SPI从机与主机接口驱动解析及传输时序

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信协议，常用于连接微控制器和其他外围设备。SPI接口分为主设备（Master）和从设备（Slave），主设备控制数据传输的时序，而从设备根据主设备的指令响应。在Linux内核中，SPI驱动包括主设备驱动和从设备驱动。 "本文将详细介绍SPI从设备（SPI Slave）及其与主设备（SPI Master）的接口驱动以及传输时序，重点关注如何编写多设备公用驱动、如何封装读写请求到SPI框架层，以及SPI消息请求如何分发到主设备。" 1. **编写多设备公用驱动** 在Linux内核中，SPI从设备驱动通常作为通用驱动来设计，以适应不同类型的SPI从设备。例如，spidev.c提供了一个字符驱动模板，适用于多种名为"spidev"的SPI设备。该驱动的通用性体现在对设备的初始化、读写操作和中断处理等方面，能灵活地适配不同的硬件特性。为了支持多设备，驱动需要维护一个设备列表，使用链表数据结构（如`device_list`）和互斥锁（如`device_list_lock`）来管理设备的添加、删除和访问安全。 2. **封装读写请求到SPI框架层** SPI驱动的读写操作通常通过SPI消息（`spi_message`）结构体来实现。开发者需要将读写请求封装成一个或多个`spi_transfer`结构体，这些结构体包含了传输的参数，如地址、数据、时钟速率等。然后，这些`spi_transfer`被组织成`spi_message`，并由`spi_async()`或`spi_sync()`函数提交到SPI主设备驱动。SPI框架会处理这些请求，将它们调度到合适的时机执行，并确保数据正确传输。 3. **SPI消息请求分发到主设备** 当从设备驱动准备好一个`spi_message`后，通过`spi_master`的`transfer`回调函数将其传递给主设备驱动。在`spi_board_info`或`spi_master`注册时，主从设备之间的匹配已经完成。主设备驱动负责解析`spi_message`，控制SPI总线的时钟、MOSI（主输出从输入）、MISO（主输入从输出）和SS（片选）信号，以执行实际的数据传输。`probe`函数是设备初始化的关键，它会根据配置信息设置SPI设备，并将从设备驱动的数据结构（如`spidev_data`）关联到对应的SPI设备实例。 4. **驱动注册与匹配** 从设备驱动通过`spi_register_driver()`函数注册到内核，SPI框架会进行名称匹配（`namematch`）。匹配成功后，`probe`函数会被调用，完成设备的初始化工作。在`probe`中，驱动会分配和初始化`spidev_data`结构，分配次设备号，创建设备节点，并将其加入到全局链表中。同时，驱动会保存SPI设备的指针，以便后续的数据传输操作。 5. **数据访问保护** 对于多个并发访问的场景，驱动使用锁（如`spi_lock`和`buf_lock`）来确保数据的一致性和访问安全。例如，在`open`、`read`、`write`和`release`等文件操作中，都会涉及到对设备状态和缓冲区的访问，因此需要适当的同步机制来避免竞态条件。 6. **设备操作** 用户空间通过打开、读取、写入和关闭设备节点与SPI从设备交互。在`open`时，根据设备号找到相应的`spidev_data`，并在需要时动态分配缓冲区。在`read`和`write`操作中，驱动会处理数据的发送和接收。最后，`release`函数释放分配的资源。 总结，SPI从设备驱动涉及了驱动注册、设备匹配、读写请求封装、消息分发以及数据访问保护等多个关键环节。理解这些知识点对于开发和调试SPI设备驱动至关重要。