SPI外设驱动相关

SPI原理

SPI 简介

SPI(Serial Peripheral Interface)是由Motorola提出的一种同步串行总线通信协议.

SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。同时在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。

SPI具有以下特性：

• 全双工同步通信
• 速率可自定义，支持高达数十mbps
• 有主机/从机的区分
• 支持单主机多从机的连接
• 无应答机制

SPI每个设备都需要连接以下4个信号才能正常工作：

• SCLK：串行时钟信号
• SS/CS：片选信号(当cs信号有效时，才能进行数据传输)
• MISO：主机输入从机输出信号
• MOSI：主机输出从机输入信号

一个SPI Master可连接一个或多个Slave
在连接多个Slave时每个Slave在Master上都需要一个片选信号线
只有片选信号有效的Slave会响应Master----拉低，低有效

SPI 硬件原理

 SPI接口在内部硬件实际上是两个简单的移位寄存器，传输的数据为8位，在主器件产生的从器件使能信号和移位脉冲下，按位传输，高位在前,低位在后。在SCLK的下降沿上数据改变，主器件和从器件同时进行传输，主器件的移位寄存器的最高位移入从器件的移位寄存器的最低位，同时从器件的移位寄存器的最高位移入主器件移位寄存器的最低位。因此SPI的每一次传输都是双向传输，通过在主设备和从设备之间移位完成传输操作。

 通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCLK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。

SPI 传输模式

传输模式：有4种传输mode，通过cpol和cpha来决定采用哪种mode

• Cpol(clock polarity):决定空闲时sclk的电平极性
  • Cpol = 0：空闲时，sclk的电平是：0
  • Cpol = 1：空闲时，sclk的电平是：1
• Cpha(clock phase):决定在sclk的前沿还是后沿采集数据
  • Cpha = 0：在sclk的前沿采集数据
  • Cpha = 1：在sclk的后沿采集数据

在sclk才采集数据期间(前沿或后沿)，MISO MOSI不会改变电平。

SPI 时序

CS setup time：传输开始时，CS信号建立时间
CS hold time：传输结束时，CS信号保持时间
CS idle time：两次传输之间，CS的间隔时间
SCK low time：SCK信号低电平持续时间
SCK high time：SCK信号高电平持续时间
SCK period = SCK high time + SCK low time

SPI传输结束模式

• Normal mode
  一次传输完成后，CS重新被拉高
  

• De-assert mode
  每个byte传输完成后，CS都会重新被拉高
  

• Pause mode
  传输完成后，CS仍然处于被拉低的状态
  

SPI状态机

SPI有如下三种状态：

• IDLE
• BUSY
• PAUSE IDLE

SPI开始处于IDLE状态，在传输数据时会进入BUSY状态；
数据传输开始时，SPI会进入BUSY状态；
在数据传输结束后，根据配置的SPI传输模式，SPI会进入IDLE状态或PAUSE IDLE状态，等待下一次传输再次进入BUSY状态。

SPI数据传输

SPI的发送和接收各有32字节的FIFO用于缓存数据，CPU可直接读写FIFO，也可以通过DMA读写。

SPI注册流程

SPI工作流程

SPI配置

1.DTS里将User的节点挂载到使用的SPI channel node里，配置status ，spi-max-frequency等属性，以touch示例如下:

&spi6 {
    status = "okay";
……
    gt9896s@0 {
        compatible = "goodix,gt9896s";
        spi-max-frequency = <1000000>;
...
    }
}

2.User 配置SPI对应的GPIO，dts根据需要配置， 以touch示例如下:

&spi6 {
    ……
    pinctrl-names = "gt9896s_reset_active",
    "gt9896s_reset_suspend", "gt9896s_spi_mode";
    pinctrl-0 = <&ctp_gt9896s_reset_active>;
    pinctrl-1 = <&ctp_gt9896s_reset_suspend>;
    pinctrl-2 = <&ctp_gt9896s_spi_mode>;
……
    gt9896s@0 {
……
    }
}
 
&pio {
……
    ctp_ts_reset_active: reset_active {
    pins_cmd_dat {
        pinmux = <PINMUX_GPIO3__FUNC_GPIO3>;
        output-high;
    };
};
 
……
ctp_ts_reset_suspend: reset_suspend {
    pins_cmd_dat {
        pinmux = <PINMUX_GPIO3__FUNC_GPIO3>;
        output-low;
    };
};
……
 
ctp_gt9896s_spi_mode: spimode_default {
    pins_cmd_dat {
        pinmux = <PINMUX_GPIO164__FUNC_SPI6_B_MI>,  //类似macro定义在如下中找到: /kernel-*/include/dt-bindings/pinctrl/mt****-pinfunc.h）
        <PINMUX_GPIO165__FUNC_SPI6_B_CSB>,
        <PINMUX_GPIO166__FUNC_SPI6_B_MO>,
        <PINMUX_GPIO167__FUNC_SPI6_B_CLK>;
        drive-strength = <2>;
    };
};

上述drive-strength设成0代表2mA，1代表4mA，…..，7代表16mA(最大), MISO driving需配置slave；
需要注意的是 mediatek,pad-select = <1>; (这个属性是指MTK SPI pad sel功能：SPI内部针对不同GPIO有1个数据通路的切换开关(不影响pin状态，只影响MISO对应的GPIO的数据是否能成功传到SPI里，如果设错，则会读出都是一连串0)，这个开关叫pad sel，默认值是0)这里配成1还是0，要根据GPIO mode：A对应0，B(比如PINMUX_GPIO166__FUNC_SPI6_B_MO)对应1；

3.User Driver中增加解析code，以touch示例如下:

/* get pinctrl handler from of node */
core_data->pinctrl = devm_pinctrl_get(
    core_data->ts_dev->spi_dev->controller->dev.parent);
if (IS_ERR_OR_NULL(core_data->pinctrl)) {
    ts_info("Failed to get pinctrl handler[need confirm]");
    core_data->pinctrl = NULL;
    return -EINVAL;
}
 
/* default spi mode */
core_data->pin_spi_mode_default = pinctrl_lookup_state(
    core_data->pinctrl, "gt9896s_spi_mode");
if (IS_ERR_OR_NULL(core_data->pin_spi_mode_default)) {
    r = PTR_ERR(core_data->pin_spi_mode_default);
    ts_err("Failed to get pinctrl state:%s, r:%d",
    PINCTRL_STATE_SPI_DEFAULT, r);
    core_data->pin_spi_mode_default = NULL;
    goto exit_pinctrl_put;
}
 
r = pinctrl_select_state(core_data->pinctrl,
    core_data->pin_spi_mode_default );
if (r < 0) {
    ts_err("Failed to select int suspend state, r:%d", r);
    goto err_suspend_pinctrl;
}