1. 前言

限于作者能力水平，本文可能存在谬误，因此而给读者带来的损失，作者不做任何承诺。

2. SPI 总线驱动

2.1 SPI 总线拓扑

SPI 总线是Master设备和Slave从设通信的接口，是一种高速、全双工的同步串行通信总线。简单看一下 SPI 总线的拓扑结构：

其中：

SCLK: SPI 总线时钟，4MHz-20MHz；
MOSI: 数据线，从Master传送数据到Slave；
MISO: 数据线，从Slave传送数据到Master；
SSx: Slave片选信号，可能标记成CS更常见。

2.2 SPI 总线工作模式

SPI 有4种工作模式，通过串行时钟极性(CPOL)和相位(CPHA)的搭配来得到4种工作模式。先看下 CPOL 和 CPHA 的作用：

1. CPOL=0，串行时钟空闲状态为低电平。
2. CPOL=1，串行时钟空闲状态为高电平，此时可以通过配置时钟相位(CPHA)来选择具体的传输协议。
3. CPHA=0，串行时钟的第1个跳变沿(上升沿或下降沿)采集数据。
4. CPHA=1，串行时钟的第2个跳变沿(上升沿或下降沿)采集数据。

再看由 CPOL 和 CPHA 搭配的模式：

SCL空闲时电平	采样	CPHA	Mode
低电平	上升沿	CPOL = 0, CPHA = 0	Mode0
低电平	下降沿	CPOL = 0, CPHA = 1	Mode1
高电平	下降沿	CPOL = 1, CPHA = 0	Mode2
高电平	上升沿	CPOL = 1, CPHA = 1	Mode3

通过配置 SPI Master控制器，可以配置 SPI 的工作模式，而从设的模式一般是固定的，可以参数从设的数据手册。
SPI 的读写不同于 I2C，不需要显示标记，因为 SPI 是全双工的，读写可以同时进行。

2.3 SPI 总线驱动编写

编写 SPI 总线驱动相关的内核接口：

extern struct spi_controller *__spi_alloc_controller(struct device *host,unsigned int size, bool slave);
extern int spi_register_controller(struct spi_controller *ctlr);

看一个 SPI 总线驱动框架示例：

spi@01c68000 {compatible = "allwinner,sun8i-h3-spi";...spi@0 {compatible = "nanopi,spidev";...};
};

static int sun6i_spi_probe(struct platform_device *pdev)
{struct spi_master *master;/* 创建SPI总线控制器对象 */master = spi_alloc_master(&pdev->dev, sizeof(struct sun6i_spi));.../* SPI控制器中断处理: 数据传输完成、传输FIFO等的处理 */ret = devm_request_irq(&pdev->dev, irq, sun6i_spi_handler,0, "sun6i-spi", sspi);...master->max_speed_hz = 100 * 1000 * 1000; /* 支持的最小时钟 */master->min_speed_hz = 3 * 1000; /* 支持的最小时钟 */master->set_cs = sun6i_spi_set_cs; /* 片选接口 */master->transfer_one = sun6i_spi_transfer_one; /* 设置SPI总线数据传输接口 */...master->mode_bits = SPI_CPOL | SPI_CPHA | SPI_CS_HIGH | SPI_LSB_FIRST; /* 设置工作模式 */.../* 注册SPI总线控制器对象到系统 */ret = devm_spi_register_master(&pdev->dev, master);return 0;
}static const struct of_device_id sun6i_spi_match[] = {...{ .compatible = "allwinner,sun8i-h3-spi",  .data = (void *)SUN8I_FIFO_DEPTH },{}
};static struct platform_driver sun6i_spi_driver = {.probe	= sun6i_spi_probe,....driver	= {....of_match_table	= sun6i_spi_match,...};
};

3. SPI 从设驱动

以 ads7846 触摸输入设备驱动为例来分析。

spi@01c68000 {compatible = "allwinner,sun8i-h3-spi";.../* SPI 从设 ads7846，挂接在 SPI 总线 spi@01c68000 上 */pitft-ts@1 {compatible = "ti,ads7846";...spi-max-frequency = <2000000>;interrupt-parent = <&pio>;interrupts = <6 9 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>;   /* PG9 / EINT9 */...};
};

static const struct of_device_id ads7846_dt_ids[] = {...{ .compatible = "ti,ads7846",	.data = (void *) 7846 },...{ }
};/* SPI 从设驱动入口 */
static int ads7846_probe(struct spi_device *spi)
{struct input_dev *input_dev;...spi->bits_per_word = 8;spi->mode = SPI_MODE_0;err = spi_setup(spi); /* 设置 SPI 工作模式和时钟频率 *//* 创建输入设备对象 */input_dev = input_allocate_device();.../* 配置输入设备 */input_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_ABS);input_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_TOUCH)] = BIT_MASK(BTN_TOUCH);input_set_abs_params(input_dev, ABS_X,pdata->x_min ? : 0,pdata->x_max ? : MAX_12BIT,0, 0);.../* 上电 */ts->reg = regulator_get(&spi->dev, "vcc");err = regulator_enable(ts->reg);/* 注册输入中断处理接口：上报按键事件 */err = request_threaded_irq(spi->irq, ads7846_hard_irq, ads7846_irq,irq_flags, spi->dev.driver->name, ts);.../* 注册输入设备 */err = input_register_device(input_dev);...return 0;
}static struct spi_driver ads7846_driver = {.driver = {.name	= "ads7846",....of_match_table = of_match_ptr(ads7846_dt_ids),},.probe		= ads7846_probe,...
};

一个 SPI 输入设备的驱动框架已经出来了，现在还剩一点需要说明：系统是何时创建 spi_device 来触发驱动的 ads7846_probe() 接口的？答案是 SPI 控制器驱动对象注册的时候：

#define devm_spi_register_master(_dev, _ctlr) \\devm_spi_register_controller(_dev, _ctlr)int devm_spi_register_controller(struct device *dev,struct spi_controller *ctlr)
{int ret;...ret = spi_register_controller(ctlr);...return ret;
}int spi_register_controller(struct spi_controller *ctlr)
{...dev_set_name(&ctlr->dev, "spi%u", ctlr->bus_num);status = device_add(&ctlr->dev);...list_add_tail(&ctlr->list, &spi_controller_list);list_for_each_entry(bi, &board_list, list)spi_match_controller_to_boardinfo(ctlr, &bi->board_info); /* 旧的 spi_register_board_info() 方式创建 spi_device */of_register_spi_devices(ctlr); /* DTS 方式创建 spi_device */acpi_register_spi_devices(ctlr); /* ACPI 方式创建 spi_device */
done:return status;
}/* 旧的 spi_register_board_info() 方式创建 spi_device */
static void spi_match_controller_to_boardinfo(struct spi_controller *ctlr,struct spi_board_info *bi)
{struct spi_device *dev;dev = spi_new_device(ctlr, bi);...
}struct spi_device *spi_new_device(struct spi_controller *ctlr,struct spi_board_info *chip)
{struct spi_device	*proxy;proxy = spi_alloc_device(ctlr); /* 创建 spi_device 对象 */...status = spi_add_device(proxy); * 注册 spi_device 到 driver core，触发驱动 probe 接口 */...return proxy;
}/* DTS 方式创建 spi_device */
static void of_register_spi_devices(struct spi_controller *ctlr)
{struct spi_device *spi;/ 扫描 DTS 中 SPI 总线上挂接的从设节点，为它们创建 spi_device。 * 如前面 DTS 代码片段中的 "ti,ads7846" 。*/for_each_available_child_of_node(ctlr->dev.of_node, nc) {...spi = of_register_spi_device(ctlr, nc);...}
}static struct spi_device *
of_register_spi_device(struct spi_controller *ctlr, struct device_node *nc)
{struct spi_device *spi;int rc;spi = spi_alloc_device(ctlr); /* 创建 spi_device 对象 */...rc = of_spi_parse_dt(ctlr, spi, nc); /* 解析 SPI 从设 DTS 配置 */rc = spi_add_device(spi); /* 注册 spi_device 到 driver core，触发驱动 probe 接口 */return spi;
}

4. SPI 用户空间接口

我们可以通过 SPI 子系统，提供的用户空间接口来操控 SPI 从设。

4.1 创建 SPI 总线用户空间字符设备节点

spi@01c68000 {compatible = "allwinner,sun8i-h3-spi";.../* SPI 总线用户空间设备 DTS */spi@0 {compatible = "nanopi,spidev";...};
};

/* drivers/spi/spidev.c */static const struct of_device_id spidev_dt_ids[] = {...{ .compatible = "nanopi,spidev" },...{},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, spidev_dt_ids);static int spidev_probe(struct spi_device *spi)
{struct spidev_data	*spidev;...minor = find_first_zero_bit(minors, N_SPI_MINORS);if (minor < N_SPI_MINORS) struct device *dev;spidev->devt = MKDEV(SPIDEV_MAJOR, minor);/* 创建 SPI 总线的字符设备节点：供用户空间访问 */dev = device_create(spidev_class, &spi->dev, spidev->devt,spidev, "spidev%d.%d",spi->master->bus_num, spi->chip_select);} else {...}...
}s
tatic struct spi_driver spidev_spi_driver = {.driver = {.name =		"spidev",.of_match_table = of_match_ptr(spidev_dt_ids),...},.probe =	spidev_probe,...
};static int __init spidev_init(void)
{int status;/* SPI 总线字符设备 */status = register_chrdev(SPIDEV_MAJOR, "spi", &spidev_fops);...spidev_class = class_create(THIS_MODULE, "spidev");...status = spi_register_driver(&spidev_spi_driver);...return status;
}
module_init(spidev_init);

4.2 操作 SPI 总线用户字符设备节点

int fd, mode = SPI_MODE_0;fd = open("/dev/spidev1.0", O_RDWR);
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MODE, &mode); /* 设置工作模式 */
ret = ioctl(fd_spi, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits); /* 设置SPI的数据位 */
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed); /* 设置速度 */
ret = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(n), &tr); /* 数据发送 */
...
close(fd);

更多细节参考 drivers/spi/spidev.c 中的 spidev_ioctl() 接口。