RK 平台 SPI 开发完全指南（驱动 + 配置 + 测试 + 优化）

 

 

 

在嵌入式Linux开发中，SPI（串行外设接口）凭借高速同步通信特性，广泛应用于传感器、存储芯片、显示模块等外设交互场景。瑞芯微（Rockchip）作为主流嵌入式芯片厂商，其Linux平台SPI驱动已形成完善的开发体系，支持Master/Slave双模式、多速率适配及灵活配置。本文基于Rockchip官方开发指南，从功能特性、驱动配置、测试验证到优化方案，全方位拆解RK平台SPI开发流程。

一、RK平台SPI核心特性速览

 

 

1. 基础支持能力

 

 

•协议兼容：默认采用摩托罗拉SPI协议，支持4种传输模式（CPOL/CPHA组合配置）

 

 

•数据宽度：支持8位/16位传输，16位模式可提升DMA传输效率

 

 

•片选扩展：每个SPI控制器支持1-2个硬件片选，可通过cs-gpios扩展更多片选信号

 

 

•内核适配：兼容Linux4.4、Linux4.19及以上内核（含Linux5.10），新增Slave模式框架支持

 

 

2. 关键速率参数（全平台汇总）

 

 

SOC系列	Master模式最高速率	Slave模式最高速率
RK3506/RK3588	50MHz	50MHz/33MHz
RV1103B/RV1106B	50MHz	33MHz
RK3576/RK3562	50MHz	33MHz
RV1126/RV1109	50MHz	16MHz
其他平台	50MHz	16MHz

 注意：表格速率为理论值，实际受PCB走线质量、PLL分频策略影响，需以实测为准；部分平台需配置100MHz工作时钟（二分频后输出50MHz）。

 

 

二、开发环境与核心代码路径

 

 

1. 内核配置前提

 

 

需在Kernel配置中启用SPI相关支持，配置路径如下：

 

 

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Device Drivers --->  [*] SPI support --->    <*> Rockchip SPI controller driver  # RK专用SPI控制器驱动    <*> User mode SPI device driver support  # 用户态访问支持（可选）    [*] SPI slave protocol handlers  # Slave模式支持（如需从机功能）

2. 核心代码位置

 

 

功能模块	代码路径	作用说明
SPI驱动框架	drivers/spi/spi.c	Linux通用SPI框架实现
RK SPI主控驱动	drivers/spi/spi-rockchip.c	主控模式核心逻辑、寄存器操作
RK SPI从机驱动	drivers/spi/spi-rockchip-slave.c	从机模式数据传输、DMA处理
用户态设备节点驱动	drivers/spi/spidev.c	创建/dev/spidev设备节点，支持用户态操作
内核测试驱动	drivers/spi/spi-rockchip-test.c	内核态测试工具，需手动添加编译
用户态测试工具	Documentation/spi/spidev_test.c	用户态SPI读写测试示例程序

三、SPI驱动配置实战（Master/Slave双模式）

 

 

1. Master模式配置（RK芯片作为主机）

 

 

（1）DTS节点配置示例（以SPI0为例）

 

 

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&spi0 {    status = "okay";    // 可选配置：关闭DMA仅用IRQ传输（默认开启DMA）    // dma-names;    // 可选配置：读采样延时（单位ns，需根据外设调整）    // rx-sample-delay-ns = <10>;    // 可选配置：Runtime PM休眠延时（优化功耗）    // rockchip,autosuspend-delay-ms = <500>;    spi_test@0 {        compatible = "rockchip,spi_test_bus0_cs0";  // 与驱动匹配名        reg = <0>;  // 片选编号（0或1）        spi-cpha;  // 配置CPHA=1（默认0）        spi-cpol;  // 配置CPOL=1（默认0）        spi-lsb-first;  // 小端优先传输（默认大端）        spi-max-frequency = <24000000>;  // 传输速率（不超过50MHz）    };};

（2）时钟配置说明

 

 

•SPI输出时钟（spi-max-frequency）由工作时钟（assigned-clock-rates）分频得到

 

 

•约束关系：assigned-clock-rates ≥ 2×spi-max-frequency（内部分频为偶数）

 

 

•示例：需50MHz传输速率时，配置assigned-clock-rates = <100000000>

 

 

2. Slave模式配置（RK芯片作为从机）

 

 

（1）关键依赖

 

 

需先确认SDK包含Slave驱动补丁（commit 10cbf3c2），无补丁可通过瑞芯微Redmine获取。

 

 

（2）DTS节点配置示例（以SPI1为例）

 

 

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&spi1 {    compatible = "rockchip,spi-slave";  // 从机模式标识    status = "okay";    ready-gpios = <&gpio1 RK_PD3 GPIO_ACTIVE_LOW>;  // 就绪信号（下降沿有效）    // 可选配置：屏蔽CS释放检测（适用于长时序场景）    // rockchip,cs-inactive-disable;    slave@0 {        compatible = "rockchip,spi_test_bus1_cs0";        reg = <0>;  // 从机仅支持片选0        spi-cpha;        spi-cpol;        spi-lsb-first;        max-frequency = <33000000>;  // 遵循对应SOC的Slave速率限制    };};

（3）从机模式关键须知

 

 

•传输顺序：Slave需先启动读写操作，Master再发起传输（避免数据丢失）

 

 

•DMA建议：Slave模式默认启用DMA，不建议关闭（大长度传输需依赖DMA避免缓存溢出）

 

 

•性能模式：Master速率＞5MHz（8位）/10MHz（16位）时，需开启performance模式

 

 

3. cs-gpios片选扩展（Linux4.19+）

 

 

当硬件片选不足时，可通过GPIO模拟片选，配置步骤如下：

 

 

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// 1. 定义GPIO引脚功能&pinctrl {    spi1 {        spi1_cs2n: spi1-cs2n {            rockchip,pins = <0 RK_PC4 RK_FUNC_GPIO &pcfg_pull_up_drv_level_0>;        };    };};// 2. SPI节点引用扩展片选&spi1 {    status = "okay";    cs-gpios = <&gpio0 RK_PC2 GPIO_ACTIVE_LOW>,  // 原有片选0               <&gpio0 RK_PC3 GPIO_ACTIVE_LOW>,  // 原有片选1               <&gpio0 RK_PC4 GPIO_ACTIVE_LOW>;  // 扩展片选2};

四、驱动开发与测试验证

 

 

1. 内核态驱动开发示例

 

 

核心实现probe函数（设备匹配与初始化）和读写接口，参考代码：

 

 

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#include static int spi_test_probe(struct spi_device *spi) {    int ret;    if (!spi) return -ENOMEM;
    spi->bits_per_word = 8;  // 设置数据宽度    ret = spi_setup(spi);    // 初始化SPI配置    if (ret < 0) {        dev_err(&spi->dev, "SPI配置失败n");        return ret;    }    return 0;}// 设备树匹配表static const struct of_device_id spi_test_dt_match[] = {    {.compatible = "rockchip,spi_test_bus0_cs0"},    {.compatible = "rockchip,spi_test_bus1_cs0"},    {},};MODULE_DEVICE_TABLE(of, spi_test_dt_match);// SPI驱动结构体static struct spi_driver spi_test_driver = {    .driver = {        .name = "spi_test",        .of_match_table = of_match_ptr(spi_test_dt_match),    },    .probe = spi_test_probe,    .remove = spi_test_remove,};module_init(spi_test_init);  // 驱动注册module_exit(spi_test_exit);  // 驱动卸载

2. 测试验证步骤

 

 

（1）内核态测试（使用spi-rockchip-test驱动）

 

 

1.编译驱动：在drivers/spi/Makefile中添加obj-y += spi-rockchip-test.o

 

 

2.加载驱动后，执行测试命令：

 

 

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# 写测试：向ID=0的设备写入10次，每次255字节echo write 0 10 255 > /dev/spi_misc_test# 读测试：从ID=0的设备读取10次，每次255字节echo read 0 10 255 > /dev/spi_misc_test# 速率设置：将ID=0的设备速率设为1MHzecho setspeed 0 1000000 > /dev/spi_misc_test

（2）用户态测试（使用spidev设备节点）

 

 

1.编译测试工具：make CROSS_COMPILE=xxx-linux-gnu- -C linux-src M=Documentation/spi

 

 

2.运行测试程序：

 

 

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# 读取spidev1.1设备，传输1024字节./spidev_test -D /dev/spidev1.1 -s 24000000 -r -n 1024

（3）Slave模式专项测试

 

 

1.Slave端启动写操作：echo write 0 1 16 > /dev/spi_misc_test

 

 

2.Master端启动读操作：echo read 0 1 16 > /dev/spi_misc_test

 

 

3.自动化压测（Master端）：echo autotest 1024 64 1 > /dev/spidev_rkmst_misc（1024字节×64次，开启校验）

 

 

五、常见问题与优化方案

 

 

1. 高频问题排查

 

 

（1）SPI无信号输出

 

 

•检查驱动加载状态：lsmod | grep spi_rockchip

 

 

•确认引脚配置：验证IOMUX是否正确映射为SPI功能

 

 

•排查DMA使能：串口无"Failed to request TX/RX DMA channel"则DMA正常

 

 

•增强驱动强度：高频场景下提高GPIO驱动能力改善信号质量

 

 

（2）传输数据错误

 

 

•速率匹配：确认Master/Slave速率不超过对应SOC的限制

 

 

•采样延时：高速传输时添加rx-sample-delay-ns配置（如10ns）

 

 

•模式一致性：Master与Slave的CPOL/CPHA配置必须一致

 

 

2. 性能优化方向

 

 

（1）降低CPU占用率

 

 

•开启Runtime PM：dts添加rockchip,autosuspend-delay-ms = <500>

 

 

•调整传输模式：小数据量场景改用IRQ传输（关闭DMA）

 

 

•优化DMA水线：修改TX DMA水线值（如设为11）减少回调等待时间

 

 

（2）提升传输速率

 

 

•启用16位数据宽度：最大化FIFO利用率，加速DMA传输

 

 

•开启performance模式：避免DRAM变频导致缓存溢出（参考如下代码）

 

 

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// 传输前开启性能模式rockchip_set_system_status(SYS_STATUS_PERFORMANCE);// 执行SPI传输spi_read_slt(id, rxbuf, size);// 传输后关闭性能模式rockchip_clear_system_status(SYS_STATUS_PERFORMANCE);

•减少传输次数：合并小数据包，降低调度开销

 

 

RK平台SPI开发的核心在于掌握DTS配置规范、模式匹配要点及性能优化技巧。通过本文的步骤拆解，无论是快速搭建基础通信链路，还是深度优化传输性能，都能找到对应的实现方案。建议开发过程中结合具体SOC的速率限制和外设需求，灵活调整配置参数，确保SPI通信稳定可靠。

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审核编辑 黄宇