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本文提供有关 Linux<sup>&reg;</sup> SPI框架和STM32 SPI驱动程序安装的基本信息。
它说明了如何使用SPI，更具体地说：
* 如何在 Linux<sup>&reg;</sup> BSP上激活SPI接口
* 如何从内核空间访问SPI
* 如何从用户空间访问SPI。

==Framework purpose==

Linux内核为SPI<ref name="More about SPI">https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Serial_Peripheral_Interface</ref>协议支持提供了特定的框架。
SPI（串行外围接口）是主要用于嵌入式系统中的短距离通信的同步串行通信接口。<br />
该接口由摩托罗拉创建，现在已经变成了行业标准。由于它不是由 I<sup>2</sup>C之类的联盟定义的，因此存在不同的信号名称和信号极性模式。<br />
SPI器件使用具有单个主机的主从结构，以全双工，半双工或单工（rx / tx）模式进行通信。
Linux内核SPI框架为SPI主站（Linux内核在总线上启动SPI消息传递）提供了完整的支持，最近又为SPI从站（Linux内核对总线主站的请求做出了响应）提供了完整的支持。

有关Linux内核SPI框架的简介，请参见<ref name="SPI introduction">https://bootlin.com/doc/training/linux-kernel/</ref> 。
==System overview==
用户可以在微处理器设备周围添加许多SPI外部设备，以创建定制板。 可以通过SPI从用户空间或内核空间访问每个外部设备。

[[File:spi-overview-new.png|center|link=]]

===Component description===
====Board external SPI devices====
从设备“ X”是物理设备（通过SPI总线连接到STM32微处理器），相对于STM32而言，它们是从设备。 <br/>STM32是SPI总线主设备。<br/> 芯片选择信号允许独立选择每个从设备。
====STM32 SPI internal peripheral controller====

STM32 SPI控制器可处理连接到同一总线的所有外部SPI设备。 <br/>
STM32微处理器设备通常嵌入 [[SPI internal peripheral]] 的多个实例，以管理多个SPI总线。<br/>
有关STM32 SPI内部外设的更多信息，请参考 [[SPI_internal_peripheral#SPI_main_features]]

====spi-stm32====
STM32 SPI控制器驱动程序为spi内核提供了一个ST SPI内部外围抽象层。<br/> 它定义了SPI内核库使用的所有SPI传输方法。<br/>
STM32 SPI控制器驱动程序仅支持SPI主模式。<br/>

====spi-core====
'''{{Highlight|spi-core}}''' 是“交流的大脑”: 它实例化并管理所有总线和外围设备。
* 顾名思义，这就是SPI引擎。 它还负责解析适配器和设备的设备树条目。 它实现了标准的SPI模式： 0, 1, 2 and 3.

====Slave device drivers====
该层表示与物理外围设备关联的所有驱动程序。<br/>

====spidev====
"spidev" 是用户和外围设备之间的接口。
这是一个内核驱动程序，它使用此dev接口API提供对用户空间应用程序的统一SPI总线访问。
有关示例，请参见[[SPI overview#API_description|API Description]] 。

====Application====
借助 ''spidev''界面，该应用程序可以控制所有外围设备。

===API description===
====User space application====
[[#user_space_application| The user space application]] 使用内核驱动程序（spidev）通过devfs进行SPI传输。<br />
让我们以通过芯片选择C连接到总线B的SPI设备为例。“spidev” 驱动程序提供以下接口：
* /dev/spidevB.C: 由“udev”创建的字符特殊设备，用户空间应用程序使用它来控制数据并将其传输到SPI设备。

'''支持的系统调用： '''open(), close(), read(), write(), ioctl(), llseek(), release().<br />
{|
|+ Supported ioctls commands
|-
!Constant
!Description
|-
|SPI_IOC_RD_MODE, SPI_IOC_WR_MODE
|Gets/sets SPI transfer mode
|-
|SPI_IOC_RD_LSB_FIRST, SPI_IOC_WR_LSB_FIRST
|Gets/sets bit justification used to transfer SPI words.
|-
|SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD
|Gets/sets the number of bits in each SPI transfer word.
|-
|SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ
|Gets/sets the maximum SPI transfer speed in Hz.
|}
上表仅显示了主要命令。框架中定义了其他命令 (see '''dev-interface API'''<ref name="dev-interface API">{{CodeSource | Linux kernel | Documentation/spi/spidev}} dev-interface API</ref> for a complete list).

====Kernel space peripheral driver====
内核空间外围设备驱动程序与SPI设备通信，并使用以下 '''SPI核心API''' ： <ref name="SPI core API">https://www.kernel.org/doc/html/latest/driver-api/spi.html</ref>

==Configuration==
===Kernel configuration===
通过Linux Menuconfig工具在内核配置中启用SPI支持（SPI框架和STM32 SPI驱动程序）：[[Menuconfig or how to configure kernel]].

 [x] Device Drivers
     [x] SPI support
         *** SPI Master Controller Drivers *** 
         [x] STMicroelectronics STM32 SPI controller
         *** SPI Protocol Masters *** 
         [x] User mode SPI device driver support

这可以在内核中手动完成：
 CONFIG_SPI=y
 CONFIG_SPI_MASTER=y
 CONFIG_SPI_STM32=y
 CONFIG_SPI_SPIDEV=y

驱动程序（控制器和外围设备）可以编译为内核模块（由‘m’ 内核配置文件选择）或直接编译到内核（aka内置）（由 ‘y’ 内核配置文件选择）中。<br/>
{{Info| 如果从设备参与引导过程，则支持该设备所需的驱动程序将被视为至关重要，并且必须内置在内核中}}

===Device tree configuration===
请参考 [[SPI device tree configuration]].

==How to use the framework==
Linux内核文档中提供了有关如何编写SPI从驱动程序以控制SPI设备的详细信息。<ref name="Linux kernel SPI framework summary">{{CodeSource | Linux kernel | Documentation/spi/spi-summary}} Linux kernel SPI framework summary</ref>.<br/>
{{UnderConstruction | 更多示例即将推出}}

==How to trace and debug the framework==

===How to trace===
====Activating SPI framework debug messages====
要从SPI框架获取详细消息，请通过menuconfig激活Linux内核中的“对SPI驱动程序的调试支持”[[Menuconfig or how to configure kernel]].<br/>

 [x] Device Drivers
     [x] SPI support
         [x] Debug support for SPI drivers

这是在内核.config文件中手动完成的：
 CONFIG_SPI=y
 CONFIG_SPI_DEBUG=y
 CONFIG_SPI_MASTER=y
 ...

SPI驱动程序的调试支持（CONFIG_SPI_DEBUG）使用DEBUG标志编译位于Linux内核驱动程序/ spi文件夹中的所有SPI文件。<br/>

{{Info|提醒：需要通过控制台使用引导参数或“ dmesg -n 8”命令将“ loglevel”增加到8}}

====Dynamic trace====
有关详细的动态跟踪信息，请参阅 [[How to use the kernel dynamic debug]]<br/>
  {{Board$}} echo  "file spi* +p" > /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control
该命令在运行时启用与SPI内核和驱动程序相关的所有跟踪。<br/>
通过只选择要跟踪的文件，可以进行更精细的选择。<br/>

{{Info|提醒：需要通过控制台使用引导参数或“ dmesg -n 8”命令将“ loglevel”增加到8}}

===How to debug===
====Detecting SPI configuration====
=====sysfs=====
实例化外围设备时，spi-core和内核会通过sysfs导出多个文件：<br />
* '''/sys/class/spi_master/spix''' 显示所有实例化的SPI总线， ''''x'''' 是SPI总线编号。
{{Warning|'x'可能与SPI内部外设索引不匹配，因为它取决于器件的探测顺序。}}
* '''/sys/bus/spi/devices''' 列出了所有实例化的外围设备。例如，名为 '''spi0.0''' 的存储库对应于连接到SPI总线0和芯片选择0的外设。 下面是代表“TPM”设备的示例：<br />
* '''/sys/bus/spi/drivers''' 列出所有实例化的驱动程序。'''tpm_tis_spi/''' 存储库是TPM 2.0的驱动程序。 '''spidev/'''存储库是SPI用户模式的通用驱动程序。<br/>

<pre>
/sys/bus/spi/devices/spi0.0/
            /
            /drivers/tpm_tis_spi/spi0.0/
            /drivers/spidev/...
</pre>

<pre>
/sys/class/spi_master/spi0/spi0.0
                     /spi1/
                     /spi2/
</pre>

====devfs====
如果将“spidev”驱动程序编译到内核中，则存储库'''/ dev'''将包含所有SPI设备条目。它们被编号为spi'''x.y'''其中：
* “ x”是SPI总线号
* “ y”是总线上的芯片选择索引。

与允许完全访问I<sup>2</sup>C总线的i2c-dev不同，“ spidev”可直接访问由设备树节点中定义的芯片选择信号标识的SPI设备。<br/>

下面的示例显示了SPI总线4（芯片选择2）上的用户模式SPI设备。<br/>

<pre>
/dev/spi4.2
</pre>
有关更多信息，请参考spidev文档 <ref name="dev-interface API">{{CodeSource | Linux kernel | Documentation/spi/spidev}} dev-interface API</ref>.

==Source code location==
* The SPI framework is available under {{CodeSource | Linux kernel | drivers/spi}}
* The STM32 SPI driver is available under {{CodeSource | Linux kernel | drivers/spi/spi-stm32.c}}
* The user API for the SPI bus is available under {{CodeSource | Linux kernel | include/linux/spi/spi.h}} and SPI dev is {{CodeSource | Linux kernel | include/uapi/linux/spi/spidev.h}}.

==References==
<references />