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第六十二章 Linux SPI驱动实验
上一章我们讲解了如何编写Linux下的I2C设备驱动，SPI也是很常用的串行通信协议，本章我们就来学习如何在Linux下编写SPI设备驱动。本章实验的最终目的就是驱动I.MX6U-ALPHA开发板上的ICM-20608这个SPI接口的六轴传感器，可以在应用程序中读取ICM-20608的原始传感器数据。
62.1 Linux下SPI驱动框架简介 SPI驱动框架和I2C很类似，都分为主机控制器驱动和设备驱动，主机控制器也就是SOC的SPI控制器接口。比如在裸机篇中的《第二十七章 SPI实验》，我们编写了bsp_spi.c和bsp_spi.h这两个文件，这两个文件是I.MX6U的SPI控制器驱动，我们编写好SPI控制器驱动以后就可以直接使用了，不管是什么SPI设备，SPI控制器部分的驱动都是一样，我们的重点就落在了种类繁多的SPI设备驱动。 62.1.1 SPI主机驱动 SPI主机驱动就是SOC的SPI控制器驱动，类似I2C驱动里面的适配器驱动。Linux内核使用spi_master表示SPI主机驱动，spi_master是个结构体，定义在include/linux/spi/spi.h文件中，内容如下(有缩减)：
示例代码62.1.1.1 spi_master结构体
315 struct spi_master {
316 struct device dev;
317
318 struct list_head list;
......
326 s16 bus_num;
327
328 /* chipselects will be integral to many controllers; some others
329 * might use board-specific GPIOs.
330 */
331 u16 num_chipselect;
332
333 /* some SPI controllers pose alignment requirements on DMAable
334 * buffers; let protocol drivers know about these requirements.
335 */
336 u16 dma_alignment;
337
338 /* spi_device.mode flags understood by this controller driver */
339 u16 mode_bits;
340
341 /* bitmask of supported bits_per_word for transfers */
342 u32 bits_per_word_mask;
......
347 /* limits on transfer speed */
348 u32 min_speed_hz;
349 u32 max_speed_hz;
350
351 /* other constraints relevant to this driver */
352 u16 flags;
......
359 /* lock and mutex for SPI bus locking */
360 spinlock_t bus_lock_spinlock;
361 struct mutex bus_lock_mutex;
362
363 /* flag indicating that the SPI bus is locked for exclusive use */
364 bool bus_lock_flag;
......
372 int (*setup)(struct spi_device *spi);
373
......
393 int (*transfer)(struct spi_device *spi,
394 struct spi_message *mesg);
......
434 int (*transfer_one_message)(struct spi_master *master,
435 struct spi_message *mesg);
......
462 };
第393行，transfer函数，和i2c_algorithm中的master_xfer函数一样，控制器数据传输函数。
第434行，transfer_one_message函数，也用于SPI数据发送，用于发送一个spi_message，SPI的数据会打包成spi_message，然后以队列方式发送出去。
也就是SPI主机端最终会通过transfer函数与SPI设备进行通信，因此对于SPI主机控制器的驱动编写者而言transfer函数是需要实现的，因为不同的SOC其SPI控制器不同，寄存器都不一样。和I2C适配器驱动一样，SPI主机驱动一般都是SOC厂商去编写的，所以我们作为SOC的使用者，这一部分的驱动就不用操心了，除非你是在SOC原厂工作，内容就是写SPI主机驱动。 SPI主机驱动的核心就是申请spi_master，然后初始化spi_master，最后向Linux内核注册spi_master。 1、spi_master申请与释放 spi_alloc_master函数用于申请spi_master，函数原型如下： struct spi_master *spi_alloc_master(struct device *dev, unsigned size) 函数参数和返回值含义如下： dev：设备，一般是platform_device中的dev成员变量。 size：私有数据大小，可以通过spi_master_get_devdata函数获取到这些私有数据。 返回值：申请到的spi_master。 spi_master的释放通过spi_master_put函数来完成，当我们删除一个SPI主机驱动的时候就需要释放掉前面申请的spi_master，spi_master_put函数原型如下： void spi_master_put(struct spi_master *master) 函数参数和返回值含义如下： master：要释放的spi_master。 返回值：无。 2、spi_master的注册与注销 当spi_master初始化完成以后就需要将其注册到Linux内核，spi_master注册函数为spi_register_master，函数原型如下： int spi_register_master(struct spi_master *master) 函数参数和返回值含义如下： master：要注册的spi_master。 返回值：0，成功；负值，失败。 I.MX6U的SPI主机驱动会采用spi_bitbang_start这个API函数来完成spi_master的注册，spi_bitbang_start函数内部其实也是通过调用spi_register_master函数来完成spi_master的注册。 如果要注销spi_master的话可以使用spi_unregister_master函数，此函数原型为： void spi_unregister_master(struct spi_master *master) 函数参数和返回值含义如下： master：要注销的spi_master。 返回值：无。 如果使用spi_bitbang_start注册spi_master的话就要使用spi_bitbang_stop来注销掉spi_master。 62.1.2 SPI设备驱动 spi设备驱动也和i2c设备驱动也很类似，Linux内核使用spi_driver结构体来表示spi设备驱动，我们在编写SPI设备驱动的时候需要实现spi_driver。spi_driver结构体定义在include/linux/spi/spi.h文件中，结构体内容如下：
示例代码62.1.1.2 spi_driver结构体
180 struct spi_driver {
181 const struct spi_device_id *id_table;
182 int (*probe)(struct spi_device *spi);
183 int (*remove)(struct spi_device *spi);
184 void (*shutdown)(struct spi_device *spi);
185 struct device_driver driver;
186 };
可以看出，spi_driver和i2c_driver、platform_driver基本一样，当SPI设备和驱动匹配成功以后probe函数就会执行。
同样的，spi_driver初始化完成以后需要向Linux内核注册，spi_driver注册函数为spi_register_driver，函数原型如下：
int spi_register_driver(struct spi_driver *sdrv) 函数参数和返回值含义如下： sdrv：要注册的spi_driver。 返回值：0，注册成功；赋值，注册失败。 注销SPI设备驱动以后也需要注销掉前面注册的spi_driver，使用spi_unregister_driver函数完成spi_driver的注销，函数原型如下： void spi_unregister_driver(struct spi_driver *sdrv) 函数参数和返回值含义如下： sdrv：要注销的spi_driver。 返回值：无。 spi_driver注册示例程序如下：
示例代码62.1.1.3 spi_driver注册示例程序
1 /* probe函数 */
2 static int xxx_probe(struct spi_device *spi)
3 {
4 /* 具体函数内容 */
5 return 0;
6 }
7
8 /* remove函数 */
9 static int xxx_remove(struct spi_device *spi)
10 {
11 /* 具体函数内容 */
12 return 0;
13 }
14 /* 传统匹配方式ID列表 */
15 static const struct spi_device_id xxx_id[] = {
16 {"xxx", 0},
17 {}
18 };
19
20 /* 设备树匹配列表 */
21 static const struct of_device_id xxx_of_match[] = {
22 { .compatible = "xxx" },
23 { /* Sentinel */ }
24 };
25
26 /* SPI驱动结构体 */
27 static struct spi_driver xxx_driver = {
28 .probe = xxx_probe,
29 .remove = xxx_remove,
30 .driver = {
31 .owner = THIS_MODULE,
32 .name = "xxx",
33 .of_match_table = xxx_of_match,
34 },
35 .id_table = xxx_id,
36 };
37
38 /* 驱动入口函数 */
39 static int __init xxx_init(void)
40 {
41 return spi_register_driver(&xxx_driver);
42 }
43
44 /* 驱动出口函数 */
45 static void __exit xxx_exit(void)
46 {
47 spi_unregister_driver(&xxx_driver);
48 }
49
50 module_init(xxx_init);
51 module_exit(xxx_exit);
第1~36行，spi_driver结构体，需要SPI设备驱动人员编写，包括匹配表、probe函数等。和i2c_driver、platform_driver一样，就不详细讲解了。
第39~42行，在驱动入口函数中调用spi_register_driver来注册spi_driver。
第45~48行，在驱动出口函数中调用spi_unregister_driver来注销spi_driver。
62.1.3 SPI设备和驱动匹配过程 SPI设备和驱动的匹配过程是由SPI总线来完成的，这点和platform、I2C等驱动一样，SPI总线为spi_bus_type，定义在drivers/spi/spi.c文件中，内容如下：
示例代码62.1.3.1 spi_bus_type结构体
131 struct bus_type spi_bus_type = {
132 .name = "spi",
133 .dev_groups = spi_dev_groups,
134 .match = spi_match_device,
135 .uevent = spi_uevent,
136 };
可以看出，SPI设备和驱动的匹配函数为spi_match_device，函数内容如下：
示例代码62.1.3.2 spi_match_device函数
99 static int spi_match_device(struct device *dev,
struct device_driver *drv)
100 {
101 const struct spi_device *spi = to_spi_device(dev);
102 const struct spi_driver *sdrv = to_spi_driver(drv);
103
104 /* Attempt an OF style match */
105 if (of_driver_match_device(dev, drv))
106 return 1;
107
108 /* Then try ACPI */
109 if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
110 return 1;
111
112 if (sdrv->id_table)
113 return !!spi_match_id(sdrv->id_table, spi);
114
115 return strcmp(spi->modalias, drv->name) == 0;
116 }
spi_match_device函数和i2c_match_device函数的对于设备和驱动的匹配过程基本一样。 第105行，of_driver_match_device函数用于完成设备树设备和驱动匹配。比较SPI设备节点的compatible属性和of_device_id中的compatible属性是否相等，如果相当的话就表示SPI设备和驱动匹配。 第109行，acpi_driver_match_device函数用于ACPI形式的匹配。 第113行，spi_match_id函数用于传统的、无设备树的SPI设备和驱动匹配过程。比较SPI设备名字和spi_device_id的name字段是否相等，相等的话就说明SPI设备和驱动匹配。 第115行，比较spi_device中modalias成员变量和device_driver中的name成员变量是否相等。 62.2 I.MX6U SPI主机驱动分析 和I2C的适配器驱动一样，SPI主机驱动一般都由SOC厂商编写好了，打开imx6ull.dtsi文件，找到如下所示内容：
示例代码62.2.1 imx6ull.dtsi文件中的ecspi3节点内容
1 ecspi3: ecspi@02010000 {
2 #address-cells = ;
3 #size-cells = ;
4 compatible = "fsl,imx6ul-ecspi", "fsl,imx51-ecspi";
5 reg = ;
6 interrupts = ;
7 clocks = ,
8 ;
9 clock-names = "ipg", "per";
10 dmas = , ;
11 dma-names = "rx", "tx";
12 status = "disabled";
13 };
重点来看一下第4行的compatible属性值，compatible属性有两个值“fsl,imx6ul-ecspi”和“fsl,imx51-ecspi”，在Linux内核源码中搜素这两个属性值即可找到I.MX6U对应的ECSPI(SPI)主机驱动。I.MX6U的ECSPI主机驱动文件为drivers/spi/spi-imx.c，在此文件中找到如下内容：
示例代码62.2.2 spi_imx_driver结构体
694 static struct platform_device_id spi_imx_devtype[] = {
695 {
696 .name = "imx1-cspi",
697 .driver_data = (kernel_ulong_t) &imx1_cspi_devtype_data,
698 }, {
699 .name = "imx21-cspi",
700 .driver_data = (kernel_ulong_t) &imx21_cspi_devtype_data,
......
713 }, {
714 .name = "imx6ul-ecspi",
715 .driver_data = (kernel_ulong_t) &imx6ul_ecspi_devtype_data,
716 }, {
717 /* sentinel */
718 }
719 };
720
721 static const struct of_device_id spi_imx_dt_ids[] = {
722 { .compatible = "fsl,imx1-cspi", .data =
&imx1_cspi_devtype_data, },
......
728 { .compatible = "fsl,imx6ul-ecspi", .data =
&imx6ul_ecspi_devtype_data, },
729 { /* sentinel */ }
730 };
731 MODULE_DEVICE_TABLE(of, spi_imx_dt_ids);
......
1338 static struct platform_driver spi_imx_driver = {
1339 .driver = {
1340 .name = DRIVER_NAME,
1341 .of_match_table = spi_imx_dt_ids,
1342 .pm = IMX_SPI_PM,
1343 },
1344 .id_table = spi_imx_devtype,
1345 .probe = spi_imx_probe,
1346 .remove = spi_imx_remove,
1347 };
1348 module_platform_driver(spi_imx_driver);
第714行，spi_imx_devtype为SPI无设备树匹配表。
第721行，spi_imx_dt_ids为SPI设备树匹配表。
第728行，“fsl,imx6ul-ecspi”匹配项，因此可知I.MX6U的ECSPI驱动就是spi-imx.c这个文件。
第1338~1347行，platform_driver驱动框架，和I2C的适配器驱动一样，SPI主机驱动器采用了platfom驱动框架。当设备和驱动匹配成功以后spi_imx_probe函数就会执行。
spi_imx_probe函数会从设备树中读取相应的节点属性值，申请并初始化spi_master，最后调用spi_bitbang_start函数(spi_bitbang_start会调用spi_register_master函数)向Linux内核注册spi_master。 对于I.MX6U来讲，SPI主机的最终数据收发函数为spi_imx_transfer，此函数通过如下层层调用最终实现SPI数据发送： spi_imx_transfer -> spi_imx_pio_transfer -> spi_imx_push -> spi_imx->tx spi_imx是个spi_imx_data类型的机构指针变量，其中tx和rx这两个成员变量分别为SPI数据发送和接收函数。I.MX6U SPI主机驱动会维护一个spi_imx_data类型的变量spi_imx，并且使用spi_imx_setupxfer函数来设置spi_imx的tx和rx函数。根据要发送的数据数据位宽的不同，分别有8位、16位和32位的发送函数，如下所示： spi_imx_buf_tx_u8 spi_imx_buf_tx_u16 spi_imx_buf_tx_u32 同理，也有8位、16位和32位的数据接收函数，如下所示： spi_imx_buf_rx_u8 spi_imx_buf_rx_u16 spi_imx_buf_rx_u32 我们就以spi_imx_buf_tx_u8这个函数为例，看看，一个自己的数据发送是怎么完成的，在spi-imx.c文件中找到如下所示内容：
示例代码62.2.3 spi_imx_buf_tx_u8函数
152 #define MXC_SPI_BUF_TX(type) \
153 static void spi_imx_buf_tx_##type(struct spi_imx_data *spi_imx) \
154 { \
155 type val = 0; \
156 \
157 if (spi_imx->tx_buf) { \
158 val = *(type *)spi_imx->tx_buf; \
159 spi_imx->tx_buf += sizeof(type); \
160 } \
161 \
162 spi_imx->count -= sizeof(type); \
163 \
164 writel(val, spi_imx->base + MXC_CSPITXDATA); \
165 }
166
167 MXC_SPI_BUF_RX(u8)
168 MXC_SPI_BUF_TX(u8)
从示例代码62.2.3可以看出，spi_imx_buf_tx_u8函数是通过MXC_SPI_BUF_TX宏来实现的。第164行就是将要发送的数据值写入到ECSPI的TXDATA寄存器里面去，这和我们SPI裸机实验的方法一样。将第168行的MXC_SPI_BUF_TX(u8)展开就是spi_imx_buf_tx_u8函数。其他的tx和rx函数都是这样实现的，这里就不做介绍了。关于I.MX6U的主机驱动程序就讲解到这里，基本套路和I2C的适配器驱动程序类似。
62.3 SPI设备驱动编写流程 62.3.1 SPI设备信息描述 1、IO的pinctrl子节点创建与修改 首先肯定是根据所使用的IO来创建或修改pinctrl子节点，这个没什么好说的，唯独要注意的就是检查相应的IO有没有被其他的设备所使用，如果有的话需要将其删除掉！ 2、SPI设备节点的创建与修改 采用设备树的情况下，SPI设备信息描述就通过创建相应的设备子节点来完成，我们可以打开imx6qdl-sabresd.dtsi这个设备树头文件，在此文件里面找到如下所示内容：
示例代码62.3.1.1 m25p80设备节点
308 &ecspi1 {
309 fsl,spi-num-chipselects = ;
310 cs-gpios = ;
311 pinctrl-names = "default";
312 pinctrl-0 = ;
313 status = "okay";
314
315 flash: m25p80@0 {
316 #address-cells = ;
317 #size-cells = ;
318 compatible = "st,m25p32";
319 spi-max-frequency = ;
320 reg = ;
321 };
322 };
示例代码62.3.1.1是I.MX6Q的一款板子上的一个SPI设备节点，在这个板子的ECSPI接口上接了一个m25p80，这是一个SPI接口的设备。
第309行，设置“fsl,spi-num-chipselects”属性为1，表示只有一个设备。
第310行，设置“cs-gpios”属性，也就是片选信号为GPIO4_IO09。
第311行，设置“pinctrl-names”属性，也就是SPI设备所使用的IO名字。
第312行，设置“pinctrl-0”属性，也就是所使用的IO对应的pinctrl节点。
第313行，将ecspi1节点的“status”属性改为“okay”。
第315~320行，ecspi1下的m25p80设备信息，每一个SPI设备都采用一个子节点来描述其设备信息。第315行的“m25p80@0”后面的“0”表示m25p80的接到了ECSPI的通道0上。这个要根据自己的具体硬件来设置。
第318行，SPI设备的compatible属性值，用于匹配设备驱动。
第319行，“spi-max-frequency”属性设置SPI控制器的最高频率，这个要根据所使用的SPI设备来设置，比如在这里将SPI控制器最高频率设置为20MHz。
第320行，reg属性设置m25p80这个设备所使用的ECSPI通道，和“m25p80@0”后面的“0”一样。
我们一会在编写ICM20608的设备树节点信息的时候就参考示例代码62.3.1.1中的内容即可。
62.3.2 SPI设备数据收发处理流程 SPI设备驱动的核心是spi_driver，这个我们已经在62.1.2小节讲过了。当我们向Linux内核注册成功spi_driver以后就可以使用SPI核心层提供的API函数来对设备进行读写操作了。首先是spi_transfer结构体，此结构体用于描述SPI传输信息，结构体内容如下：
示例代码62.3.2.1 spi_transfer结构体
603 struct spi_transfer {
604 /* it's ok if tx_buf == rx_buf (right?)
605 * for MicroWire, one buffer must be null
606 * buffers must work with dma_*map_single() calls, unless
607 * spi_message.is_dma_mapped reports a pre-existing mapping
608 */
609 const void *tx_buf;
610 void *rx_buf;
611 unsigned len;
612
613 dma_addr_t tx_dma;
614 dma_addr_t rx_dma;
615 struct sg_table tx_sg;
616 struct sg_table rx_sg;
617
618 unsigned cs_change:1;
619 unsigned tx_nbits:3;
620 unsigned rx_nbits:3;
621 #define SPI_NBITS_SINGLE 0x01 /* 1bit transfer */
622 #define SPI_NBITS_DUAL 0x02 /* 2bits transfer */
623 #define SPI_NBITS_QUAD 0x04 /* 4bits transfer */
624 u8 bits_per_word;
625 u16 delay_usecs;
626 u32 speed_hz;
627
628 struct list_head transfer_list;
629 };
第609行，tx_buf保存着要发送的数据。
第610行，rx_buf用于保存接收到的数据。
第611行，len是要进行传输的数据长度，SPI是全双工通信，因此在一次通信中发送和接收的字节数都是一样的，所以spi_transfer中也就没有发送长度和接收长度之分。
spi_transfer需要组织成spi_message，spi_message也是一个结构体，内容如下：
示例代码62.3.2.2 spi_message结构体
660 struct spi_message {
661 struct list_head transfers;
662
663 struct spi_device *spi;
664
665 unsigned is_dma_mapped:1;
......
678 /* completion is reported through a callback */
679 void (*complete)(void *context);
680 void *context;
681 unsigned frame_length;
682 unsigned actual_length;
683 int status;
684
685 /* for optional use by whatever driver currently owns the
686 * spi_message ... between calls to spi_async and then later
687 * complete(), that's the spi_master controller driver.
688 */
689 struct list_head queue;
690 void *state;
691 };
在使用spi_message之前需要对其进行初始化，spi_message初始化函数为spi_message_init，函数原型如下：
void spi_message_init(struct spi_message *m) 函数参数和返回值含义如下： m：要初始化的spi_message。 返回值：无。 spi_message初始化完成以后需要将spi_transfer添加到spi_message队列中，这里我们要用到spi_message_add_tail函数，此函数原型如下： void spi_message_add_tail(struct spi_transfer *t, struct spi_message *m) 函数参数和返回值含义如下： t：要添加到队列中的spi_transfer。 m：spi_transfer要加入的spi_message。 返回值：无。 spi_message准备好以后既可以进行数据传输了，数据传输分为同步传输和异步传输，同步传输会阻塞的等待SPI数据传输完成，同步传输函数为spi_sync，函数原型如下： int spi_sync(struct spi_device *spi, struct spi_message *message) 函数参数和返回值含义如下： spi：要进行数据传输的spi_device。 message：要传输的spi_message。 返回值：无。 异步传输不会阻塞的等到SPI数据传输完成，异步传输需要设置spi_message中的complete成员变量，complete是一个回调函数，当SPI异步传输完成以后此函数就会被调用。SPI异步传输函数为spi_async，函数原型如下： int spi_async(struct spi_device *spi, struct spi_message *message) 函数参数和返回值含义如下： spi：要进行数据传输的spi_device。 message：要传输的spi_message。 返回值：无。 在本章实验中，我们采用同步传输方式来完成SPI数据的传输工作，也就是spi_sync函数。 综上所述，SPI数据传输步骤如下： ①、申请并初始化spi_transfer，设置spi_transfer的tx_buf成员变量，tx_buf为要发送的数据。然后设置rx_buf成员变量，rx_buf保存着接收到的数据。最后设置len成员变量，也就是要进行数据通信的长度。 ②、使用spi_message_init函数初始化spi_message。 ③、使用spi_message_add_tail函数将前面设置好的spi_transfer添加到spi_message队列中。 ④、使用spi_sync函数完成SPI数据同步传输。 通过SPI进行n个字节的数据发送和接收的示例代码如下所示：
示例代码62.3.2.3 SPI数据读写操作
/* SPI多字节发送 */
static int spi_send(struct spi_device *spi, u8 *buf, int len)
{
int ret;
struct spi_message m;
struct spi_transfer t = {
.tx_buf = buf,
.len = len,
};
spi_message_init(&m); /* 初始化spi_message */
spi_message_add_tail(t, &m);/* 将spi_transfer添加到spi_message队列 */
ret = spi_sync(spi, &m); /* 同步传输 */
return ret;
}
/* SPI多字节接收 */
static int spi_receive(struct spi_device *spi, u8 *buf, int len)
{
int ret;
struct spi_message m;
struct spi_transfer t = {
.rx_buf = buf,
.len = len,
};
spi_message_init(&m); /* 初始化spi_message */
spi_message_add_tail(t, &m);/* 将spi_transfer添加到spi_message队列 */
ret = spi_sync(spi, &m); /* 同步传输 */
return ret;
}
62.4 硬件原理图分析 本章实验硬件原理图参考26.2小节即可。 62.5 试验程序编写 本实验对应的例程路径为：开发板光盘-> 2、Linux驱动例程-> 22_spi。 62.5.1 修改设备树 1、添加ICM20608所使用的IO 首先在imx6ull-alientek-emmc.dts文件中添加ICM20608所使用的IO信息，在iomuxc节点中添加一个新的子节点来描述ICM20608所使用的SPI引脚，子节点名字为pinctrl_ecspi3，节点内容如下所示：
示例代码62.5.1.1 icm20608 IO节点信息
1 pinctrl_ecspi3: icm20608 {
2 fsl,pins = ;
8 };
UART2_TX_DATA这个IO是ICM20608的片选信号，这里我们并没有将其复用为ECSPI3的SS0信号，而是将其复用为了普通的GPIO。因为我们需要自己控制片选信号，所以将其复用为普通的GPIO。
2、在ecspi3节点追加icm20608子节点
在imx6ull-alientek-emmc.dts文件中并没有任何向ecspi3节点追加内容的代码，这是因为NXP官方的6ULL EVK开发板上没有连接SPI设备。在imx6ull-alientek-emmc.dts文件最后面加入如下所示内容：
示例代码62.5.1.2 向ecspi3节点加入icm20608信息
1 &ecspi3 {
2 fsl,spi-num-chipselects = ;
3 cs-gpio = ; /* cant't use cs-gpios! */
4 pinctrl-names = "default";
5 pinctrl-0 = ;
6 status = "okay";
7
8 spidev: icm20608@0 {
9 compatible = "alientek,icm20608";
10 spi-max-frequency = ;
11 reg = ;
12 };
13 };
第2行，设置当前片选数量为1，因为就只接了一个ICM20608。
第3行，注意！这里并没有用到“cs-gpios”属性，而是用了一个自己定义的“cs-gpio”属性，因为我们要自己控制片选引脚。如果使用“cs-gpios”属性的话SPI主机驱动就会控制片选引脚。
第5行，设置IO要使用的pinctrl子节点，也就是我们在示例代码62.5.1.1中新建的pinctrl_ecspi3。
第6行，imx6ull.dtsi文件中默认将ecspi3节点状态(status)设置为“disable”，这里我们要将其改为“okay”。
第8~12行，icm20608设备子节点，因为icm20608连接在ECSPI3的第0个通道上，因此@后面为0。第9行设置节点属性兼容值为“alientek,icm20608”，第10行设置SPI最大时钟频率为8MHz，这是ICM20608的SPI接口所能支持的最大的时钟频率。第11行，icm20608连接在通道0上，因此reg为0。
imx6ull-alientek-emmc.dts文件修改完成以后重新编译一下，得到新的dtb文件，并使用新的dtb启动Linux系统。
62.5.2 编写ICM20608驱动 新建名为“22_spi”的文件夹，然后在22_spi文件夹里面创建vscode工程，工作区命名为“spi”。工程创建好以后新建icm20608.c和icm20608reg.h这两个文件，icm20608.c为ICM20608的驱动代码，icm20608reg.h是ICM20608寄存器头文件。先在icm20608reg.h中定义好ICM20608的寄存器，输入如下内容(有省略，完整的内容请参考例程)：
示例代码62.5.2.1 icm20608reg.h文件内容
1 #ifndef ICM20608_H
2 #define ICM20608_H
3 /***************************************************************
4 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
5 文件名 : icm20608reg.h
6 作者 : 左忠凯
7 版本 : V1.0
8 描述 : ICM20608寄存器地址描述头文件
9 其他 : 无
10 论坛 : www.openedv.com
11 日志 : 初版V1.0 2019/9/2 左忠凯创建
12 ***************************************************************/
13 #define ICM20608G_ID 0XAF /* ID值 */
14 #define ICM20608D_ID 0XAE /* ID值 */
15
16 /* ICM20608寄存器
17 *复位后所有寄存器地址都为0，除了
18 *Register 107(0X6B) Power Management 1 = 0x40
19 *Register 117(0X75) WHO_AM_I = 0xAF或0xAE
20 */
21 /* 陀螺仪和加速度自测(出产时设置，用于与用户的自检输出值比较） */
22 #define ICM20_SELF_TEST_X_GYRO 0x00
23 #define ICM20_SELF_TEST_Y_GYRO 0x01
24 #define ICM20_SELF_TEST_Z_GYRO 0x02
25 #define ICM20_SELF_TEST_X_ACCEL 0x0D
26 #define ICM20_SELF_TEST_Y_ACCEL 0x0E
27 #define ICM20_SELF_TEST_Z_ACCEL 0x0F
......
80 /* 加速度静态偏移 */
81 #define ICM20_XA_OFFSET_H 0x77
82 #define ICM20_XA_OFFSET_L 0x78
83 #define ICM20_YA_OFFSET_H 0x7A
84 #define ICM20_YA_OFFSET_L 0x7B
85 #define ICM20_ZA_OFFSET_H 0x7D
86 #define ICM20_ZA_OFFSET_L 0x7E
87
88 #endif
接下来继续编写icm20608.c文件，因为icm20608.c文件内容比较长，因此这里就将其分开来讲解。
1、icm20608设备结构体创建
首先创建一个icm20608设备结构体，如下所示：
示例代码62.5.2.2 icm20608设备结构体创建
1 #include
2 #include
3 #include
......
22 #include
23 #include "icm20608reg.h"
24 /***************************************************************
25 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
26 文件名 : icm20608.c
27 作者 : 左忠凯
28 版本 : V1.0
29 描述 : ICM20608 SPI驱动程序
30 其他 : 无
31 论坛 : www.openedv.com
32 日志 : 初版V1.0 2019/9/2 左忠凯创建
33 ***************************************************************/
34 #define ICM20608_CNT 1
35 #define ICM20608_NAME "icm20608"
36
37 struct icm20608_dev {
38 dev_t devid; /* 设备号 */
39 struct cdev cdev; /* cdev */
40 struct class *class; /* 类 */
41 struct device *device; /* 设备 */
42 struct device_node *nd; /* 设备节点 */
43 int major; /* 主设备号 */
44 void *private_data; /* 私有数据 */
45 int cs_gpio; /* 片选所使用的GPIO编号*/
46 signed int gyro_x_adc; /* 陀螺仪X轴原始值 */
47 signed int gyro_y_adc; /* 陀螺仪Y轴原始值 */
48 signed int gyro_z_adc; /* 陀螺仪Z轴原始值 */
49 signed int accel_x_adc; /* 加速度计X轴原始值 */
50 signed int accel_y_adc; /* 加速度计Y轴原始值 */
51 signed int accel_z_adc; /* 加速度计Z轴原始值 */
52 signed int temp_adc; /* 温度原始值 */
53 };
54
55 static struct icm20608_dev icm20608dev;
icm20608的设备结构体icm20608_dev没什么好讲的，重点看一下第44行的private_data，对于SPI设备驱动来讲最核心的就是spi_device。probe函数会向驱动提供当前SPI设备对应的spi_device，因此在probe函数中设置private_data为probe函数传递进来的spi_device参数。
2、icm20608的spi_driver注册与注销
对于SPI设备驱动，首先就是要初始化并向系统注册spi_driver，icm20608的spi_driver初始化、注册与注销代码如下：
示例代码62.5.2.3 icm20608的spi_driver初始化、注册与注销
1 /* 传统匹配方式ID列表 */
2 static const struct spi_device_id icm20608_id[] = {
3 {"alientek,icm20608", 0},
4 {}
5 };
6
7 /* 设备树匹配列表 */
8 static const struct of_device_id icm20608_of_match[] = {
9 { .compatible = "alientek,icm20608" },
10 { /* Sentinel */ }
11 };
12
13 /* SPI驱动结构体 */
14 static struct spi_driver icm20608_driver = {
15 .probe = icm20608_probe,
16 .remove = icm20608_remove,
17 .driver = {
18 .owner = THIS_MODULE,
19 .name = "icm20608",
20 .of_match_table = icm20608_of_match,
21 },
22 .id_table = icm20608_id,
23 };
24
25 /*
26 * @description : 驱动入口函数
27 * @param : 无
28 * @return : 无
29 */
30 static int __init icm20608_init(void)
31 {
32 return spi_register_driver(&icm20608_driver);
33 }
34
35 /*
36 * @description : 驱动出口函数
37 * @param : 无
38 * @return : 无
39 */
40 static void __exit icm20608_exit(void)
41 {
42 spi_unregister_driver(&icm20608_driver);
43 }
44
45 module_init(icm20608_init);
46 module_exit(icm20608_exit);
47 MODULE_LICENSE("GPL");
48 MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");
第2~5行，传统的设备和驱动匹配表。
第8~11行，设备树的设备与驱动匹配表，这里只有一个匹配项：“alientek,icm20608”。
第14~23行，icm20608的spi_driver结构体变量，当icm20608设备和此驱动匹配成功以后第15行的icm20608_probe函数就会执行。同样的，当注销此驱动的时候icm20608_remove函数会执行。
第30~33行，icm20608_init函数为icm20608的驱动入口函数，在此函数中使用spi_register_driver向Linux系统注册上面定义的icm20608_driver。
第40~43行，icm20608_exit函数为icm20608的驱动出口函数，在此函数中使用spi_unregister_driver注销掉前面注册的icm20608_driver。
3、probe&remove函数
icm20608_driver中的probe和remove函数内容如下所示：
示例代码62.5.2.4 probe和remove函数
1 /*
2 * @description : spi驱动的probe函数，当驱动与
3 * 设备匹配以后此函数就会执行
4 * @param - client : spi设备
5 * @param - id : spi设备ID
6 *
7 */
8 static int icm20608_probe(struct spi_device *spi)
9 {
10 int ret = 0;
11
12 /* 1、构建设备号 */
13 if (icm20608dev.major) {
14 icm20608dev.devid = MKDEV(icm20608dev.major, 0);
15 register_chrdev_region(icm20608dev.devid, ICM20608_CNT,
ICM20608_NAME);
16 } else {
17 alloc_chrdev_region(&icm20608dev.devid, 0, ICM20608_CNT,
ICM20608_NAME);
18 icm20608dev.major = MAJOR(icm20608dev.devid);
19 }
20
21 /* 2、注册设备 */
22 cdev_init(&icm20608dev.cdev, &icm20608_ops);
23 cdev_add(&icm20608dev.cdev, icm20608dev.devid, ICM20608_CNT);
24
25 /* 3、创建类 */
26 icm20608dev.class = class_create(THIS_MODULE, ICM20608_NAME);
27 if (IS_ERR(icm20608dev.class)) {
28 return PTR_ERR(icm20608dev.class);
29 }
30
31 /* 4、创建设备 */
32 icm20608dev.device = device_create(icm20608dev.class, NULL,
icm20608dev.devid, NULL, ICM20608_NAME);
33 if (IS_ERR(icm20608dev.device)) {
34 return PTR_ERR(icm20608dev.device);
35 }
36
37 /* 获取设备树中spi节点 */
38 icm20608dev.nd = of_find_node_by_path("/soc/aips-bus@02000000/
spba-bus@02000000/ecspi@02010000");
39 if(icm20608dev.nd == NULL) {
40 printk("ecspi3 node not find!\r\n");
41 return -EINVAL;
42 }
43
44 /* 2、 获取设备树中的gpio属性，得到CS片选所使用的GPIO编号 */
45 icm20608dev.cs_gpio = of_get_named_gpio(icm20608dev.nd,
"cs-gpio", 0);
46 if(icm20608dev.cs_gpio private_data;
16
17 gpio_set_value(dev->cs_gpio, 0); /* 片选拉低，选中ICM20608 */
18 t = kzalloc(sizeof(struct spi_transfer), GFP_KERNEL);
19
20 /* 第1次，发送要读取的寄存地址 */
21 txdata[0] = reg | 0x80; /* 写数据的时候寄存器地址bit7要置1 */
22 t->tx_buf = txdata; /* 要发送的数据 */
23 t->len = 1; /* 1个字节 */
24 spi_message_init(&m); /* 初始化spi_message */
25 spi_message_add_tail(t, &m);/* 将spi_transfer添加到spi_message */
26 ret = spi_sync(spi, &m); /* 同步发送 */
27
28 /* 第2次，读取数据 */
29 txdata[0] = 0xff; /* 随便一个值，此处无意义 */
30 t->rx_buf = buf; /* 读取到的数据 */
31 t->len = len; /* 要读取的数据长度 */
32 spi_message_init(&m); /* 初始化spi_message */
33 spi_message_add_tail(t, &m);/* 将spi_transfer添加到spi_message*/
34 ret = spi_sync(spi, &m); /* 同步发送 */
35
36 kfree(t); /* 释放内存 */
37 gpio_set_value(dev->cs_gpio, 1); /* 片选拉高，释放ICM20608 */
38
39 return ret;
40 }
41
42 /*
43 * @description : 向icm20608多个寄存器写入数据
44 * @param – dev : icm20608设备
45 * @param – reg : 要写入的寄存器首地址
46 * @param – buf : 要写入的数据缓冲区
47 * @param – len : 要写入的数据长度
48 * @return : 操作结果
49 */
50 static s32 icm20608_write_regs(struct icm20608_dev *dev, u8 reg,
u8 *buf, u8 len)
51 {
52 int ret;
53
54 unsigned char txdata[len];
55 struct spi_message m;
56 struct spi_transfer *t;
57 struct spi_device *spi = (struct spi_device *)dev->private_data;
58
59 t = kzalloc(sizeof(struct spi_transfer), GFP_KERNEL);
60 gpio_set_value(dev->cs_gpio, 0); /* 片选拉低 */
61
62 /* 第1次，发送要读取的寄存地址 */
63 txdata[0] = reg & ~0x80; /* 写数据的时候寄存器地址bit8要清零 */
64 t->tx_buf = txdata; /* 要发送的数据 */
65 t->len = 1; /* 1个字节 */
66 spi_message_init(&m); /* 初始化spi_message */
67 spi_message_add_tail(t, &m);/* 将spi_transfer添加到spi_message */
68 ret = spi_sync(spi, &m); /* 同步发送 */
69
70 /* 第2次，发送要写入的数据 */
71 t->tx_buf = buf; /* 要写入的数据 */
72 t->len = len; /* 写入的字节数 */
73 spi_message_init(&m); /* 初始化spi_message */
74 spi_message_add_tail(t, &m);/* 将spi_transfer添加到spi_message*/
75 ret = spi_sync(spi, &m); /* 同步发送 */
76
77 kfree(t); /* 释放内存 */
78 gpio_set_value(dev->cs_gpio, 1);/* 片选拉高，释放ICM20608 */
79 return ret;
80 }
81
82 /*
83 * @description : 读取icm20608指定寄存器值，读取一个寄存器
84 * @param – dev : icm20608设备
85 * @param – reg : 要读取的寄存器
86 * @return : 读取到的寄存器值
87 */
88 static unsigned char icm20608_read_onereg(struct icm20608_dev *dev,
u8 reg)
89 {
90 u8 data = 0;
91 icm20608_read_regs(dev, reg, &data, 1);
92 return data;
93 }
94
95 /*
96 * @description : 向icm20608指定寄存器写入指定的值，写一个寄存器
97 * @param – dev : icm20608设备
98 * @param – reg : 要写的寄存器
99 * @param – data : 要写入的值
100 * @return : 无
101 */
102
103 static void icm20608_write_onereg(struct icm20608_dev *dev, u8 reg,
u8 value)
104 {
105 u8 buf = value;
106 icm20608_write_regs(dev, reg, &buf, 1);
107 }
108
109 /*
110 * @description : 读取ICM20608的数据，读取原始数据，包括三轴陀螺仪、
111 * : 三轴加速度计和内部温度。
112 * @param - dev : ICM20608设备
113 * @return : 无。
114 */
115 void icm20608_readdata(struct icm20608_dev *dev)
116 {
117 unsigned char data[14];
118 icm20608_read_regs(dev, ICM20_ACCEL_XOUT_H, data, 14);
119
120 dev->accel_x_adc = (signed short)((data[0] accel_z_adc;
35 data[6] = dev->temp_adc;
36 err = copy_to_user(buf, data, sizeof(data));
37 return 0;
38 }
39
40 /*
41 * @description : 关闭/释放设备
42 * @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
43 * @return : 0 成功;其他 失败
44 */
45 static int icm20608_release(struct inode *inode, struct file *filp)
46 {
47 return 0;
48 }
49
50 /* icm20608操作函数 */
51 static const struct file_operations icm20608_ops = {
52 .owner = THIS_MODULE,
53 .open = icm20608_open,
54 .read = icm20608_read,
55 .release = icm20608_release,
56 };
字符设备驱动框架没什么好说的，重点是第22~38行的icm20608_read函数，当应用程序调用read函数读取icm20608设备文件的时候此函数就会执行。此函数调用上面编写好的icm20608_readdata函数读取icm20608的原始数据并将其上报给应用程序。大家注意，在内核中尽量不要使用浮点运算，所以不要在驱动将icm20608的原始值转换为对应的实际值，因为会涉及到浮点计算。
62.5.3 编写测试APP 新建icm20608App.c文件，然后在里面输入如下所示内容：
示例代码62.5.3.1 icm20608App.c文件代码
1 #include "stdio.h"
2 #include "unistd.h"
3 #include "sys/types.h"
4 #include "sys/stat.h"
5 #include "sys/ioctl.h"
6 #include "fcntl.h"
7 #include "stdlib.h"
8 #include "string.h"
9 #include
10 #include
11 #include
12 #include
13 #include
14 /***************************************************************
15 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
16 文件名 : icm20608App.c
17 作者 : 左忠凯
18 版本 : V1.0
19 描述 : icm20608设备测试APP。
20 其他 : 无
21 使用方法 ：./icm20608App /dev/icm20608
22 论坛 : www.openedv.com
23 日志 : 初版V1.0 2019/9/20 左忠凯创建
24 ***************************************************************/
25
26 /*
27 * @description : main主程序
28 * @param - argc : argv数组元素个数
29 * @param - argv : 具体参数
30 * @return : 0 成功;其他 失败
31 */
32 int main(int argc, char *argv[])
33 {
34 int fd;
35 char *filename;
36 signed int databuf[7];
37 unsigned char data[14];
38 signed int gyro_x_adc, gyro_y_adc, gyro_z_adc;
39 signed int accel_x_adc, accel_y_adc, accel_z_adc;
40 signed int temp_adc;
41
42 float gyro_x_act, gyro_y_act, gyro_z_act;
43 float accel_x_act, accel_y_act, accel_z_act;
44 float temp_act;
45
46 int ret = 0;
47
48 if (argc != 2) {
49 printf("Error Usage!\r\n");
50 return -1;
51 }
52
53 filename = argv[1];
54 fd = open(filename, O_RDWR);
55 if(fd
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