3. SPI设备驱动基础：核心数据结构与回调实现

SPI设备驱动是Linux内核中SPI子系统的最上层，直接与具体的SPI外设（如ADC、DAC、传感器、显示屏等）交互。本章深入剖析驱动开发中必须掌握的两个核心结构体——spi_device和spi_driver，以及驱动生命周期中的关键回调函数probe和remove的实现方法。

3.1 spi_device结构体：SPI设备的抽象

spi_device结构体是内核中代表一个SPI从设备的抽象。它包含了设备在SPI总线上的所有硬件属性和配置参数。驱动开发者通过填充该结构体的字段，告知SPI控制器如何与从设备通信。

3.2 spi_driver结构体：驱动的注册入口

spi_driver是SPI设备驱动的核心载体，它实现了驱动与内核SPI核心的绑定。驱动开发者需要填充该结构体，并调用spi_register_driver()将其注册到内核。

#include <linux/spi/spi.h>

static struct spi_driver my_spi_driver = {
    .driver = {
        .name   = "my_spi_device",
        .of_match_table = my_spi_of_match,
        .owner  = THIS_MODULE,
    },
    .probe  = my_spi_probe,
    .remove = my_spi_remove,
    .id_table = my_spi_id_table,  // 可选，用于非设备树匹配
};

module_spi_driver(my_spi_driver);

3.3 probe回调函数：驱动的初始化入口

probe回调是SPI设备驱动的核心函数。当内核检测到SPI从设备与驱动匹配时，调用此函数。驱动开发者在此完成硬件初始化、资源分配、数据结构和接口注册等工作。

static int my_spi_probe(struct spi_device *spi)
{
    struct my_device_data *data;
    int ret;

    // 1. 配置SPI设备参数
    spi->mode = SPI_MODE_0;
    spi->max_speed_hz = 1000000;  // 1MHz
    spi->bits_per_word = 8;
    ret = spi_setup(spi);
    if (ret < 0) {
        dev_err(&spi->dev, "spi_setup failed\n");
        return ret;
    }

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

    // 3. 初始化硬件（如复位、读取设备ID等）
    ret = my_device_hw_init(spi);
    if (ret)
        return ret;

    // 4. 注册字符设备或输入设备等
    ret = my_device_register(spi);
    if (ret)
        return ret;

    dev_info(&spi->dev, "SPI device probed successfully\n");
    return 0;
}

3.4 remove回调函数：驱动的清理出口

remove回调在设备拔出或驱动卸载时被调用。它的职责是probe的逆操作：释放资源、注销接口、关闭硬件。

static int my_spi_remove(struct spi_device *spi)
{
    struct my_device_data *data = spi_get_drvdata(spi);

    // 1. 注销注册的接口（如字符设备、sysfs等）
    my_device_unregister(spi);

    // 2. 关闭硬件（如进入低功耗模式）
    my_device_hw_deinit(spi);

    // 3. 清理工作队列、定时器等
    cancel_work_sync(&data->work);

    // 4. 私有数据由devm_*自动释放，无需手动kfree
    dev_info(&spi->dev, "SPI device removed\n");
    return 0;
}

3.5 设备树匹配与probe触发流程

SPI设备驱动与设备的匹配通常通过设备树完成。以下SVG图展示了从设备树解析到probe回调被调用的完整流程。

3.6 完整驱动框架示例

以下代码展示了一个完整的SPI设备驱动骨架，整合了spi_driver、probe、remove和设备树匹配表。

#include <linux/module.h>
#include <linux/spi/spi.h>
#include <linux/of.h>

struct my_device_data {
    struct spi_device *spi;
    struct mutex lock;
    // 其他私有成员...
};

static const struct of_device_id my_spi_of_match[] = {
    { .compatible = "vendor,my-spi-device", },
    { /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, my_spi_of_match);

static int my_spi_probe(struct spi_device *spi)
{
    struct my_device_data *data;
    int ret;

    data = devm_kzalloc(&spi->dev, sizeof(*data), GFP_KERNEL);
    if (!data)
        return -ENOMEM;

    data->spi = spi;
    mutex_init(&data->lock);
    spi_set_drvdata(spi, data);

    spi->mode = SPI_MODE_0;
    spi->max_speed_hz = 5000000;
    spi->bits_per_word = 8;
    ret = spi_setup(spi);
    if (ret)
        return ret;

    dev_info(&spi->dev, "probe success, speed=%dHz\n", spi->max_speed_hz);
    return 0;
}

static int my_spi_remove(struct spi_device *spi)
{
    struct my_device_data *data = spi_get_drvdata(spi);
    mutex_destroy(&data->lock);
    dev_info(&spi->dev, "device removed\n");
    return 0;
}

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

module_spi_driver(my_spi_driver);

MODULE_AUTHOR("Kernel Developer");
MODULE_DESCRIPTION("SPI device driver example");
MODULE_LICENSE("GPL");

3.7 probe/remove回调对比总结