I.MX6ULL_Linux_驱动篇(49)linux SPI驱动
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.MX6UALPHA 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。
目录
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，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。
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)：
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。
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。
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。
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：
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：
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。
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：
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：
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。
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：
1 ecspi3: ecspi@02010000 {
2 #address-cells = <1>;
3 #size-cells = <0>;
4 compatible = "fsl,imx6ul-ecspi", "fsl,imx51-ecspi";
5 reg = <0x02010000 0x4000>;
6 interrupts = <GIC_SPI 33 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
7 clocks = <&clks IMX6UL_CLK_ECSPI3>,
8 <&clks IMX6UL_CLK_ECSPI3>;
9 clock-names = "ipg", "per";
10 dmas = <&sdma 7 7 1>, <&sdma 8 7 2>;
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：
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->txspi_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：
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)从上述代码可以看出， 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。
SPI 设备驱动编写流程
SPI 设备信息描述
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：
308 &ecspi1 {
309 fsl,spi-num-chipselects = <1>;
310 cs-gpios = <&gpio4 9 0>;
311 pinctrl-names = "default";
312 pinctrl-0 = <&pinctrl_ecspi1>;
313 status = "okay";
314
315 flash: m25p80@0 {
316 #address-cells = <1>;
317 #size-cells = <1>;
318 compatible = "st,m25p32";
319 spi-max-frequency = <20000000>;
320 reg = <0>;
321 };
322 };示例代码是 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。
SPI 设备数据收发处理流程
SPI 设备驱动的核心是 spi_driver，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：
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：
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：
/* 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;
}实验
设备树
在 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中加入如下所示内容：
1 &ecspi3 {
2 fsl,spi-num-chipselects = <1>;
3 cs-gpios = <&gpio1 20 GPIO_ACTIVE_LOW>;
4 pinctrl-names = "default";
5 pinctrl-0 = <&pinctrl_ecspi3>;
6 status = "okay";
7
8 spidev: icm20608@0 {
9 compatible = "alientek,icm20608";
10 spi-max-frequency = <8000000>;
11 reg = <0>;
12 };
13 };驱动
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/spi/spi.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#include "icm20608reg.h"
#define ICM20608_CNT 1
#define ICM20608_NAME "icm20608"
struct icm20608_dev {
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
struct device_node *nd; /* 设备节点 */
int major; /* 主设备号 */
void *private_data; /* 私有数据 */
signed int gyro_x_adc; /* 陀螺仪X轴原始值 */
signed int gyro_y_adc; /* 陀螺仪Y轴原始值 */
signed int gyro_z_adc; /* 陀螺仪Z轴原始值 */
signed int accel_x_adc; /* 加速度计X轴原始值 */
signed int accel_y_adc; /* 加速度计Y轴原始值 */
signed int accel_z_adc; /* 加速度计Z轴原始值 */
signed int temp_adc; /* 温度原始值 */
};
static struct icm20608_dev icm20608dev;
/*
* @description : 从icm20608读取多个寄存器数据
* @param - dev: icm20608设备
* @param - reg: 要读取的寄存器首地址
* @param - val: 读取到的数据
* @param - len: 要读取的数据长度
* @return : 操作结果
*/
static int icm20608_read_regs(struct icm20608_dev *dev, u8 reg, void *buf, int len)
{
int ret = -1;
unsigned char txdata[1];
unsigned char * rxdata;
struct spi_message m;
struct spi_transfer *t;
struct spi_device *spi = (struct spi_device *)dev->private_data;
t = kzalloc(sizeof(struct spi_transfer), GFP_KERNEL); /* 申请内存 */
if(!t) {
return -ENOMEM;
}
rxdata = kzalloc(sizeof(char) * len, GFP_KERNEL); /* 申请内存 */
if(!rxdata) {
goto out1;
}
/* 一共发送len+1个字节的数据，第一个字节为
寄存器首地址，一共要读取len个字节长度的数据，*/
txdata[0] = reg | 0x80; /* 写数据的时候首寄存器地址bit8要置1 */
t->tx_buf = txdata; /* 要发送的数据 */
t->rx_buf = rxdata; /* 要读取的数据 */
t->len = len+1; /* t->len=发送的长度+读取的长度 */
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); /* 同步发送 */
if(ret) {
goto out2;
}
memcpy(buf , rxdata+1, len); /* 只需要读取的数据 */
out2:
kfree(rxdata); /* 释放内存 */
out1:
kfree(t); /* 释放内存 */
return ret;
}
/*
* @description : 向icm20608多个寄存器写入数据
* @param - dev: icm20608设备
* @param - reg: 要写入的寄存器首地址
* @param - val: 要写入的数据缓冲区
* @param - len: 要写入的数据长度
* @return : 操作结果
*/
static s32 icm20608_write_regs(struct icm20608_dev *dev, u8 reg, u8 *buf, u8 len)
{
int ret = -1;
unsigned char *txdata;
struct spi_message m;
struct spi_transfer *t;
struct spi_device *spi = (struct spi_device *)dev->private_data;
t = kzalloc(sizeof(struct spi_transfer), GFP_KERNEL); /* 申请内存 */
if(!t) {
return -ENOMEM;
}
txdata = kzalloc(sizeof(char)+len, GFP_KERNEL);
if(!txdata) {
goto out1;
}
/* 一共发送len+1个字节的数据，第一个字节为
寄存器首地址，len为要写入的寄存器的集合，*/
*txdata = reg & ~0x80; /* 写数据的时候首寄存器地址bit8要清零 */
memcpy(txdata+1, buf, len); /* 把len个寄存器拷贝到txdata里，等待发送 */
t->tx_buf = txdata; /* 要发送的数据 */
t->len = len+1; /* t->len=发送的长度+读取的长度 */
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); /* 同步发送 */
if(ret) {
goto out2;
}
out2:
kfree(txdata); /* 释放内存 */
out1:
kfree(t); /* 释放内存 */
return ret;
}
/*
* @description : 读取icm20608指定寄存器值，读取一个寄存器
* @param - dev: icm20608设备
* @param - reg: 要读取的寄存器
* @return : 读取到的寄存器值
*/
static unsigned char icm20608_read_onereg(struct icm20608_dev *dev, u8 reg)
{
u8 data = 0;
icm20608_read_regs(dev, reg, &data, 1);
return data;
}
/*
* @description : 向icm20608指定寄存器写入指定的值，写一个寄存器
* @param - dev: icm20608设备
* @param - reg: 要写的寄存器
* @param - data: 要写入的值
* @return : 无
*/
static void icm20608_write_onereg(struct icm20608_dev *dev, u8 reg, u8 value)
{
u8 buf = value;
icm20608_write_regs(dev, reg, &buf, 1);
}
/*
* @description : 读取ICM20608的数据，读取原始数据，包括三轴陀螺仪、
* : 三轴加速度计和内部温度。
* @param - dev : ICM20608设备
* @return : 无。
*/
void icm20608_readdata(struct icm20608_dev *dev)
{
unsigned char data[14] = { 0 };
icm20608_read_regs(dev, ICM20_ACCEL_XOUT_H, data, 14);
dev->accel_x_adc = (signed short)((data[0] << 8) | data[1]);
dev->accel_y_adc = (signed short)((data[2] << 8) | data[3]);
dev->accel_z_adc = (signed short)((data[4] << 8) | data[5]);
dev->temp_adc = (signed short)((data[6] << 8) | data[7]);
dev->gyro_x_adc = (signed short)((data[8] << 8) | data[9]);
dev->gyro_y_adc = (signed short)((data[10] << 8) | data[11]);
dev->gyro_z_adc = (signed short)((data[12] << 8) | data[13]);
}
/*
* @description : 打开设备
* @param - inode : 传递给驱动的inode
* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做pr似有ate_data的成员变量
* 一般在open的时候将private_data似有向设备结构体。
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int icm20608_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
filp->private_data = &icm20608dev; /* 设置私有数据 */
return 0;
}
/*
* @description : 从设备读取数据
* @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
* @param - cnt : 要读取的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
*/
static ssize_t icm20608_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *off)
{
signed int data[7];
long err = 0;
struct icm20608_dev *dev = (struct icm20608_dev *)filp->private_data;
icm20608_readdata(dev);
data[0] = dev->gyro_x_adc;
data[1] = dev->gyro_y_adc;
data[2] = dev->gyro_z_adc;
data[3] = dev->accel_x_adc;
data[4] = dev->accel_y_adc;
data[5] = dev->accel_z_adc;
data[6] = dev->temp_adc;
err = copy_to_user(buf, data, sizeof(data));
return 0;
}
/*
* @description : 关闭/释放设备
* @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int icm20608_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}
/* icm20608操作函数 */
static const struct file_operations icm20608_ops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = icm20608_open,
.read = icm20608_read,
.release = icm20608_release,
};
/*
* ICM20608内部寄存器初始化函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
void icm20608_reginit(void)
{
u8 value = 0;
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_PWR_MGMT_1, 0x80);
mdelay(50);
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_PWR_MGMT_1, 0x01);
mdelay(50);
value = icm20608_read_onereg(&icm20608dev, ICM20_WHO_AM_I);
printk("ICM20608 ID = %#X\r\n", value);
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_SMPLRT_DIV, 0x00); /* 输出速率是内部采样率 */
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_GYRO_CONFIG, 0x18); /* 陀螺仪±2000dps量程 */
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_ACCEL_CONFIG, 0x18); /* 加速度计±16G量程 */
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_CONFIG, 0x04); /* 陀螺仪低通滤波BW=20Hz */
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_ACCEL_CONFIG2, 0x04); /* 加速度计低通滤波BW=21.2Hz */
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_PWR_MGMT_2, 0x00); /* 打开加速度计和陀螺仪所有轴 */
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_LP_MODE_CFG, 0x00); /* 关闭低功耗 */
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_FIFO_EN, 0x00); /* 关闭FIFO */
}
/*
* @description : spi驱动的probe函数，当驱动与
* 设备匹配以后此函数就会执行
* @param - client : i2c设备
* @param - id : i2c设备ID
*
*/
static int icm20608_probe(struct spi_device *spi)
{
/* 1、构建设备号 */
if (icm20608dev.major) {
icm20608dev.devid = MKDEV(icm20608dev.major, 0);
register_chrdev_region(icm20608dev.devid, ICM20608_CNT, ICM20608_NAME);
} else {
alloc_chrdev_region(&icm20608dev.devid, 0, ICM20608_CNT, ICM20608_NAME);
icm20608dev.major = MAJOR(icm20608dev.devid);
}
/* 2、注册设备 */
cdev_init(&icm20608dev.cdev, &icm20608_ops);
cdev_add(&icm20608dev.cdev, icm20608dev.devid, ICM20608_CNT);
/* 3、创建类 */
icm20608dev.class = class_create(THIS_MODULE, ICM20608_NAME);
if (IS_ERR(icm20608dev.class)) {
return PTR_ERR(icm20608dev.class);
}
/* 4、创建设备 */
icm20608dev.device = device_create(icm20608dev.class, NULL, icm20608dev.devid, NULL, ICM20608_NAME);
if (IS_ERR(icm20608dev.device)) {
return PTR_ERR(icm20608dev.device);
}
/*初始化spi_device */
spi->mode = SPI_MODE_0; /*MODE0，CPOL=0，CPHA=0*/
spi_setup(spi);
icm20608dev.private_data = spi; /* 设置私有数据 */
/* 初始化ICM20608内部寄存器 */
icm20608_reginit();
return 0;
}
/*
* @description : i2c驱动的remove函数，移除i2c驱动的时候此函数会执行
* @param - client : i2c设备
* @return : 0，成功;其他负值,失败
*/
static int icm20608_remove(struct spi_device *spi)
{
/* 删除设备 */
cdev_del(&icm20608dev.cdev);
unregister_chrdev_region(icm20608dev.devid, ICM20608_CNT);
/* 注销掉类和设备 */
device_destroy(icm20608dev.class, icm20608dev.devid);
class_destroy(icm20608dev.class);
return 0;
}
/* 传统匹配方式ID列表 */
static const struct spi_device_id icm20608_id[] = {
{"alientek,icm20608", 0},
{}
};
/* 设备树匹配列表 */
static const struct of_device_id icm20608_of_match[] = {
{ .compatible = "alientek,icm20608" },
{ /* Sentinel */ }
};
/* SPI驱动结构体 */
static struct spi_driver icm20608_driver = {
.probe = icm20608_probe,
.remove = icm20608_remove,
.driver = {
.owner = THIS_MODULE,
.name = "icm20608",
.of_match_table = icm20608_of_match,
},
.id_table = icm20608_id,
};
/*
* @description : 驱动入口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init icm20608_init(void)
{
return spi_register_driver(&icm20608_driver);
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit icm20608_exit(void)
{
spi_unregister_driver(&icm20608_driver);
}
module_init(icm20608_init);
module_exit(icm20608_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("xxx");
应用
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "sys/ioctl.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include <poll.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <signal.h>
#include <fcntl.h>
/*
* @description : main主程序
* @param - argc : argv数组元素个数
* @param - argv : 具体参数
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
char *filename;
signed int databuf[7];
unsigned char data[14];
signed int gyro_x_adc, gyro_y_adc, gyro_z_adc;
signed int accel_x_adc, accel_y_adc, accel_z_adc;
signed int temp_adc;
float gyro_x_act, gyro_y_act, gyro_z_act;
float accel_x_act, accel_y_act, accel_z_act;
float temp_act;
int ret = 0;
if (argc != 2) {
printf("Error Usage!\r\n");
return -1;
}
filename = argv[1];
fd = open(filename, O_RDWR);
if(fd < 0) {
printf("can't open file %s\r\n", filename);
return -1;
}
while (1) {
ret = read(fd, databuf, sizeof(databuf));
if(ret == 0) { /* 数据读取成功 */
gyro_x_adc = databuf[0];
gyro_y_adc = databuf[1];
gyro_z_adc = databuf[2];
accel_x_adc = databuf[3];
accel_y_adc = databuf[4];
accel_z_adc = databuf[5];
temp_adc = databuf[6];
/* 计算实际值 */
gyro_x_act = (float)(gyro_x_adc) / 16.4;
gyro_y_act = (float)(gyro_y_adc) / 16.4;
gyro_z_act = (float)(gyro_z_adc) / 16.4;
accel_x_act = (float)(accel_x_adc) / 2048;
accel_y_act = (float)(accel_y_adc) / 2048;
accel_z_act = (float)(accel_z_adc) / 2048;
temp_act = ((float)(temp_adc) - 25 ) / 326.8 + 25;
printf("\r\n原始值:\r\n");
printf("gx = %d, gy = %d, gz = %d\r\n", gyro_x_adc, gyro_y_adc, gyro_z_adc);
printf("ax = %d, ay = %d, az = %d\r\n", accel_x_adc, accel_y_adc, accel_z_adc);
printf("temp = %d\r\n", temp_adc);
printf("实际值:");
printf("act gx = %.2f°/S, act gy = %.2f°/S, act gz = %.2f°/S\r\n", gyro_x_act, gyro_y_act, gyro_z_act);
printf("act ax = %.2fg, act ay = %.2fg, act az = %.2fg\r\n", accel_x_act, accel_y_act, accel_z_act);
printf("act temp = %.2f°C\r\n", temp_act);
}
usleep(100000); /*100ms */
}
close(fd); /* 关闭文件 */
return 0;
}
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