Linux設備樹是一種描述硬件設備拓撲結構、資源分配等信息的機制，它的出現(xiàn)為移植嵌入式系統(tǒng)帶來了很大的便利性，但也帶來了新的學習和應用難度。SPI（Serial Peripheral Interface）總線是一種高速串行總線協(xié)議，常用于連接嵌入式系統(tǒng)中的外設。本文將從設備樹的角度出發(fā)，詳細介紹如何在Linux內(nèi)核中配置和使用SPI總線設備驅(qū)動。

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一、設備樹中SPI總線設備的描述

設備樹是一棵樹形結構，每個節(jié)點對應一個硬件設備或資源。下圖是一個簡單的設備樹結構示例：

“`

/ {

spi@a0001000 {

compatible = “atmel,at91sam9263-spi”;

reg = ;

interrupt-parent = &pioA;

interrupts = ;

pinctrl-names = “default”;

pinctrl-0 = ;

};

};

“`

我們來逐個研究每個節(jié)點的含義和屬性：

1. 根節(jié)點“/”

在設備樹中，根節(jié)點表示整個硬件平臺。它常常是唯一的一個節(jié)點，也可以有多個，比如多核處理器系統(tǒng)可以為每個核心生成一個根節(jié)點。根節(jié)點的屬性通常是平臺相關的，可以包括CPU類型、時鐘頻率、內(nèi)存布局等等。

2. SPI總線設備節(jié)點“spi@a0001000”

這是SPI設備的節(jié)點名，它由兩部分組成：“spi”表示節(jié)點類型，”a0001000”是設備的物理地址。SPI節(jié)點的屬性可以包括以下內(nèi)容：

* compatible：表示設備的兼容性信息，通常是一個字符串數(shù)組，字符串的格式由具體的硬件廠商或芯片開發(fā)者定義。

* reg：表示設備在總線上的地址范圍。

* interrupt-parent：表示IRQ控制器的父節(jié)點，在AT91SAM9263芯片中使用的是PIOA。

* interrupts：表示設備的中斷號。

* pinctrl-names和pinctrl：表示設備的引腳控制信息，用于配置設備的引腳(IO口)。

3. 設備樹編譯

設備樹用源碼形式編寫，通常保存在.dts或.dtb文件中。為了將設備樹文件編譯成.dtb文件，要使用dtc工具。我們可以在Linux內(nèi)核源碼中找到dtc，并使用以下命令編譯設備樹：

“`

$ dtc -I dts -O dtb -o spi.dtb spi.dts

“`

其中-I參數(shù)指定輸入格式為dts，-O參數(shù)指定輸出格式為dtb。編譯成功后，將得到一個名為spi.dtb的設備樹二進制文件。

二、設備驅(qū)動模型

Linux內(nèi)核的設備驅(qū)動模型通過一套抽象的結構體和接口，將設備和驅(qū)動程序之間進行解耦，以便更好地支持平臺移植和驅(qū)動模塊化。我們來看一下涉及到SPI總線設備驅(qū)動的關鍵結構體和接口。

1. struct spi_master

該結構體表示SPI總線控制器的主設備，它具有如下字段：

* bus_num：SPI總線控制器的編號，一般從0開始分配。

* max_speed_hz：該總線的更大總線速度，單位為Hz。

* mode_bits：該總線支持的SPI總線模式。

* chip_select：該總線所連接的芯片。

* num_chipselect：該總線支持的CS信號線數(shù)量。

* mode_bits：支持的SPI總線模式。

2. struct spi_device

該結構體表示一個SPI設備，它具有如下字段：

* max_speed_hz：該設備的更大總線速度，單位為Hz。

* chip_select：設備所使用的芯片選擇線。

* mode：設備的SPI總線模式。

* bits_per_word：設備使用的每個字的位數(shù)。

* controller_data：和控制器相關的設備數(shù)據(jù)。

3. struct spi_board_info

該結構體描述了一個SPI設備的常規(guī)屬性，用于創(chuàng)建一個spi_device結構體。

* modalias：設備驅(qū)動名稱。

* max_speed_hz：更大總線速度。

* bus_num：控制器編號。

* chip_select：芯片選擇線編號。

* mode：SPI總線模式。

* platform_data：設備的平臺數(shù)據(jù)。

4. SPI傳輸函數(shù)

主要使用以下函數(shù)與SPI設備進行數(shù)據(jù)傳輸：

* spi_setup：對SPI傳輸進行一些基礎的設置，如極性、相位、總線速率等。

* spi_setup_transfer：配置傳輸參數(shù)（字長、模式、速度等）。

* spi_message_init：初始化SPI消息，用于將多個傳輸組織在一起。

* spi_sync：發(fā)送數(shù)據(jù)到SPI設備并等待回應。

* spi_write_then_read：從設備中讀取和寫入數(shù)據(jù)。

* spi_write：寫入數(shù)據(jù)到設備。

以上函數(shù)的具體定義和使用方法詳見Linux內(nèi)核源碼和相關文檔。

三、SPI設備驅(qū)動的實現(xiàn)步驟

SPI設備驅(qū)動的實現(xiàn)步驟如下：

1. 注冊SPI主設備

SPI主設備的注冊可以在平臺設備的probe函數(shù)中執(zhí)行，可以使用spi_register_master函數(shù)進行注冊。在注冊SPI主設備時，需要先通過platform_get_resource函數(shù)獲取到一個指向設備樹節(jié)點的指針，再從該指針中讀取設備節(jié)點的屬性。

“`

static int spi_probe(struct platform_device *pdev)

{

struct resource *res;

struct spi_master *master;

struct device *dev = &pdev->dev;

res = platform_get_resource_byname(pdev, IORESOURCE_MEM, “spi”);

if (!res) {

dev_err(dev, “no memory resource specified\n”);

return -ENXIO;

}

master = spi_alloc_master(&pdev->dev, sizeof(struct sam_spi));

if (!master)

return -ENOMEM;

master->bus_num = pdev->id;

master->num_chipselect = SAM_CS_NUM;

master->mode_bits = SPI_CPOL | SPI_CPHA;

master->max_speed_hz = 24000000;

master->dev.of_node = dev->of_node;

platform_set_drvdata(pdev, master);

return spi_register_master(master);

}

“`

其中，spi_alloc_master函數(shù)用于創(chuàng)建一個新的SPI主設備，sizeof(struct sam_spi)表示設備私有數(shù)據(jù)結構的大小。

2. 注冊SPI子設備

SPI子設備的注冊可以在平臺設備的probe函數(shù)中執(zhí)行。需要使用spi_new_device函數(shù)創(chuàng)建一個spi_device結構體，并傳入spi_master指針、spi_board_info結構體等參數(shù)。在注冊SPI子設備時，需要根據(jù)設備樹節(jié)點的屬性設置相應的參數(shù)。

“`

static int spi_probe(struct platform_device *pdev)

{

……

for (i = 0; i

if (!board_info[i].modalias)

continue;

if (board_info[i].bus_num != pdev->id)

continue;

/* create a new slave device */

slave = spi_new_device(master, &board_info[i]);

if (!slave) {

dev_err(&master->dev, “can’t create SPI slave %d\n”, i);

continue;

}

priv = spi_master_get_devdata(master);

priv->devices[i] = slave;

}

……

return 0;

}

“`

spi_new_device函數(shù)將會自動設置spi_device的max_speed_hz、chip_select、mode、bits_per_word四個參數(shù)。其中max_speed_hz的值依據(jù)設備樹節(jié)點的某個屬性值自動設置的。

3. SPI傳輸

在驅(qū)動程序中使用SPI傳輸數(shù)據(jù)的例子：

“`

static int spi_xfer(struct spi_device *spi, struct spi_transfer *tfr)

{

int ret;

ret = spi_setup_transfer(spi, tfr);

if (ret)

return ret;

ret = spi_sync(spi, tfr);

if (ret)

return ret;

return 0;

}

“`

該函數(shù)將使用spi_setup_transfer函數(shù)以及spi_sync函數(shù)來實現(xiàn)SPI傳輸。spi_setup_transfer函數(shù)用于設置SPI傳輸?shù)哪Ｊ胶蜁r鐘速度等參數(shù)；spi_sync函數(shù)用于發(fā)送SPI信號并等待響應。在spi_transfer結構體中，填充好了tx_buf和rx_buf兩個緩沖區(qū)，它們分別存放待發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)。spi_transfer結構體中的屬性例如bit_per_word、speed_hz等，表示該傳輸?shù)奈粩?shù)和時鐘速度，之前已經(jīng)通過spi_new_device函數(shù)自動設置。

四、設備樹使用示例

設備樹的配置有很多種方式，下面給出一種情況下SPI設備樹的相關配置方式。

在設備樹文件中添加SPI節(jié)點：

“`

spi@11007000 {

compatible = “atmel,sam9x60-spi”;

reg = ;

interrupts = ;

clocks = , ;

clock-names = “spi”, “peripheral_clk”;

pinctrl-names = “default”;

pinctrl-0 = ;

};

pinctrl_spi0_default: spi0-default {

atmel,pins = ;

atmel,groups = “spi0_grp”;

};

“`

其中spi節(jié)點描述如前面二節(jié)所述，pinctrl_spi0_default節(jié)點描述了該SPI總線的引腳控制信息。

用戶驅(qū)動程序代碼：

“`

static struct spi_board_info spidev_board_info[] = {

{

.modalias = “spidev”,

.max_speed_hz = 1000000,

.bus_num = 0,

.chip_select = 0,

.mode = SPI_MODE_0,

},

};

static int __init spidev_init(void)

{

struct spi_master *master;

struct spi_device *spi;

master = spi_busnum_to_master(0);

if (!master) {

pr_err(“spi_busnum_to_master(%d) returned NULL\n”, 0);

return -ENODEV;

}

spi = spi_new_device(master, &spidev_board_info[0]);

if (!spi) {

pr_err(“spi_new_device fled\n”);

return -EBUSY;

}

spi_setup(spi);

return 0;

}

module_init(spidev_init);

“`

以上代碼使用spi_busnum_to_master函數(shù)獲取到SPI主設備，然后使用spi_new_device函數(shù)創(chuàng)建一個SPI子設備，并進行spi_setup。由于在設備樹文件中設置了唯一的一個SPI總線節(jié)點，因此我們可以在代碼中寫死SPI總線的bus_num為0，而不必再通過設備樹來查找SPI總線的節(jié)點。

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?。?！

（1）打開Linux虛擬機在桌面創(chuàng)建一個文件夾，在文件夾里面創(chuàng)建一個以.c或者.cpp為后綴的文件

（2）把你的源程序敲在你的.c/.cpp文件里面，保存！

（3）ctrl+alt+t 同時按住打開終端

（4）輸入cd 然后把你在之一步創(chuàng)建的文件夾拖到終端里，你就會得到“cd 這個文件夾森早的位置”

（5）把文件路徑的引號刪掉，回車后你就會發(fā)現(xiàn)讀到這個文件夾里面了

（6）然后輸入gcc 文件全名（g++ 文件全名）例如：gcc a.c  然后運行

這時如果你沒有安裝編譯器，終端上會提示你??！會提示你！會提示你！就像下面這樣

然此激雀后你復制自鉛瞎己的提示運行就可以了，安裝會要你輸入密碼，輸入的時候是沒有符號提示的！輸入了就回車等下載好就可以

（7）然后會在你的文件夾里生成一個名為a.out的文件

（8）輸入./a.out就可以執(zhí)行了！

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