2. Linux SPI 子系统架构

Linux SPI 子系统采用分层设计，将硬件控制、核心机制与设备逻辑解耦。理解这一架构是开发稳定 SPI 驱动的基础。整个子系统从上到下分为：SPI 设备驱动层、SPI 核心层 和 SPI 控制器驱动层，并通过 消息与消息队列机制 完成数据传递。

2.1 SPI 核心层 (SPI Core)

SPI 核心层是 SPI 子系统的中枢，位于 drivers/spi/spi.c。它不直接操作硬件，而是提供一套统一的框架，向上注册 SPI 总线类型，向下管理控制器驱动，并实现消息传递的通用逻辑。

2.2 SPI 控制器驱动层 (SPI Controller Driver)

控制器驱动直接与 SPI 硬件寄存器交互，负责实际的时钟产生、数据收发、片选控制以及 DMA 传输。每个 SPI 控制器实例对应一个 struct spi_master（新内核中为 struct spi_controller）。

2.3 SPI 设备驱动层 (SPI Device Driver)

设备驱动位于架构最上层，面向具体的 SPI 外设（如 ADC、触摸屏、Flash、传感器）。它通过 SPI 核心层提供的 API 与控制器驱动交互，无需关心底层硬件寄存器细节。

设备驱动的核心数据结构是 struct spi_driver，通过 spi_register_driver() 注册到 SPI 总线。当设备树或板级代码中描述的 spi_device 与驱动匹配时，内核调用驱动的 probe() 函数。

// SPI 设备驱动模板框架
static int my_spi_probe(struct spi_device *spi)
{
    struct my_device_data *data;

    // 1. 设置 SPI 传输参数
    spi->mode = SPI_MODE_0;
    spi->max_speed_hz = 10000000;
    spi_setup(spi);

    // 2. 分配私有数据
    data = devm_kzalloc(&spi->dev, sizeof(*data), GFP_KERNEL);
    spi_set_drvdata(spi, data);

    // 3. 初始化 misc 或 input 设备
    // ...

    return 0;
}

static void my_spi_remove(struct spi_device *spi)
{
    // 清理资源
}

static struct spi_driver my_spi_driver = {
    .driver = {
        .name   = "my_spi_device",
        .of_match_table = my_spi_of_match,
    },
    .probe  = my_spi_probe,
    .remove = my_spi_remove,
};

module_spi_driver(my_spi_driver);

2.4 SPI 消息与消息队列机制

SPI 数据传输的核心单位是 spi_message，一个 message 包含一个或多个 spi_transfer。每个 transfer 描述一段连续的 SPI 总线事务：发送缓冲区、接收缓冲区、传输长度、时钟频率、延迟等参数。

消息队列调度机制

每个 spi_master 维护一个消息队列（struct spi_message 链表）。核心层通过 __spi_pump_messages() 工作队列函数逐个处理消息：

1. 入队： 设备驱动调用 spi_sync() 或 spi_async()，核心层将 message 挂入 master 的 queue 链表。
2. 调度： 如果 master 空闲，立即启动 pump；否则等待当前传输完成。
3. 预处理： 调用 master 的 prepare_message() 回调（如配置 DMA 通道）。
4. 传输： 遍历 message 中的每个 transfer，调用 transfer_one() 或 transfer_one_message() 执行硬件操作。
5. 完成回调： 所有 transfer 完成后，调用 message 的 complete() 回调，唤醒同步等待或通知异步调用者。

spi_transfer 关键字段