0: 由于spi_demo与spidev0使用一样的硬件资源，需要把spidev0关掉才能打开spi_demo

定义SPI驱动

在内核源码目录kernel/drivers/spi/中创建新的驱动文件，如：spi-firefly-demo.c 在定义 SPI 驱动之前，用户首先要定义变量 of_device_id 。 of_device_id 用于在驱动中调用dts文件中定义的设备信息，其定义如下所示：

static struct of_device_id firefly_match_table[] = {{ .compatible = "firefly,rk3399-spi",},{},};

此处的compatible与DTS文件中的保持一致。

spi_driver定义如下所示：

static struct spi_driver firefly_spi_driver = { .driver = { .name = "firefly-spi", .owner = THIS_MODULE, .of_match_table = firefly_match_table,}, .probe = firefly_spi_probe,};

注册SPI设备

在初始化函数static int __init spidev_init(void)中向内核注册SPI驱动： spi_register_driver(&firefly_spi_driver);

如果内核启动时匹配成功，则SPI核心会配置SPI的参数（mode、speed等），并调用firefly_spi_probe。

读写 SPI 数据

firefly_spi_probe中使用了两种接口操作读取W25Q128FV的ID: firefly_spi_read_w25x_id_0接口直接使用了spi_transfer和spi_message来传送数据。 firefly_spi_read_w25x_id_1接口则使用SPI接口spi_write_then_read来读写数据。

成功后会打印：

root@rk3399_firefly_box:/ # dmesg | grep firefly-spi [ 1.006235] firefly-spi spi0.0: Firefly SPI demo program [ 1.006246] firefly-spi spi0.0: firefly_spi_probe: setup mode 0, 8 bits/w, 48000000 Hz max [ 1.006298] firefly-spi spi0.0: firefly_spi_read_w25x_id_0: ID = ef 40 18 00 00 [ 1.006361] firefly-spi spi0.0: firefly_spi_read_w25x_id_1: ID = ef 40 18 00 00

打开SPI demo

spi-firefly-demo默认没有打开，如果需要的话可以使用以下补丁打开demo驱动：

--- a/kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-firefly-demo.dtsi +++ b/kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-firefly-demo.dtsi @@ -64,7 +64,7 @@ /* Firefly SPI demo */ &spi1 {spi_demo: spi-demo@00{ - status = "disabled"; + status = "okay"; compatible = "firefly,rk3399-spi"; reg = <0x00>; spi-max-frequency = <48000000>; @@ -76,6 +76,6 @@ }; &spidev0 { - status = "okay"; + status = "disabled"; };

注意：由于spi1_rxd和spi1_txd两个脚可复用为uart4_rx和uart4_tx，所以要留意关闭掉uart4的使用，如下：

kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-firefly-port.dtsi &uart4 { current-speed = <9600>; no-loopback-test; status = "disabled"; };

常用SPI接口

下面是常用的 SPI API 定义：

void spi_message_init(struct spi_message *m); void spi_message_add_tail(struct spi_transfer *t, struct spi_message *m); int spi_sync(struct spi_device *spi, struct spi_message *message) ; int spi_write(struct spi_device *spi, const void *buf, size_t len); int spi_read(struct spi_device *spi, void *buf, size_t len); ssize_t spi_w8r8(struct spi_device *spi, u8 cmd); ssize_t spi_w8r16(struct spi_device *spi, u8 cmd); ssize_t spi_w8r16be(struct spi_device *spi, u8 cmd); int spi_write_then_read(struct spi_device *spi, const void *txbuf, unsigned n_tx, void *rxbuf, unsigned n_rx);

接口使用

Linux提供了一个功能有限的SPI用户接口，如果不需要用到IRQ或者其他内核驱动接口，可以考虑使用接口spidev编写用户层程序控制SPI设备。 在 Firefly-RK3399 开发板中对应的路径为： /dev/spidev0.0

spidev对应的驱动代码： kernel/drivers/spi/spidev.c

内核config需要选上SPI_SPIDEV：

│ Symbol: SPI_SPIDEV [=y] │ Type : tristate │ Prompt: User mode SPI device driver support │ Location: │ -> Device Drivers │ -> SPI support (SPI [=y]) │ Defined at drivers/spi/Kconfig:684 │ Depends on: SPI [=y] && SPI_MASTER [=y]

DTS配置如下：

&spi1 { status = "okay"; max-freq = <48000000>; spidev@00 { compatible = "linux,spidev"; reg = <0x00>; spi-max-frequency = <48000000>; }; };

详细使用说明请参考文档 spidev 。

FAQs

Q1: SPI数据传送异常

A1: 确保 SPI 4个引脚的 IOMUX 配置正确， 确认 TX 送数据时，TX 引脚有正常的波形，CLK 频率正确，CS 信号有拉低，mode 与设备匹配。