Linux芯片驱动之SPI Controller

针对一款新的芯片，芯片厂商如何基于Linux编写对应的 SPI controller 驱动？

我们先看看 Linux SPI 的整体框架：

可以看到，最底层是硬件层，对应芯片内部 SPI controller 和 挂在 SPI 总线上的外部设备；中间层是内核层，对应 SPI 驱动；最顶层是用户空间的应用程序。

位于内核层的 SPI 驱动，Linux kernel 抽象出了 spi core，屏蔽掉各厂商 spi controller 的差异，对上为 spi device driver 提供统一接口，对下为各芯片厂商实现 spi controller driver 接入spi core 提供统一接口。

为了用户空间应用程序能直接操作 spi，kernel 除了抽象出 spi core，还实现了 spidev 程序。spidev 主要有两部分构成：虚拟的 spi 设备驱动 + 字符设备，前者利用 spi core 提供的接口操作 spi，后者提供 read/write/ioctl 接口给用户空间。

与 spidev 同一层的 specific spi device driver，指的是各个 spi 外设在内核空间实现的驱动程序，也是利用 spi core 提供的接口操作 spi。也就是说，如果要在用户空间驱动 spi 外设，那可以使用 spidev 提供的接口；如果是在内核空间驱动 spi 外设，那就无需用到 spidev，直接在内核空间编写驱动即可。

作为芯片厂商，如果芯片内置了 spi controller，那么就需要实现 spi contorller driver。结合某芯片平台示例，编写 spi controller driver 的主要步骤如下：

1、定义 platform device 和 platform driver，并注册到 platform。

2、定义 spi_controller（又称 spi_master） 并注册到 spi core。下图代码经过精简。如红色箭头所示，1是分配一个 spi_controller(spi_master) 实例，2是定义 controller 的一些属性和函数操作，3是注册到 spi core 中。

3、实现 spi_controller 的 ops （operations）。

最关键的 operations 有两个，如上图中红色箭头2所示，set_cs 函数和 transfer_one 函数。set_cs 是操作 spi cs 脚；transfer_one 是操作 spi controller 完成一次 spi transfer。什么是 spi transfer？spi transfer 和 spi message 是 spi core 定义的概念，spi transfer 简单地说就是一次spi读或者写的操作，而一个 spi message 可由一个或者多个 spi transfer 组成。spi transfer 不控制 spi cs脚，而 spi message 控制 spi cs 脚。

下图是set_cs的实现，可以看到有操作芯片 spi controller 的 IO_CONTROL 寄存器的 CS 位。

下图是transfer_one的实现。红色箭头处，就是调用实际 spi 传输的函数，而且区分了DMA和非DMA两种情况。这两个函数的具体实现，与该芯片平台 spi controller 的设计紧密相关，相关操作逻辑和寄存器定义需要查阅芯片Spec。

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作者：bigfish99

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