Linux主机驱动与外设驱动分离思想

- by 宋宝华(Barry Song)

在Linux设备驱动框架的设计中,除了有分层设计实现以外,还有分隔的思想.举一个简单的例子,假设我们要通过SPI总线访问某外设,在这个访问过程中,要通过操作CPU XXX上的SPI控制器的寄存器来达到访问SPI外设YYY的目的,最简单的方法是：

return_type xxx_write_spi_yyy(...)

{

xxx_write_spi_host_ctrl_reg(ctrl);

xxx_ write_spi_host_data_reg(buf);

while(!(xxx_spi_host_status_reg()&SPI_DATA_TRANSFER_DONE));

...

}

如果按照这种方式来设计驱动,结果是对于任何一个SPI外设来讲,它的驱动代码都是CPU相关的.也就是说,当然用在CPU XXX上的时候,它访问XXX的SPI主机控制寄存器,当用在XXX1的时候,它访问XXX1的SPI主机控制寄存器：

return_type xxx1_write_spi_yyy(...)

{

xxx1_write_spi_host_ctrl_reg(ctrl);

xxx1_ write_spi_host_data_reg(buf);

while(!(xxx1_spi_host_status_reg()&SPI_DATA_TRANSFER_DONE));

...

}

这显然是不能接受的,这意味着外设YYY用在不同的CPU XXX和XXX1上的时候需要不同的驱动.那么,我们可以用如图12.4的思想对主机控制器驱动和外设驱动进行分离.这样的结构是,外设a、b、c的驱动与主机控制器A、B、C的驱动不相关,主机控制器驱动不关心外设,而外设驱动也不关心主机,外设只是访问核心层的通用的API进行数据传输,主机和外设之间可以进行任意的组合.

图12.4 Linux设备驱动的主机、外设驱动分离

如果我们不进行如图12.4的主机和外设分离,外设a、b、c和主机A、B、C进行组合的时候,需要9个不同的驱动.设想一共有m个主机控制器,n个外设,分离的结果是需要m n个驱动,不分离则需要m*n个驱动.

Linux SPI、I2C、USB、ASoC（ALSA SoC）等子系统都典型地利用了这种分离的设计思想,在本章我们先以简单一些的SPI为例,而I2C、USB、ASoC等则在后续章节会进行详细介绍.

SPI（同步外设接口）是由摩托罗拉公司开发的全双工同步串行总线,其接口由MISO（串行数据输入）,MOSI（串行数据输出）,SCK（串行移位时钟）,SS（从使能信号）四种信号构成,SS决定了唯一的与主设备通信的从设备,主设备通过产生移位时钟来发起通讯.通讯时,数据由MOSI输出,MISO输入,数据在时钟的上升或下降沿由MOSI输出,在紧接着的下降或上升沿由MISO读入,这样经过8/16次时钟的改变,完成8/16位数据的传输.

SPI模块为了和外设进行数据交换,根据外设工作要求,其输出串行同步时钟极性（CPOL）和相位（CPHA）可以进行配置.如果 CPOL=0,串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1,串行同步时钟的空闲状态为高电平.如果CPHA=0,在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；如果CPHA=1,在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样.SPI接口时序如图12.5所示.

图12.5 SPI总线时序

在Linux中,用代码清单12.12的spi_master结构体来描述一个SPI主机控制器驱动,其主要成员是主机控制器的序号（系统中可能存在多个SPI主机控制器）、片选数量、SPI模式和时钟设置用到的函数、数据传输用到的函数等.

代码清单12.12 spi_master结构体

1 struct spi_master {

2 struct device dev;

3 s16 bus_num;

4 u16 num_chipselect;

5

6 /* 设置模式和时钟 */

7 int (*setup)(struct spi_device *spi);

8

9 /* 双向数据传输 */

10 int (*transfer)(struct spi_device *spi,

11 struct spi_message *mesg);

12

13 void (*cleanup)(struct spi_device *spi);

14 };

分配、注册和注销SPI主机的API由SPI核心提供：

struct spi_master * spi_alloc_master(struct device *host, unsigned size);

int spi_register_master(s

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