[导读] 干过单片机的盆友或许都拿IO口对着时序模拟过SPI主控制器，在做嵌入式Linux设备开发时，发现SPI对应的脚都被用了，或者被当成别的用途了，这时候咋办？你或许会说我翻IO口写个字符驱动不就完了么？当然你可以这么做，然而并没有必要。自己写也挺麻烦且未必稳。憋慌！且看本文分解～SPI什么鬼？

SPI(Serial Peripheral Interface) 是一种嵌入式系统中应用广泛的同步串行通信、主从架构式总线接口。80年代由摩托罗拉开发，已成为事实标准。

要理解啥是SPI，先上图，一图胜千言：

常见的SPI接口有这样几个引脚：

• SCLK: 串行时钟，总是主端负责输出(Master)。总是由主端控制该信号，从端为输入采样。
• MOSI:主出从入（Master Output Slave Input)。总是由主端控制该信号，从端为输入采样。
• MISO:主入从出(Master Input Slave Output)。总是由从端控制该信号，主端为输入采样。
• :从选择信号(Slave Select)。总是由主端控制该信号，从端为输入采样。
  

常见的两种总线连接方式，

方式一：独立片选
0 z& T$ K& {* p$ ~  _$ D

$ ~9 T; X+ J8 `- K# q( n7 {

每个从设备都有独立的片选引脚，主机同一时间段内，与一个从设备进行通信，也即选中一个从设备，其他线并接共用
5 O) C9 H. Y" c' P方式二：菊花链

SCK/CS共用，数据线入出环形链接，bit流在SCK时钟作用下击鼓传花，逐次移位传递。

Linux下SPI框架

一图胜千言，看看我画的图吧：

• spi.c 实现了SPI core的公共抽象，SPI core负责抽象所有控制器具有的公共功能代码，并同时为spi protocol驱动程序提供接口，例如spi_message，spi_transfer，spi_async等。
• SPI controller：SPI控制器层实现不同芯片SPI控制器的差异性实现，完成数据的bit级别的收发控制实现，并最终控制其对应的总线。
• SPI devie:实现设备驱动，负责从控制器收发数据，并实现应用协议的解析等。
• SPI外设控制：逻辑电路层，负责底层的IO电路级控制。
• SPI从设备：挂载在具体的SPI总线上的芯片，比如传感器、FLASH存储设备等。
  ; [" i6 J7 t4 G' K9 Q* i

GPIO SPI Master?

前面说自己拿GPIO对着SPI收发时序波形去实现SPI字符设备有点重新造砖的嫌疑，且造出的砖兼容性、稳定性往往都差强人意。辣么，Linux下不这么干，可以怎么干呢？

首先用下面命令打开内核配置界面，来瞅瞅：

make menuconfig

稍等那么一会儿，熟悉的界面就出来了：

进入Device Drivers：

进入到SPI support,按Y选择：

• GPIO-based bitbanging SPI Master，这便是GPIO SPI主控制器的配置项
• User mode SPI device driver support，这便是spidev设备驱动的配置项
  

完事之后，一顿退出保存配置，记得保存配置，别配置了半天没存哈。

设备树配置

前面配置好了GPIO主控制器以及spidev设备驱动，然而如果直接编译，将内核部署到目标板上运行你发现啥也没有。那么还要做什么呢？你需要根据你的板子的情况配置哪些GPIO为SPI主控制对应的引脚！比如我用的ZYNQ，我这样配：

spi {
compatible = "spi-gpio";
#address-cells = <0x1>;
% h  n. i; o; C  O9 a ranges;
# b& J0 ~8 [- v# z
sck-gpios = <&gpio0 7 0>;
4 K* Q: O; J& n, z. U9 K miso-gpios = <&gpio0 11 0>;
6 l7 j3 D! _. X: ]9 B5 b mosi-gpios = <&gpio0 10 0>;
# i* _( i7 l7 H0 v" T! _ cs-gpios = <&gpio0 12 0>;
' ]+ V+ ~. ?: d0 X  s, u num-chipselects = <1>;
- V+ C7 c' ?1 n; h" T /* 从设备clients */
# h0 M0 z; R! B7 B! [    device_0@0 {
! n6 _/ M( g6 d# \" r9 f" N        compatible = "spidev";
        reg = <0>;
        spi-max-frequency = <500000>;
        #address-cells = <1>;
+ m0 V' y3 i- l) L        #size-cells = <1>;
* Z# n" G+ w6 I8 n' y& ?2 W! p        spi-rx-bus-width = <1>;
" d5 ]; |3 G; V8 Z/ C& f6 e        spi-tx-bus-width = <1>;
        bits-per-word = <8>;
    };
};
2 t% W$ n0 h! t! m

主控制器设备树：

• compatible = "spi-gpio",这里兼容性表示使用GPIO的主控制器。编译时会自动编译spi-gpio.c
• sck-gpios/miso-gpios/mosi-gpios/cs-gpios：为SPI对应的4个脚的配置，后面的则根据目标板进行设置。
• num-chipselects：设置有几个片选
  

从设备设备树：

• compatible = "spidev"，这里设置spidev对应spidev.c的实现，当然你完全可以自己写个设备驱动，但是对于大部分应用而言没有必要，直接在用户空间实现应用协议不香么？
• reg = <0>，括号里如果有多个从设备则依次增加
• spi-max-frequency，设定spi频率，这里假定设置为500k
• spi-rx-bus-width/spi-tx-bus-width，这里可选，如果是quad等设备则需要设置
• bits-per-word：表示一个字节多少位
• 另外spi-cpol/spi-cpha，则根据设备的SPI模式进行相应配置
• spi-3wire：如果对应的设备是3线SPI设备，则可将该属性加上。
  / T, `' H! C3 Q- h

部署测试

设备树配置好后，编译加载到目标板上，此时在/dev下就会出现相应的设备 ，比如这样：

我配了好几个spidev，所以出现这么几个设备。

至于怎么从用户空间测试这些驱动，就是基本的文件open/read/write操作了，这里就不赘述了。

总结一下

本文梳理了一下在SPI受限的情况下，Linux中GPIO用做SPI控制器的方法及实现，不用敲一行代码就妥了。把该驱的芯片就驱起来了。这里一个小的tips：

当面临要写驱动的时候，先查查是否已经有现成的实现，鼓捣鼓捣就能用岂不是妙！

Linux发展至今，为啥能如此广泛应用，从这里也可见一斑。你大部分想到的需求，都基本给你造好了。拿来就用，一用就对！他不香么？