4. SPI设备驱动基本框架：module_init/exit、spi_driver结构体、probe/remove回调函数实现

SPI设备驱动在Linux内核中遵循标准的设备驱动模型（Driver Model）。驱动开发者需要注册一个spi_driver结构体，并实现其核心回调函数。本章将详细拆解驱动入口/出口函数、驱动结构体定义以及probe/remove回调的完整实现流程。

4.1 驱动入口与出口：module_init / module_exit

每个SPI设备驱动都必须通过module_init和module_exit宏向内核注册/注销驱动实例。这两个宏是驱动加载和卸载的“大门”。

// 驱动入口函数
static int __init my_spi_driver_init(void)
{
    int ret;
    ret = spi_register_driver(&my_spi_driver);
    if (ret)
        pr_err("Failed to register SPI driver: %d\n", ret);
    return ret;
}
module_init(my_spi_driver_init);

// 驱动出口函数
static void __exit my_spi_driver_exit(void)
{
    spi_unregister_driver(&my_spi_driver);
}
module_exit(my_spi_driver_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Embedded Linux Expert");
MODULE_DESCRIPTION("SPI device driver example");

4.2 spi_driver 结构体：驱动的“身份证”

spi_driver 是SPI设备驱动的核心结构体，定义在 include/linux/spi/spi.h 中。它包含了驱动名称、设备ID表以及最重要的 probe 和 remove 回调函数指针。

struct spi_driver {
    const struct spi_device_id *id_table;  // 设备ID匹配表
    int (*probe)(struct spi_device *spi);  // 设备匹配成功时调用
    int (*remove)(struct spi_device *spi); // 设备移除时调用
    void (*shutdown)(struct spi_device *spi);
    struct device_driver driver;           // 通用驱动结构体
};

// 设备ID表
static const struct spi_device_id my_spi_ids[] = {
    { "my_spi_dev", 0 },
    { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(spi, my_spi_ids);

// 设备树匹配表（可选，现代驱动推荐）
static const struct of_device_id my_spi_of_match[] = {
    { .compatible = "vendor,my-spi-device" },
    { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, my_spi_of_match);

// spi_driver 实例定义
static struct spi_driver my_spi_driver = {
    .driver = {
        .name = "my_spi_driver",
        .of_match_table = my_spi_of_match,
    },
    .id_table = my_spi_ids,
    .probe = my_spi_probe,
    .remove = my_spi_remove,
};

4.3 probe 回调函数：设备初始化“工厂”

当内核发现一个SPI设备与驱动的 id_table 或 of_match_table 匹配时，自动调用 probe 函数。这是驱动完成硬件初始化、分配资源、注册字符设备/输入设备/网络设备等核心操作的入口。

static int my_spi_probe(struct spi_device *spi)
{
    struct my_spi_dev *dev;
    int ret;

    // 1. 设置SPI通信参数
    spi->mode = SPI_MODE_0;
    spi->max_speed_hz = 10 * 1000 * 1000; // 10MHz
    spi->bits_per_word = 8;
    ret = spi_setup(spi);
    if (ret)
        return ret;

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

    // 3. 初始化硬件（如复位、读取ID等）
    ret = my_spi_hw_init(dev);
    if (ret)
        return ret;

    // 4. 注册设备（如misc设备、IIO设备等）
    ret = my_spi_register_device(dev);
    if (ret)
        return ret;

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

4.4 remove 回调函数：优雅的“退场”

remove 函数在设备拔出或驱动卸载时被调用，负责释放 probe 中分配的所有资源。如果使用了 devm_ 系列API（如 devm_kzalloc、devm_request_irq），大部分资源会自动释放，但需要显式注销设备节点。

static int my_spi_remove(struct spi_device *spi)
{
    struct my_spi_dev *dev = spi_get_drvdata(spi);

    // 1. 注销设备节点
    my_spi_unregister_device(dev);

    // 2. 关闭硬件（如禁用中断、进入低功耗模式）
    my_spi_hw_deinit(dev);

    // 3. 清除驱动数据（可选，devm_ 会自动处理）
    spi_set_drvdata(spi, NULL);

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

4.5 驱动框架完整流程图

下图展示了从驱动加载到设备移除的完整生命周期，以及 spi_driver 各组件之间的协作关系。

4.6 驱动框架核心要点总结

• 入口/出口： module_init 调用 spi_register_driver，module_exit 调用 spi_unregister_driver。
• 匹配机制： 内核优先使用设备树 of_match_table 匹配，其次使用 id_table 匹配。
• probe 职责： 配置SPI参数、分配私有数据、初始化硬件、注册设备节点。
• remove 职责： 注销设备节点、关闭硬件、释放资源（推荐使用 devm_ 系列API简化管理）。
• 数据传递： 使用 spi_set_drvdata() 和 spi_get_drvdata() 在回调之间传递私有数据。