Linux SPI子系统与驱动开发实战指南(建议收藏)

SPI是嵌入式开发中最常见的高速通信协议，广泛应用于Flash存储、显示屏、传感器等外设。本文系统讲解SPI协议基础、子系统架构、驱动开发实战和调试技巧，帮你快速掌握SPI驱动开发。

一、SPI协议基础

🖥️ SPI四线制

💡 全双工 vs I2C：SPI支持全双工通信（同时发送和接收），而I2C是半双工。这是SPI速度更高的原因之一。

🔄 SPI四种模式

二、SPI子系统架构

🏗️ 核心架构

📦 核心数据结构

// SPI主机
struct spi_master {
struct device dev;
u16 bus_num;              // 总线编号
u16 num_chipselect;       // 片选数量
u32 max_speed_hz;         // 最大时钟
int (*transfer_one)(struct spi_master*, struct spi_device*, struct spi_transfer*);
};

// SPI设备
struct spi_device {
struct spi_master *master;
u32 max_speed_hz;
u8 chip_select;
u16 mode;
};

// SPI传输
struct spi_transfer {
const void *tx_buf;    // 发送缓冲
void *rx_buf;    // 接收缓冲
unsigned len;
u32 speed_hz;
};

三、设备树配置

&spi0 {
    status = "okay";

/* SPI Flash */
spi_flash:flash@0 {
        compatible = "jedec,spi-nor";
        reg = <0>;                    // 片选0
        spi-max-frequency = <50000000>; // 50MHz
    };

/* OLED显示屏 */
oled@1 {
        compatible = "solomon,ssd1306";
        reg = <1>;
        spi-max-frequency = <10000000>;
    };
};

四、SPI传输API

⚡ 常用API速查

五、SPI驱动开发实战

🔧 SPI Flash驱动框架

/* 读取Flash ID */
static int spi_flash_read_id(struct spi_device *spi)
{
u8 tx_buf[1] = { 0x9F };
u8 rx_buf[3];
return spi_write_then_read(spi, tx_buf, 1, rx_buf, 3);
}

/* probe函数 */
static int spi_flash_probe(struct spi_device *spi)
{
    data = devm_kzalloc(&spi->dev, sizeof(*data), GFP_KERNEL);
    data->spi = spi;
    spi_set_drvdata(spi, data);
    spi_flash_read_id(data);
return0;
}

/* 驱动注册 */
static struct spi_driver spi_flash_driver = {
    .probe  = spi_flash_probe,
    .remove = spi_flash_remove,
    .driver = {
        .name = "spi_flash",
        .of_match_table = spi_flash_of_match,
    },
};
module_spi_driver(spi_flash_driver);

六、调试技巧

🛠️ 用户空间调试

# 安装工具
apt install spidev-tools

# 查看SPI设备
ls /dev/spidev*

# 传输测试
spidev_test -D /dev/spidev0.0 -v

🔍 内核调试

# 查看SPI设备
ls /sys/bus/spi/devices/

# 查看SPI驱动
ls /sys/bus/spi/drivers/

# 查看内核日志
dmesg | grep -i spi

七、SPI vs I2C对比

八、核心要点总结

📌 SPI核心要点：

• 四线制：SCLK、MOSI、MISO、CS
• 四种模式：CPOL+CPHA组合决定采样边沿
• 核心API：spi_write/spi_read/spi_sync/spi_async
• 设备树：spi-max-frequency设置时钟频率