Linux内核调用SPI驱动_实现OLED显示功能
0. 导语
进入Linux的世界，发现真的是无比的有趣，也发现搞Linux驱动从底层嵌入式搞起真的是很有益处。我们在单片机、DSP这些无操作系统的裸机中学习了这些最基本的驱动，然后用过GPIO时序去模拟、然后用那个芯片平台的外设去配置参数，到Linux的世界，对于底层的时序心中有数，做起来就容易很多。学习的过程就是不断的给自己出难题，然后去解决他，在未来工程里面遇到这个问题，就瞬间可以解决了，这就是经验的积累吧。
Linux驱动目录，包含了底层写好的SPI驱动，我们需要想办法调用人家写好的SPI驱动，就不需要写IO口模拟SPI时序了。在网络上，对于SPI应用级的驱动倒是很多，平台级驱动很少，而我们想把平台级驱动二次包装在我们的字符设备驱动中，对于用户，无需考虑SPI通信写协议还是写命令，只需要使用read和write函数写显示的内容就好了。
基于这样的想法，我们找了一个使用SPI协议的从器件来实现，我手里面有OLED设备，是支持SPI协议在OLED显示面板上显示字符的。所以搭建一个实验平台，做一个OLED的demo，未来所有的从SPI设备都遵循这个框架（而且我们在这个驱动中加入 了内核机制的驱动的自旋锁、互斥体的内核操作）。
实验平台如下：
- ARM板子： 友善之臂Nano-T3 （CortexA53架构, Samsung s5c6818）
- **ARM的Linux系统：**Ubuntu 16.04.2 LTS
- **编译调试Linux：**Ubuntu 16.04.3 LTS amd64版本
- **编译器：**arm-cortexa9-linux-gnueabihf-gcc （64位版本）
- **从设备：**OLED （SPI模式）
1. 驱动架构模型
总体驱动架构模型如图所示，对于OLED驱动的表述，主要包含两个方面，一个是OLED这个传感器的抽象；一个是，misc字符驱动的注册，里面有read和write函数，供用户接口调用，（在read和write函数里面使用OLED设备表述里面的master控制oled的行为就好了，比如显示，清除，复位之类的）。
oled设备表述，为OLED设备的抽象，里面包含对硬件的描述和SPI的描述，还有对于写时序的时候使用自旋锁和互斥体对时序进行的保护，master为对oled设备的基本操作，包含复位，写字节等等。
在本博客中最重要的就是SPI平台驱动的使用，问题也非常的清晰，我们如何使用linux内核驱动里面写好的spi，参考Linux SPI API文档里面，那么复杂的结构体，哪些是在驱动中要使用，哪些是在应用级程序中使用的。网络上的资料大部分都是应用级的，没有讲述在字符驱动中二级注册spi驱动的，而我们对于OLED这样的SPI设备，则需要在驱动中调用，让用户无需关心任何SPI的调用。
在驱动模型中，master操作结构体里面，oled_write_byte这样的函数里面则需要调用系统级SPI，问题就非常明确，就在写byte的时候使用SPI。
那么我们就需要在注册完字符设备的时候，向内核注册spi，然后我们使用该SPI对OLED操作。
2. linux SPI驱动的注册
Linux Drivers目录具备一定的通用性也具备各个架构区别不同，在包含头文件的时候，要包含
- 通用性的linux spi文件
#include <linux/spi/spi.h> - mach级特性文件
#include <mach/slsi-spi.h>
同时也要关注：
- plat级的
device.c文件，里面包含了spi_board信息的模板，用这个可以省去了很多麻烦。
我们使用的oled_hw_t， 图上的结构（OLED->hw）的具体定义，里面定义了io口的编号和spi的各种机制，注意谁是指针，谁是实体。
1struct oled_hw_t 2{ 3 unsigned int res_io_num; 4 unsigned int dc_io_num; 5 struct spi_transfer spi_trans; 6 struct spi_message spi_msg; 7 struct spi_driver *spi_drv; 8 struct spi_device *spi_dev; 9 struct spi_master *spi_master_bus; 10}; 11
我需要定义以下机制：
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spi_driver
spi_driver会向内核申请总线处理的权限，当我们加载驱动的时候，在ARM机器的linux上的
/sys/bus/spi/drivers目录下会看到申请SPI驱动内核的名字。
1static const struct spi_device_id oled_spi_id[] = 2{ 3 {“oledspi”, 1}, 4 {}, 5}; 6static struct spi_driver sp6818_spi_driver = 7{ 8 .driver = 9 { 10 .name = "oled_spi", 11 .bus = &spi_bus_type, 12 .owner = THIS_MODULE, 13 }, 14 .probe = oled_bus_spi_probe, 15 .remove = __devexit_p(oled_bus_spi_remove), 16 .suspend = oled_bus_spi_suspend, 17 .id_table = oled_spi_id, 18}; 19MODULE_DEVICE_TABLE( spi, oled_spi_id );按照spi_driver驱动的格式进行，补充好probe和remove，suspend函数，但是这里存在一个问题，当我们应该spi_register_driver的时候，正常应该执行probe函数里面的内容，但是这个不执行，怀疑是因为二级包装问题，我们的主调还是使用misc驱动的字符设备 __init标示在 misc的初始化函数上，而导致不进入spi_driver的probe函数。
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spi_device
spi_device和spi_driver是成对出现的，在spi_driver注册完之后，则需要对spi_deivce进行配置，我们首先要声明一个spi_device，一会儿借助linux 的drivers 里面的platform级的deivce.c文件中的spi_board来注册我们的spi_device。
定义spi_device驱动，这里面的配置信息可以瞎填，我们使用spi_board中的配置信息会覆盖这些信息。
1static struct spi_device sp6818_spi_device = 2{ 3 .mode = SPI_MODE_3, 4 .bits_per_word = 16, 5 .chip_select = SPI_CS_HIGH, 6 .max_speed_hz = 100000, 7};然后现在的工作就是如何spi_device和我们刚才spi_driver进行绑定了。
定义下面的信息：
1static struct s3c64xx_spi_csinfo sp6818_csi = 2{ 3 .line = OLED_CS_IO, 4 .set_level = gpio_set_value, 5 .fb_delay = 0x2, 6}; 7 8struct spi_board_info sp6818_board_info = 9{ 10 .modalias = "oled", 11 .platform_data = NULL, 12 .max_speed_hz = 10 * 1000 * 1000, 13 .bus_num = 0, 14 .chip_select = 2, 15 .mode = SPI_MODE_3, 16 .controller_data = &sp6818_csi, 17};这个模板就定义在platform级文件夹的device.c里面，我们按照模板的定义方式在我们的驱动文件里面也定义一个，在s3c64xx_spi_csinfo sp6818_csi中定义的是片选信号的IO口，这个IO口根据硬件原理图来的，然后定义spi_board_info结构体，这些都是为spi_device做准备的，spi的配置信息也由此写入。
按照这个顺序进行：程序就如同下面的参考，后面会给出完成程序。
1static void oled_module_hw_init( OLED *self ) 2{ 3 int ret,i; 4 struct spi_master *master; 5 struct spi_device *spi; 6 7 self->hw.res_io_num = OLED_RES_IO; 8 self->hw.dc_io_num = OLED_DC_IO; 9 printk( DRV_NAME "\tregister spi driver...\n" ); 10 self->hw.spi_drv = &sp6818_spi_driver; 11 ret = spi_register_driver( self->hw.spi_drv ); 12 if ( ret < 0 ) { 13 printk( DRV_NAME "\terror: spi driver register failed" ); 14 } 15 printk( DRV_NAME "\tmaster blind spi bus.\n" ); 16 master = spi_busnum_to_master( 0 ); 17 master->num_chipselect = 4; 18 if ( !master ) { 19 printk( DRV_NAME "\terror: master blind spi bus.\n" ); 20 ret = -ENODEV; 21 return ret; 22 } 23 printk( DRV_NAME "\tnew spi device...\n" ); 24 spi = spi_new_device( master, &sp6818_board_info ); 25 if ( !spi ) { 26 printk( DRV_NAME "\terror: spi occupy.\n" ); 27 return -EBUSY; 28 } 29 self->hw.spi_master_bus = master; 30 self->hw.spi_dev = spi; 31 printk( DRV_NAME "\thw init succussful...\n" ); 32}
到此，完成，spi的注册。
spi_device的注册里面，会在ARM上面的Linux的/sys/bus/spi/devices下面出现我们注册的device设备，如图：
spi0.2就是我们所注册的device设备，这个命名就和我们的spi_board_info有关系了，
如果，bus_num = 5, chip_select = 20， 那么注册的device就是spi5.20了。这里还有个坑，就是片选信号的数值大小和master里面的片选num的问题，linux的spi api要求，master的num-chipselect必须大于 spi_board_info里面chip_select的数值。你也看到上面初始化程序，为什么master->num_chipselect = 4； 这个语句了。
3. SPI 的使用
在驱动里面对于spi的使用就非常简单了。例如我们oled的write_byte函数：
1static void oled_module_write_byte( OLED* self, \ 2 unsigned int dat, \ 3 enum data_type_t type) 4{ 5 int status; 6 unsigned int write_buffer[1]; 7 8 if ( type == ENUM_WRITE_TYPE_CMD ) 9 self->master->set_dc_low( self ); 10 else 11 self->master->set_dc_high( self ); 12 write_buffer[0] = dat; 13 write_buffer[1] = 0xFF; 14 status = spi_write( self->hw.spi_dev, write_buffer, 1 ); 15 if ( status ) 16 dev_err( &self->hw.spi_dev->dev, "%s error %d\n", __FUNCTION__, status ); 17}
使用spi_write函数就好了。
4. 结语
探索Linux SPI真是很费劲，这些花了好多时间，经历了无数次的实验，因为是驱动，经常在调试过程中出现暴栈、指针乱指，这些对于Linux内核都是毁灭性的错误，只能重启ARM Linux。光重启Linux就好几百次。不过总算是有成果，对于Linux驱动的学习还在进行，下次可能要实验I2C的平台驱动，找到规律和不同，再加上一些内核的操作，比如并发和IO等，在学习中成长。
源代码
Github地址：https://github.com/lifimlt/carlosdriver
见 oled.c oled.h 和oledfont.h三个文件
参考文献：
[1] Linux org, Serial Peripheral Interface (SPI),
[2] 郝过, Linux设备驱动模型SPI之二, 2016年2月28日
[3] invo-tronics , SPI Driver for Linux Based Embedded System, 2014年9月30日
[4] Linux学习之路, spi驱动框架全面分析，从master驱动到设备驱动, 2016年6月22日