Linux内核驱动之spi子系统(一)spi协议

一、概况SPI接口是摩托罗拉首先提出的全双工三线同步串行外围接口SCK,MOSI,MISO，采用主从模式（MasterSlave）架构；支持多slave模式应用(此时使用四线模式进行通信，在原有三线模式下多出一根片选信号CS)，一般一个Master最多支持4个Slave，此时Master控制器需要有4根CS片选信号,因为主从通信的属于独占式，在某一个Slave设备通信时候，其他设备只能等待。SPI总线时钟由Master控制，在同步时钟移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后（MSBFIRST),四线工作模式的SPI接口有2根单向数据线MOSI和MISO，SCK时钟线，Slave设备的片选信号CS。看下图多Slave模式的主从连接图从上很明显看出各个Slave设备共享数据线和时钟线，各自的片选信号线不一样，三线模式更为简单，简单的说去掉片选信号线即可。下面是SPI总线的优缺点优点：1)支持全双工操作；2)操作简单；3)数据传输速率较高。缺点：1)需要占用主机较多的引脚线（每个从机都需要一根片选线），占用总线带宽；2)没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。3)SPI总线并不是一个标准的协议，为了适应较多产品存在较多的模式，同时各家芯片的读写方法并不是完全一致二SPI总线模式设置SPI协议中最重要的便是模式设置包括CPOL和CPHA。CPOL指的是SCK时钟空闲时的电平极性Polarity。CPHA指的是相位Phase.CPOL=0表示SCK时钟在空闲时候是低电平CPOL=1表示SCK时钟在空闲时候是高电平CPHA=0表示片选信号有效后，SCK的第一个跳变沿采样(接收)数据(包括下降沿/上升沿取决于CPOL),第二个跳变沿发送数据CPHA=1表示片选信号有效后，SCK的第一个跳变沿发送数据，第二个跳变沿采样(接收)数据注意采样数据一般都是在数据线信号最稳定的时候采样-信号中间根据CPOL和CPHA的变化SPI设备存在四种工作模式Linux使用以下四个宏表示SPI_MODE_0，SPI_MODE_1，SPI_MODE_2，SPI_MODE_3为了保证主从设备的正常通信，主从设备需要保持一致的工作模式，对于一个给定的从设备是可以从其datasheet中间找到相应的工作模式，主设备按照datasheet进行设置即可。看下面的时序图即四种工作模式首先看图3，CPHA=0：表示片选信号有效后，SCK的第一个跳变沿采样数据。此时正好是MOSI和MISO信号最稳定最中间的地方，正好采样数据，那究竟是在何时输出的BIT7(MSB)了，肯定早于SCK第一个跳变沿不然对方没法接收到数据。从图3也可以看出来，MOSI输出(Master输出数据)早SCK第一个跳变沿半个周期，MISO输出数据(Slave输出数据)就更早了，基本在片选信号有效后就立即输出数据了。到了SCK的第二个跳变沿，肯定继续输出数据第三个跳变沿接收数据……直到传输结束接着图4，CPHA=1;：表示片选信号有效后，SCK的第二个跳变沿采样数据。这时候就更好理解了，第二个跳变沿采样数据，那第一个跳变沿自然就发送数据，看时序图也是：片选信号有效后第一个个跳变沿MOSI和MISO就各自发送数据了，第二个跳变沿来的时候，正好是MOSI和MISO信号最稳定最中间的地方，正好采样数据。第三个跳变沿就继续发送数据，第四个跳变沿接收数据……直到传输结束三GSPI接口首先GSPI接口和普通SPI接口在电路连接上显然不一样，GSPI接口的数据线是连接成环路，即上一级芯片的输出SDOUT连接下一级芯片的输入SDIN.但是GSPI的接口时序和SPI接口时序是一样的也有四种工作模式需要注意的地方：我们芯片的的SPIMaster只有三根CS片选信号，也就是说最多只能连接三个SPISlave设备，由于系统需求我们必须连接四个SPISlave所以使用一根GPIO来代替CS信号。此时出现了一个问题：我们根本不能去读写这四个SPISlave设备后来查询原因是由于GSPI接口的事，由于电路是闭环的,SPIMaster去读取某个SPISlave设备时，会选通该SPIslave的CS信号(低电平)，使得数据沿着闭环传输回SPIMaster。然而我们最后一级SPISlave是使用GPIO扩展的，始终输出的都是低电平，导致一个环路里边有两个SPIslave都是选通状态，这样肯定不能正常工作。解决方法是把GPIO电平变高使得该SPIslave始终都处于未选通状态，这样GSPI环路里边始终就只有一个SPISlave选通了。