在前面的章節中我們從0開始編寫了一個mcp2515的驅動程序，而跟I2C設備類似，在Linux內核中也有著通用SPI設備驅動，在本章節將會講解通用SPI設備驅動的使用，并講解如何在應用程序中通過ioctl對SPI進行配置和使用。

硬件：迅為RK3568開發板

193.1內核和設備樹配置

通用SPI設備驅動在迅為提供的Linux內核中默認已經勾選了，具體路徑如下所示：

> Device Drivers

> SPI support

除了內核支持之外，還需要修改設備樹，由于之前已經使能了SPI0，所以這直接修改之前編寫的mcp2515設備樹節點，具體設備樹為“kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3568-evb1-ddr4-v10.dtsi”，修改完成的mcp2515節點如下所示：rockchip,spidev

&spi0 {

status = "okay";

pinctrl-0 = <&spi0m1_cs0 ?&spi0m1_pins>;

pinctrl-1 = <&spi0m1_cs0 ?&spi0m1_pins_hs>;

mcp2515:mcp2515@0 {

compatible = "rockchip,spidev";

reg = <0>;

spi-max-frequency = <10000000>;

status = "okay";

};

};

保存退出之后，重新編譯內核源碼，最后將編譯得到的boot.img燒寫到開發板上。

而為了方便起見，迅為已經將修改完成的設備樹以及編譯完成的內核鏡像放到了“iTOP-3568開發板\03_【iTOP-RK3568開發板】指南教程\02_Linux驅動配套資料\04_Linux驅動程序\119_mcp2515_07\01_編譯好的內核鏡像”路徑下。

開發板啟動之后，如果存在/dev/spidev0.0設備節點，證明設備樹及內核配置正確，如下圖所示：

/dev/spidev0.0表示一個SPI總線上的具體設備。0.0是一個標識符，用于區分系統中的不同SPI控制器和設備。這個標識符由兩部分組成：

第一個數字 0：表示SPI總線的編號。一個系統中可能有多個SPI控制器，每個控制器對應一個總線編號，從0開始。

第二個數字0：表示連接在該SPI總線上的具體設備編號。一個SPI總線上可以連接多個設備，每個設備通過片選信號（Chip Select, CS）進行區分，設備編號從0開始。

在下個小節中，將會講解內核源碼中攜帶的spidev_test SPI測試程序進行講解。

193.2 spidev_test工具使用

spidev_test是一個用于測試和調試SPI設備的命令行工具，通常在Linux系統上使用，它允許用戶直接通過SPI總線與設備進行通信，可以發送數據并接收來自設備的響應。

spidev_test源碼位于Linux源碼的kernel/tools/spi目錄下，如下圖所示：

然后使用以下命令對該工具進行交叉編譯

make CC=/home/topeet/Linux/linux_sdk/prebuilts/gcc/linux-x86/aarch64/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin/aarch64-linux-gnu-gcc LD=/home/topeet/Linux/linux_sdk/prebuilts/gcc/linux-x86/aarch64/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin/aarch64-linux-gnu-ld

編譯好的文件如下圖所示。

然后將編譯好的可執行文件spidev_fdx和spidev_test拷貝到開發板上使用即可。接下來介紹一下工具的使用方法

1.spidev_test工具的使用：

基本介紹：spidev_test是一個用于測試和驗證Linux中SPI設備驅動程序的用戶空間工具。它使用spidev接口與SPI設備通信。這個工具主要用來檢查SPI設備是否工作正常，以及對SPI設備進行基本的讀寫操作。

主要選項和參數

-D /dev/spidevX.Y：指定要測試的SPI設備節點。

-s ：設置SPI時鐘頻率（以Hz為單位），例如-s 1000000表示1 MHz。

-d ：設置數據傳輸之間的延遲時間（以微秒為單位）。

-b ：設置每個數據字的位數，通常是8或16。

-H：以十六進制模式顯示傳輸的數據。

（3）示例操作

讀取設備信息：

spidev_test -D /dev/spidevX.Y -s 1000000

這會使用 1 MHz的時鐘頻率從SPI設備讀取數據，默認情況下以十六進制顯示。

寫入和讀取數據：

spidev_test -D /dev/spidevX.Y -s 1000000 -b 8 -d 1000 -H -p 'hello'

這條命令會向 SPI設備寫入字符串'hello'，并以十六進制模式顯示設備的響應數據。-b 8指定每個字的位數為8，-d 1000設置1000微秒的延遲。

連續傳輸：

spidev_test -D /dev/spidevX.Y -s 1000000 -b 8 -p 'abcdefgh'

這個示例將連續發送字節 'abcdefgh'到SPI設備。

2.spidev_fdx工具的使用

（1）基本介紹：spidev_fdx是一個用于全雙工SPI通信測試的命令行工具，主要用于在Linux系統上與SPI設備進行雙向數據傳輸和測試。

（2）主要選項和參數

-D /dev/spidevX.Y：指定要測試的SPI設備節點。

-s ：設置SPI時鐘頻率（以Hz為單位），例如-s 1000000表示1 MHz。

-w ：指定要寫入到SPI設備的數據，可以是十六進制或ASCII格式的字符串。

-r ：指定從SPI設備讀取的數據大小（以字節為單位）。

-b ：設置每個數據字的位數，通常是8或16。

-d ：設置數據傳輸之間的延遲時間（以微秒為單位）。

（3）示例操作

以下是幾個使用 spidev_fdx工具的示例操作：

發送和接收數據：

spidev_fdx -D /dev/spidevX.Y -s 1000000 -w 'hello' -r 5

這會向 SPI設備寫入字符串'hello'，并從設備讀取5個字節的響應數據。

設置時鐘頻率和延遲：

spidev_fdx -D /dev/spidevX.Y -s 500000 -d 200 -w 'abcdef' -r 10

這個示例將 SPI時鐘頻率設置為500 kHz，數據寫入延遲為200微秒，并向設備寫入字符串'abcdef'，然后讀取10個字節的響應數據。

193.3應用程序中如何使用SPI

在第一個小節中使能了內核中的通用SPI，而在第二小節講解了spidev_test工具的使用，在本小節將根據spidev_test工具的源碼，編寫mcp2515通用SPI驅動程序的應用程序。

在應用程序中可以通過ioctl來獲取和配置SPI的相關屬性，并實現SPI數據的發送和接收，SPI的ioctl宏定義在“/usr/include/linux/spi/spidev.h”，部分ioctl cmd如下所示：

/*讀取/寫入SPI模式（SPI_MODE_0..SPI_MODE_3）（限制為8位）*/

#define SPI_IOC_RD_MODE _IOR(SPI_IOC_MAGIC, 1, __u8) //讀取SPI模式

#define SPI_IOC_WR_MODE _IOW(SPI_IOC_MAGIC, 1, __u8) //寫入SPI模式

/*讀取/寫入SPI位順序*/

#define SPI_IOC_RD_LSB_FIRST _IOR(SPI_IOC_MAGIC, 2, __u8) //讀取SPI低位優先

#define SPI_IOC_WR_LSB_FIRST _IOW(SPI_IOC_MAGIC, 2, __u8) //寫入SPI低位優先

/*讀取/寫入SPI設備字長（1..N）*/

#define SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD _IOR(SPI_IOC_MAGIC, 3, __u8) //讀取SPI每字位數

#define SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD _IOW(SPI_IOC_MAGIC, 3, __u8) //寫入SPI每字位數

/*讀取/寫入SPI設備默認最大速度（Hz）*/

#define SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ _IOR(SPI_IOC_MAGIC, 4, __u32) //讀取SPI最大速度（Hz）

#define SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ _IOW(SPI_IOC_MAGIC, 4, __u32) //寫入SPI最大速度（Hz）

/*讀取/寫入SPI模式字段*/

#define SPI_IOC_RD_MODE32 _IOR(SPI_IOC_MAGIC, 5, __u32) //讀取SPI模式（32位）

#define SPI_IOC_WR_MODE32 _IOW(SPI_IOC_MAGIC, 5, __u32) //寫入SPI模式（32位）

可以通過上述ioctl cmd來對SPI設備進行初始化，編寫完成的初始化函數如下所示：

int fd; // SPI設備文件描述符

int mode = SPI_MODE_0; // SPI模式

int bits = 8; //每字比特數

int speed = 10000000; //最大SPI總線速度（Hz）

int spi_init(void){

int ret;

//打開SPI設備文件

fd = open("/dev/spidev0.0", O_RDWR);

if(fd < 0){

printf("打開/dev/spidev0.0錯誤\n");

return -1;

}

/*

*設置SPI模式

*/

ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MODE32, &mode);

if (ret == -1)

printf("無法設置SPI模式\n");

ret = ioctl(fd, SPI_IOC_RD_MODE32, &mode);

if (ret == -1)

printf("無法獲取SPI模式\n");

/*

*設置每字比特數

*/

ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits);

if (ret == -1)

printf("無法設置每字比特數\n");

ret = ioctl(fd, SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD, &bits);

if (ret == -1)

printf("無法獲取每字比特數\n");

/*

*設置最大傳輸速度

*/

ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed);

if (ret == -1)

printf("無法設置最大傳輸速度\n");

ret = ioctl(fd, SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ, &speed);

if (ret == -1)

printf("無法獲取最大傳輸速度\n");

printf("SPI模式: 0x%x\n", mode);

printf("每字比特數: %d\n", bits);

printf("最大速度: %d Hz (%d KHz)\n", speed, speed / 1000);

return 0;

}

通過該函數可以設置SPI的模式、比特數以及最大傳輸速度，然后根據spidev_test工具源碼的傳輸函數來編寫傳輸函數，具體函數內容如下所示：

/*

*執行SPI數據傳輸.

*參數:

* fd - SPI設備文件描述符

* tx -發送緩沖區

* rx -接收緩沖區

* len -數據長度

*返回0表示成功，-1表示失敗.

*/

int transfer(int fd, char *tx, char *rx, int len)

{

int ret;

struct spi_ioc_transfer tr = {

.tx_buf = (unsigned long)tx,

.rx_buf = (unsigned long)rx,

.len = len,

.delay_usecs = delay,

.speed_hz = speed,

.bits_per_word = bits,

};

ret = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &tr);

if (ret < 1){

printf("無法發送SPI消息\n");

return -1;

}

return 0;

}

在前面的章節中一步步的編寫了mcp2515的復位函數、配置函數、讀函數和寫函數，而現在可以直接在應用程序通過剛剛編寫的傳輸函數向SPI設備發送一系列的SPI指令，一個編寫完成的mcp2515的應用程序代碼如下所示：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define RESET 0xc0 //復位命令

#define CANSTAT 0x0e // CAN狀態寄存器地址

#define READ 0x03 //讀命令

#define CANCTRL 0x0f // CAN控制寄存器地址

#define WRITE 0x02 //寫命令

int fd; // SPI設備文件描述符

int mode = SPI_MODE_0; // SPI模式

int bits = 8; //每字比特數

int speed = 10000000; //最大SPI總線速度（Hz）

int delay; //延遲時間（微秒）

/*

*初始化SPI通信.

*返回0表示成功，-1表示失敗.

*/

int spi_init(void){

int ret;

//打開SPI設備文件

fd = open("/dev/spidev0.0", O_RDWR);

if(fd < 0){

printf("打開/dev/spidev0.0錯誤\n");

return -1;

}

/*

*設置SPI模式

*/

ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MODE32, &mode);

if (ret == -1)

printf("無法設置SPI模式\n");

ret = ioctl(fd, SPI_IOC_RD_MODE32, &mode);

if (ret == -1)

printf("無法獲取SPI模式\n");

/*

*設置每字比特數

*/

ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits);

if (ret == -1)

printf("無法設置每字比特數\n");

ret = ioctl(fd, SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD, &bits);

if (ret == -1)

printf("無法獲取每字比特數\n");

/*

*設置最大傳輸速度

*/

ret = ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed);

if (ret == -1)

printf("無法設置最大傳輸速度\n");

ret = ioctl(fd, SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ, &speed);

if (ret == -1)

printf("無法獲取最大傳輸速度\n");

printf("SPI模式: 0x%x\n", mode);

printf("每字比特數: %d\n", bits);

printf("最大速度: %d Hz (%d KHz)\n", speed, speed / 1000);

return 0;

}

/*

*執行SPI數據傳輸.

*參數:

* fd - SPI設備文件描述符

* tx -發送緩沖區

* rx -接收緩沖區

* len -數據長度

*返回0表示成功，-1表示失敗.

*/

int transfer(int fd, char *tx, char *rx, int len)

{

int ret;

struct spi_ioc_transfer tr = {

.tx_buf = (unsigned long)tx,

.rx_buf = (unsigned long)rx,

.len = len,

.delay_usecs = delay,

.speed_hz = speed,

.bits_per_word = bits,

};

ret = ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &tr);

if (ret < 1){

printf("無法發送SPI消息\n");

return -1;

}

return 0;

}

int main(int argc, char *argv[]){

char reset_cmd[1] = {RESET}; //復位命令數組

char rd_canstat[2] = {READ, CANSTAT}; //讀CAN狀態寄存器命令數組

char canstat[4] = {0}; //存儲CAN狀態的緩沖區

char wr_canctrl[] = {WRITE, CANCTRL, 0x00}; //寫CAN控制寄存器命令數組

//初始化SPI通信

spi_init();

//執行SPI數據傳輸

// 1.發送復位命令

transfer(fd, reset_cmd, NULL, sizeof(reset_cmd));

// 2.讀取CAN狀態

transfer(fd, rd_canstat, canstat, sizeof(canstat));

printf("CAN狀態為%x\n", canstat[2]);

//清空canstat緩沖區

memset(canstat, 0, sizeof(canstat));

// 3.寫入CAN控制

transfer(fd, wr_canctrl, NULL, sizeof(wr_canctrl));

// 4.再次讀取CAN狀態

transfer(fd, rd_canstat, canstat, sizeof(canstat));

printf("CAN狀態為%x\n", canstat[3]);

return 0;

}

193.4運行測試

193.4.1編譯應用程序

上一小節編寫好的app.c應用程序源碼已經放在了“iTOP-3568開發板\03_【iTOP-RK3568開發板】指南教程\02_Linux驅動配套資料\04_Linux驅動程序\119_mcp2515_07\02_app”目錄下。

首先進行應用程序的編譯，因為測試APP是要在開發板上運行的，所以需要aarch64-linux-gnu-gcc來編譯，輸入以下命令，編譯完成以后會生成一個app的可執行程序，如下圖所示：

aarch64-linux-gnu-gcc app.c -o app

然后將編譯完成的可執行程序拷貝到開發板上.

193.4.2運行測試

首先將193.1小節編譯好的內核鏡像燒寫到開發板上，然后將可執行程序app文件拷貝到開發板上，拷貝完成如下所示：

然后運行可執行程序app，如下圖所示。

在應用程序中，發送完復位指令之后，第一條打印can狀態寄存器的值為80，表示mcp2515已經處在了配置模式。第二條打印can狀態寄存器的值為00，表示mcp2515已經處于正常模式，這就說明上一小節編寫的應用程序正常運行。

至此，關于通用SPI驅動和在應用程序中使用SPI實驗就完成了。