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天天亮点！基于Linux使用spidev驱动OLED

2023-06-16 11:06:49 来源：justice与初中生小许

如果不想编写spi设备驱动，那么linux内核提供了一个通用的spidev设备驱动，提供统一的字符设备操作，那么只需要在应用层读写和控制即可。以SPI OLED为例子，使用spidev驱动OLED，基于linux5.15.

参考源码：

tools/spi/spidev_fdx.c

(资料图)

tools/spi/spidev_test.c

1.配置使能spidev用户态驱动

- > Device Drivers                                                                                         │         - > SPI support      < * >   User mode SPI device driver support

驱动源文件：driver/spi/spidev.c

2.编写设备树

&ecspi2{ fsl,spi-num-chipselects = < 1 >; cs-gpios = < &gpio1 29 GPIO_ACTIVE_LOW >;//GPIO1_29 pinctrl-names = "default"; pinctrl-0 = < &pinctrl_ecspi2 >; status = "okay"; oled: ssd13306@0{  compatible = "Justice,ssd13306";//匹配spidev驱动  spi-cpol;  spi-cpha;  spi-rx-bus-width = < 0 >;  spi-max-frequency = < 20000000 >;  reset-gpios = < &gpio1 27 GPIO_ACTIVE_LOW >;   dc-gpios = < &gpio1 31 GPIO_ACTIVE_HIGH >;  reg = < 0 >; };};

注意这里的compatible 属性，在新版linux内核，可以写任意的字符串，最好不再写”spidev”，老版的是要写成”spidev”。给出的理由是： spidev should never be referenced in DT without a specific compatible string, it is a Linux implementation thing rather than a description of the hardware

3.修改spidev驱动，增加compatible

//driver/spi/spidev.cstatic const struct of_device_id spidev_dt_ids[] = { { .compatible = "rohm,dh2228fv" }, { .compatible = "lineartechnology,ltc2488" }, { .compatible = "semtech,sx1301" }, { .compatible = "lwn,bk4" }, { .compatible = "dh,dhcom-board" }, { .compatible = "menlo,m53cpld" }, { .compatible = "cisco,spi-petra" }, { .compatible = "micron,spi-authenta" }, { .compatible = "Justice,ssd13306" }, {},};

在最后一行增加自己的匹配compatible。

4.用户态读写、控制spi设备

当设备树和spidev成功匹配后，就为我们的spi设备生成了一个设备节点/dev/spidevx.y。

x表示spi控制器的软件枚举的总线号，y表示这个spi控制器的片选号。

设备树aliases会影响spi控制器的软件枚举的总线号，如我使用ecspi2，芯片上spi控制器的第2个spi控制器，但是我的设备树上面写了aliases,因此我呈现的就是/dev/spidev1.0

aliases {  ...  spi0 = &ecspi1;  spi1 = &ecspi2;  spi2 = &ecspi3;  spi3 = &ecspi4;}

/sys/class/spidev下可以确认spidev枚举出了多少个spi设备

root@imx6ull /sys/class/spidev# lsspidev1.0

设置传输模式

spi 核心会根据spi device的mode标志，来决定一些传输的模式，比如时钟极性、LSB等等

这个标志是32位，低16位是用户空间设置，高16位是内核控制，因此不能有冲突。如果在设置之前读取，读取到的模式和设备树定义的一样。

以下是用户空间的宏定义。

include/uapi/linux/spi/spi.h

#define SPI_CPHA  _BITUL(0) /* clock phase */#define SPI_CPOL  _BITUL(1) /* clock polarity */#define SPI_MODE_0  (0|0)  /* (original MicroWire) */#define SPI_MODE_1  (0|SPI_CPHA)#define SPI_MODE_2  (SPI_CPOL|0)#define SPI_MODE_3  (SPI_CPOL|SPI_CPHA)#define SPI_MODE_X_MASK  (SPI_CPOL|SPI_CPHA)#define SPI_CS_HIGH  _BITUL(2) /* chipselect active high? */#define SPI_LSB_FIRST  _BITUL(3) /* per-word bits-on-wire */#define SPI_3WIRE  _BITUL(4) /* SI/SO signals shared */#define SPI_LOOP  _BITUL(5) /* loopback mode */#define SPI_NO_CS  _BITUL(6) /* 1 dev/bus, no chipselect */#define SPI_READY  _BITUL(7) /* slave pulls low to pause */#define SPI_TX_DUAL  _BITUL(8) /* transmit with 2 wires */#define SPI_TX_QUAD  _BITUL(9) /* transmit with 4 wires */#define SPI_RX_DUAL  _BITUL(10) /* receive with 2 wires */#define SPI_RX_QUAD  _BITUL(11) /* receive with 4 wires */#define SPI_CS_WORD  _BITUL(12) /* toggle cs after each word */#define SPI_TX_OCTAL  _BITUL(13) /* transmit with 8 wires */#define SPI_RX_OCTAL  _BITUL(14) /* receive with 8 wires */#define SPI_3WIRE_HIZ  _BITUL(15) /* high impedance turnaround *//* * All the bits defined above should be covered by SPI_MODE_USER_MASK. * The SPI_MODE_USER_MASK has the SPI_MODE_KERNEL_MASK counterpart in * "include/linux/spi/spi.h". The bits defined here are from bit 0 upwards * while in SPI_MODE_KERNEL_MASK they are from the other end downwards. * These bits must not overlap. A static assert check should make sure of that. * If adding extra bits, make sure to increase the bit index below as well. */#define SPI_MODE_USER_MASK (_BITUL(16) - 1)

读取和设置模式

如上面所说，mode是一个32位的标志，你要精准设置这个标志，每一个位的定义都在上面列举。

//使用到的宏SPI_IOC_RD_MODESPI_IOC_RD_MODE32SPI_IOC_WR_MODESPI_IOC_WR_MODE32//伪代码/*读取传输模式*/u32 mode32;u8 mode;fd = open("/dev/spidevx.y",O_RDWR);if (ioctl(fd, SPI_IOC_RD_MODE32, &mode32) < 0) {            perror("SPI rd_mode");            return; }if (ioctl(fd, SPI_IOC_RD_MODE, &mode) < 0) {            perror("SPI rd_mode");            return; }/*设置传输模式*/u32 mode32;u8 mode;fd = open("/dev/spidevx.y",O_RDWR);if (ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MODE32, &mode32) < 0) {            perror("SPI rd_mode");            return; }if (ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MODE, &mode) < 0) {            perror("SPI rd_mode");            return; }

读取和设置LSB传输

这个也是读取和设置spi device的mode的某位，只不过单独定义了一个命令

//使用到的宏SPI_IOC_RD_LSB_FIRSTSPI_IOC_WR_LSB_FIRST//伪代码/*读取LSB模式*/u8 lsb;fd = open("/dev/spidevx.y",O_RDWR);if (ioctl(fd, SPI_IOC_RD_LSB_FIRST, &lsb) < 0) {            perror("SPI rd_lsb_fist");            return; }/*设置LSB模式*/if (ioctl(fd, SPI_IOC_WR_LSB_FIRST, &lsb) < 0) {            perror("SPI rd_lsb_fist");            return; }

读取和设置字长

字长是每次 SPI 传输中发送或接收的数据位数，由 SPI 主设备或从设备指定。一般情况下，字长的值为 8, 16, 24 或 32。

这个命令对于应用程序读取和设置 SPI 总线的字长非常有用。通过此命令，应用程序可以动态地获取 SPI 总线的字长，以根据不同的需求来发送和接收可变长度的数据。

//使用到的宏SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORDSPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD//伪代码/*读取字长*/u8 bits;fd = open("/dev/spidevx.y",O_RDWR);if (ioctl(fd, SPI_IOC_RD_LSB_FIRST, &bits) < 0) {            perror("SPI rd_lsb_fist");            return; }/*设置字长*/if (ioctl(fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits) < 0) {            perror("SPI rd_lsb_fist");            return; }

读取和设置SPI传输速度

默认的SPI传输速度是在设备树定义的，应用程序从此可以设置SPI速率了

//使用到的宏SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ  SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ//伪代码/*读取字长*/u8 bits;fd = open("/dev/spidevx.y",O_RDWR);if (ioctl(fd, SPI_IOC_RD_LSB_FIRST, &bits) < 0) {            perror("SPI rd_lsb_fist");            return; }/*设置字长*/if (ioctl(fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits) < 0) {            perror("SPI rd_lsb_fist");            return; }

发送和接收数据

在这里，spidev驱动的write和read方法是办双工的，意味着同时只能发或接收。

但是ioctl方法是可以全双工的，如果我们的设备需要全双工，可以使用ioctl.

应用程序使用struct spi_ioc_transfer表示一个传输，和驱动的spi_transfer差不多

struct spi_ioc_transfer { __u64  tx_buf; __u64  rx_buf; __u32  len; __u32  speed_hz; __u16  delay_usecs; __u8  bits_per_word; __u8  cs_change; __u8  tx_nbits; __u8  rx_nbits; __u8  word_delay_usecs; __u8  pad;};

全双工通信

使用SPI_IOC_MESSAGE命令

大多数SPI传输都使用8位长，因此下面的例子使用的tx_buf，rx_buf缓冲区数据是8位的.

uint8_t tx[25] = {0x55};uint8_t rx[ARRAY_SIZE(tx)] = {0, };struct spi_ioc_transfer tr = {        .tx_buf = (unsigned long)tx,        .rx_buf = (unsigned long)rx,        .len = ARRAY_SIZE(tx),        .delay_usecs = delay,        .speed_hz = 20000000,        .bits_per_word = 8,    };   ret = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &tr); for (ret = 0; ret < ARRAY_SIZE(tx); ret++) {        if (!(ret % 6))            puts("");        printf("%.2X ", rx[ret]);    }    puts("");

定义发送和接收缓冲区，构造spi_ioc_transfer，使用ioctl完成全双工命令。

SPI_IOC_MESSAGE(1)表示发送多少个spi_ioc_transfer，上述例子发送了一个spi_ioc_transfer，对应一个spi_transfer。

spidev_fdx.c中发送了两个

2.半双工通信

使用到write和read系统读写spidev的都是半双工通信的，直接调用即可。spidev自动构造spi core能够使用的spi_massage。

一次write对应一个spi_massage，传入的数据量就是spi_transfer的长度。