📚 课程目录第4章 SPI驱动开发

4、SPI驱动开发：SPI总线协议、RK SPI控制器驱动、DMA传输与实战

SPI，说白了就是同步串行通信里最常用的接口之一。很多传感器、Flash、显示屏都靠它传数据。RK平台的SPI控制器功能挺全，支持主从模式、多种时钟极性和相位，还能接DMA。这一章，我带你从协议到实战，把SPI驱动吃透。

4.1 SPI总线协议速览

SPI是四线制：SCLK（时钟）、MOSI（主出从入）、MISO（主入从出）、CS（片选）。通信由主机控制时钟，从机靠时钟边沿采样数据。

这里有个关键点——时钟极性和相位。极性（CPOL）决定空闲时时钟电平，相位（CPHA）决定数据采样边沿。组合起来就是四种模式：

模式	CPOL	CPHA	空闲时钟	采样边沿
模式0	0	0	低电平	第一个跳变沿（上升沿）
模式1	0	1	低电平	第二个跳变沿（下降沿）
模式2	1	0	高电平	第一个跳变沿（下降沿）
模式3	1	1	高电平	第二个跳变沿（上升沿）

经验之谈： 我习惯先看从机数据手册，确认它支持哪种模式。模式0最通用，但有些Flash芯片只认模式3。配错了，数据全是乱的。

4.2 RK SPI控制器驱动结构

RK的SPI控制器，在Linux内核里对应 drivers/spi/spi-rockchip.c。驱动框架分三层：

核心层（SPI Core）：管理总线、设备和驱动匹配。
控制器驱动层：实现硬件寄存器操作，包括时钟配置、FIFO控制、中断处理。
设备驱动层：挂载在SPI总线上的具体设备，比如Flash、ADC。

控制器驱动主要实现 struct spi_controller 里的回调函数：

static int rockchip_spi_transfer_one(struct spi_master *master,
                                     struct spi_device *spi,
                                     struct spi_transfer *transfer)
{
    // 配置时钟分频
    // 设置传输模式（CPOL/CPHA）
    // 启动传输（PIO或DMA）
    return 0;
}

嗯，这里要注意：transfer_one 是每次传输的入口。如果传输长度超过FIFO深度（RK3399是64字节），就得考虑用DMA。

4.3 DMA传输：为什么需要它？

PIO模式，CPU要一个个字节往FIFO里塞。数据量大时，CPU占用率飙升。DMA传输，说白了就是让DMA控制器帮你搬数据，搬完再通知你。

RK平台SPI+DMA的典型配置：

static int rockchip_spi_prepare_dma(struct rockchip_spi *rs)
{
    struct dma_slave_config rxconf, txconf;

    // 配置RX通道
    rxconf.direction = DMA_DEV_TO_MEM;
    rxconf.src_addr = rs->phybase + ROCKCHIP_SPI_RXDR;
    rxconf.src_addr_width = DMA_SLAVE_BUSWIDTH_4_BYTES;
    rxconf.src_maxburst = 4;

    // 配置TX通道
    txconf.direction = DMA_MEM_TO_DEV;
    txconf.dst_addr = rs->phybase + ROCKCHIP_SPI_TXDR;
    txconf.dst_addr_width = DMA_SLAVE_BUSWIDTH_4_BYTES;
    txconf.dst_maxburst = 4;

    dmaengine_slave_config(rs->dma_rx, &rxconf);
    dmaengine_slave_config(rs->dma_tx, &txconf);
    return 0;
}

避坑指南： 我曾经在RK3288上调试SPI+DMA，发现传输完成后回调没触发。查了半天，原来是DMA的burst size设成了8，但SPI FIFO深度只有64字节，导致溢出。后来改成4就正常了。记住：burst size不能超过FIFO深度的一半。

4.4 实战：驱动一个SPI Flash（W25Q64）

我们以W25Q64为例，写一个简单的读写驱动。设备树配置如下：

&spi1 {
    status = "okay";
    max-freq = <50000000>;
    num-cs = <1>;

    flash: w25q64@0 {
        compatible = "winbond,w25q64";
        reg = <0>;
        spi-max-frequency = <50000000>;
        spi-cpol;
        spi-cpha;
    };
};

驱动里，我们实现 probe 函数，注册MTD设备：

static int w25q64_probe(struct spi_device *spi)
{
    struct flash_info *info;
    int ret;

    // 设置SPI模式
    spi->mode = SPI_MODE_3;
    spi_setup(spi);

    // 读取JEDEC ID
    ret = w25q64_read_id(spi, &info);
    if (ret < 0) {
        dev_err(&spi->dev, "read id failed\n");
        return ret;
    }

    // 注册MTD设备
    return mtd_device_register(mtd, NULL, 0);
}

读写操作时，我建议用DMA传输大块数据（比如256字节以上），小数据用PIO。这样既省CPU，又避免DMA启动开销。

4.5 知识体系：SPI驱动开发全景图

下面这张图，把SPI驱动开发的几个核心模块串起来了。你看一眼，心里就有数了。

4.6 调试技巧：抓波形、看日志

调试SPI驱动，我最常用的三板斧：

逻辑分析仪抓波形：看SCLK是否正常，CS片选时序对不对，数据位宽是否匹配。
内核日志加打印：在 transfer_one 里加 dev_dbg，打印传输长度、模式、状态。
回环测试：把MOSI和MISO短接，发一串数据看能不能收回来。这是验证控制器和DMA是否正常的最快方法。

  关键指标： SPI时钟频率、FIFO深度、DMA传输延迟、单次传输最大长度。这些参数直接影响吞吐量。RK3399的SPI最高支持50MHz，实测能跑到40MHz以上。

嗯，SPI驱动开发，说白了就是理解协议、配好控制器、选对传输方式。DMA不是必须的，但大数据量场景下，它是性能的关键。下一节，我们继续深入其他外设接口。