瑞芯微RK3506核心板/开发板SPI Slave从设备开发攻略

内核SPI Slave软件简介

SPI主从之间传输通常遵循特定协议，如SPI Nor 兼容 JEDEC SDFP 协议，瑞芯微RK SPI slave 作为设备端传输也应遵循特定的协议，由于协议无范式，所以RK提供自定义的传输协议和设备驱动以供客户参考。

Linux SPI slave驱动框架限制：使用传输队列，虽然队列唤醒后的线程优先级较高，但受调度影响不能完全保证实时性。

瑞芯微RK SPI slavemode限制：每次传输需重新发起SPI控制器配置，因此为确保SPImaster能够获知RK SPI slave完成传输配置从而发起数据传输，RKSPIslave端需增加side-band信号做ready状态位。

本文基于

触觉智能RK3506星闪开发板

演示SPI Slave从设备开发，其配套RK3506核心板（3核A7+M0多核异构），100%全国产，峰值功耗低至0.65W。

瑞芯微RK SPI slave 传输协议

 

• RK SPI Slave 传输基本流程

数据传输要求指定ready-gpios来通知SPI master分为5个部分：

（1）Slave 主动发起 spi_syncstep（2）Slave ready，使能 GPIO_SlV_READY 信号（3）master 确认 Slave ready 后发起传输（4）Slave 接收来自 master 发出的足够的 clk 后完成传输（5）Slave idle，释放 GPIO_SlV_READY 信号

、

 

• 定义两种包类型

包括ctrl packet：2B cmd，2B addr（RK slave 定义的 application buffer 偏移地址），4B data（通常用于指定之后 data 包的传输长度）和data packet。

 

• 定义两种传输类型

ctrl 传输（仅包含 1 ctrl packet），以及data 传输（包含1 ctrl packet 和 1 data packet 的两笔 SPI 传输）。
 

 

• spidev_rkslv 支持 SPI_OBJ_APP_RAM_SIZE 长度的 application buffer 用于缓存传输数据，SPI master发起的 data 传输 1 ctrl packet 2B addr 指向该缓存偏移地址
   
• 设备驱动

驱动源码：

 

drivers/spi/spidev-rkslv.c drivers/spi/spidev-rkmst.c

 

源码简介：

static int spidev_rkslv_ctrl_receiver_thread(void *p) //建立线 程，线程内重复发起传输 { while (1) spidev_rkslv_xfer(spidev); drivers/spi/spidev-rkmst.c： 实现业务 } static int spidev_rkslv_xfer(struct spidev_rkslv_data *spidev) //传输入口 { spidev_slv_read(spidev, spidev->ctrlbuf, SPI_OBJ_CTRL_MSG_SIZE); //1 ctrl packet，获取并解析传输类型 switch (ctrl->cmd) { //1 data packet，根据传输类型，定义 data packet 并完成收发 case SPI_OBJ_CTRL_CMD_INIT: /* to-do */ case SPI_OBJ_CTRL_CMD_READ: /* to-do */ case SPI_OBJ_CTRL_CMD_WRITE: /* to-do */ case SPI_OBJ_CTRL_CMD_DUPLEX: /* to-do */ } } static const struct file_operations spidev_rkslv_misc_fops = {} //注册 misc device 测试接口

 

drivers/spi/spidev-rkmst.c说明：

 

static int spidev_rkmst_xfer(struct spidev_rkmst_data *spidev, void *tx, void *rx, u16 addr, u32 len) //传输入口 { spidev_rkmst_ctrl(spidev, cmd, addr, len); //1 ctrl packet，定义传输类型 switch (cmd) { //1 data packet，根据传输类型，定义 data packet 并完成收发 case SPI_OBJ_CTRL_CMD_READ: /* to-do */ case SPI_OBJ_CTRL_CMD_WRITE: /* to-do */ case SPI_OBJ_CTRL_CMD_DUPLEX: /* to-do */ } } static const struct file_operations spidev_rkmst_misc_fops = {} //注册 misc device 测试接口

 

• 业务实现形式

SPI Slave 测试设备配置 

 

• SPI master 发起单包数据传输测 ：

echo cmd addr length > /dev/spidev_rkmst_misc

说明：cmd ：支持 read/write/duplex;addr：为对端 slave application buffer 偏移，单位 Bytes，仅支持 10 进制输入;length：为 data packet 长度，单位 Bytes，仅支持 10 进制输入;

实例如下：

 

echo write 128 128 > /dev/spidev_rkmst_misc echo read 128 128 > /dev/spidev_rkmst_misc echo duplex 128 128 > /dev/spidev_rkmst_misc

• SPI master 发起自动化测试 ：

echo autotest length loops compare > /dev/spidev_rkmst_misc

说明：autotest：固定输入，先测试全双工数据传输，再测试读写数据传输，并输出速率结果;测试默认使用对端 slave application buffer 偏移地址 0;

length：为 data packet 长度，单位 Bytes，仅支持 10 进制输入；loops：设定压测循环次数；

compare：1 - 开启数据校验；0 - 关闭数据校验（支持特定场景，如持续输出数据进行信号测试）；

实例如下：

echo autotest 1024 64 1 > /dev/spidev_rkmst_misc

• SPI master 发起自动化测试 ：

echo appmem 0 256 > ./dev/spidev_rkslv_misc #打印 application buffer 数据 echo verbose 1 > ./dev/spidev_rkslv_misc #开启传输传输过程 debug log，echo verbose 0 关闭打印

SPI Slave常见问题
 

• SPI 无信号

调试前确认驱动有跑起来；确保 SPI 4个引脚的IOMUX配置无误；

确认TX 引脚有正常的波形，CLK有正常的 CLOCK 信号，CS信号有拉低；

如果clk频率较高，可以考虑提高驱动强度来改善信号；

如何简单判断SPI DMA 是否使能，串口打印如无以下关键字,则DMA 使能成功：
 

[ 0.457137] Failed to request TX DMA channel [ 0.457237] Failed to request RX DMA channel

 

• 延时采样时钟配置方案

对于 SPI io 速率较高的情形，正常 SPI mode 可能依旧无法匹配外接器件输出延时，RK SPI master read 可能无法采到有效数据，需要启用 SPI rsd 逻辑来延迟采样时钟。
 

 

• SPI 传输方式说明

（1）默认传输模式

master mode 支持 IRQ、DMA 和 CPU 传输，slave mode 支持 IRQ 和 DMA 传输，默认都为 IRQ/DMA 组合传输方式：
 

当传输长度 < fifo 深度时，使用 IRQ 传输，默认使用 4.19 及以上内核版本的SOC，fifo 深度为64;

当传输长度 >= fifo 深度时，使用DMA传输;
 

 

（2）修改传输模式

master mode支持：

默认IRQ/DMA 组合传输方式;

参考 ”关闭 DMA 支持，仅支持 IRQ 传输；“ 说明，关闭 DMA，配置后仅支持IRQ 传输；

参考”rockchip,poll-only“ 说明，配置后仅支持CPU传输；
 

slave mode 不支持修改传输模式。
 

 

（3）IRQ传输特性

当数据 < fifo 深度时，一次传触发 1 个中断，当数据 >= fifo 深度且使用 IRQ 传输时，fifo 水线设置为半 fifo，通常为 32 item，一次传输大致上触发 items / 32 次中断。
 

 

（4）DMA 传输特性

不触发 spi 控制器中断，使用 DMA 传输 finished call back 回调

 

 

• SPI 传输速率及 CPU 占用率高优化方向

通常 SPI 传输速率慢、IO 高负载下 CPU 占用率高的原因是因为：SPI 传输粒度小，且传输次数多，频繁发起传输从而涉及较多的调度。建议优化方向：
 

1. 开启 auto runtime，延时设置为 500ms，具体值以实测为准，修改点为 dts 节点添加rockchip,autosuspend-delay-ms 属性；

2. 降低 CPU 负载：改用 IRQ 传输，相对 DMA 可能会有优势，补丁参考 “改为 IRQ 传输” 小节；

3. 降低 CPU 负载：如为 DMA 传输，可修改 TX DMA 水线来降低 CPU 在 DMA 回调函数中等待 fifo传输完成的时间，补丁参考 “修改 SPI 水线。