基于ARM嵌入式系统的SPI驱动程序设计

嵌入式系统已被广泛应用于国防电子、数字家庭、工业自动化、汽车电子等多种领域[1]。在嵌入式开发过程中，许多系统通常使用串口驱动来满足通信要求，但在实际应用中，使用SPI通信方式会更加高效和快捷[2]。SPI接口是一种高速、高效的串行接口技术，因而SPI设备在数据通信应用中十分方便[3]。本文基于ARM9芯片的S3C2440和Linux操作系统，设计了一种SPI驱动程序，该驱动程序功能可靠灵活、易于移植，可应用于多种嵌入式平台，实现ARM与设备之间的通信。

1、 硬件说明

1.1 S3C2440开发平台

采用三星公司的SoC芯片S3C2440[4]作为核心处理器，主频为400 MHz，并与64 MB SDRAM和64 MB NAND Flash共同组成核心部分。此外，该平台也为用户提供了大量的通信、显示、调试以及I/O接口。为满足设计需要，将Linux2.6.21版内核移植于该平台上。

1.2 SPI硬件模块

S3C2440具有两个SPI，每个SPI具有两个8位移位寄存器用于独立地发送和接收数据，并兼容SPI ver.2.11协议，支持8位逻辑预分频，系统可用polling、中断、DMA三种方式判断SPI发送及接收状态。此SPI模块共包含以下信号线[5]：

(1)SCK：数据同步时钟信号，由主设备驱动，向从设备输出，使得从设备按照同步时钟的步调来接收或发送数据。

(2)nCS(由用户指定GPIO)：从设备选择信号线(Slave Select，SS)由主设备发出，用来选择激活某个从设备，低电平有效。

(3)MISO(SPIMISO0)：主入从出信号线，表示该信号在主设备中作为输入，在从设备中作为输出。

(4)MOSI(SPIMOSI0)：主出从入信号线，表示该信号在主设备中作为输出，在从设备中作为输入。

(5)/SS(nSS)：多主错误检测。

2 、Linux下的SPI设备驱动程序设计

Linux设备驱动在Linux内核中扮演着重要的角色。它可使某些特定硬件响应一个定义良好的内部编程接口，这些接口完全隐藏了设备工作的细节。用户操作可通过一组标准化的调用来执行，这些调用在形式上完全独立于特定的驱动程序，而将这些调用映射到实际硬件设备的特有操作上，则是驱动程序的任务[6]。本设计的SPI驱动主要定义了初始化、读和写三个操作。其中初始化操作用于驱动程序第一次加载到内核运行时，对一些内核机制及存储器进行初始化。写操作负责将用户数据拷贝至内核缓冲区，控制本地主SPI发送数据至从SPI寄存器中。读操作将按照用户要求读取的字节数，连续读取本地主SPI中接收到的数据，并将其拷贝至用户空间。驱动程序将采用中断的方式通知系统SPI数据是否发送完毕，即当SPI硬件模块每发送完毕一个数据，都会通过中断线向系统发起中断，系统响应中断后，驱动程序将调用中断处理例程。

2.1 SPI初始化

(1)申请中断。此驱动设计通过中断判断数据是否发送完毕，所以需要申请SPI0相关的中断，并注册相应的中断处理函数。此驱动程序的中断处理函数声明如下：

static irqreturn_t s3c2440_isr_spi(int irq，void*dev_id，struct pt_regs*reg)

利用request_irq向内核申请中断号并注册中断处理函数：

request_irq(IRQ_SPI0，s3c2440_isr_spi，SA_INTERRUPT，DEVICE_NAME，s3c2440_isr_spi)；

(2)虚拟地址映射。驱动程序可以直接通过访问内核中的虚拟地址来访问设备物理地址所对应的寄存器，对其进行操作。SPI设备的地址映射过程如下：

request_mem_region(S3C2440_PA_SPI，0x30，"s3c2440-spi")；
base_addr = ioremap(S3C2440_PA_SPI，0x30)；

其中S3C2440_PA_SPI为SPI的物理地址(在/asm-arch/arch-s3c2440/map.h中定义)，从S3C2440_PA_SPI开始分配0x30大小的内存区域，此后将其移至内核空间。(责任编辑：admin)