【正点原子Linux连载】第六十二章Linux SPI驱动实验--摘自【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.0

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第六十二章Linux SPI驱动实验

       上一章我们讲解了如何编写Linux下的I2C设备驱动，SPI也是很常用的一个串行通信协议，本章我们就来学习一下如何在Linux下编写SPI设备驱动。本章实验的最终目的就是驱动I.MX6U-ALPHA开发板上的ICM-20608这个SPI接口的六轴传感器，可以在应用程序中读取ICM-20608的原始传感器数据。

62.1 Linux下SPI驱动框架简介

       SPI驱动框架和I2C很类似，都分为主机控制器驱动和设备驱动，主机控制器也就是发SOC的SPI控制器接口。比如在裸机篇中的《第二十七章SPI实验》，我们编写了bsp_spi.c和bsp_spi.h这两个文件，这两个文件是I.MX6U的SPI控制器驱动，我们编写好SPI控制器驱动以后就可以直接使用了，不管是什么SPI设备，SPI控制器部分的驱动都是一样，我们的重点就落在了种类繁多的SPI设备驱动。

62.1.1 SPI主机驱动

SPI主机驱动就是SOC的SPI控制器驱动，类似I2C驱动里面的适配器驱动。Linux内核使用spi_master表示SPI主机驱动，spi_master是个结构体，定义在include/linux/spi/spi.h文件中，内容如下(有缩减)：

示例代码62.1.1.1 spi_master结构体

1. struct spi_master {
   
2. struct device   dev;
   
3. 
   
4. struct list_head list;
   
5. ......
   
6.      s16        bus_num;
   
7. 
   
8. /* chipselects willbe integral to many controllers; some others
   
9.       * might use board-specific GPIOs.
   
10.       */
    
11.      u16        num_chipselect;
    
12. 
    
13. /* some SPIcontrollers pose alignment requirements on DMAable
    
14.       * buffers; let protocol drivers knowabout these requirements.
    
15.       */
    
16.      u16        dma_alignment;
    
17. 
    
18. /* spi_device.modeflags understood by this controller driver */
    
19.      u16        mode_bits;
    
20. 
    
21. /* bitmask ofsupported bits_per_word for transfers */
    
22.      u32        bits_per_word_mask;
    
23. ......
    
24. /* limits ontransfer speed */
    
25.      u32        min_speed_hz;
    
26.      u32        max_speed_hz;
    
27. 
    
28. /* otherconstraints relevant to this driver */
    
29.      u16        flags;
    
30. ......
    
31. /* lock and mutexfor SPI bus locking */
    
32.      spinlock_t      bus_lock_spinlock;
    
33. struct mutex       bus_lock_mutex;
    
34. 
    
35. /* flag indicatingthat the SPI bus is locked for exclusive use */
    
36. bool           bus_lock_flag;
    
37. ......
    
38. int(*setup)(struct spi_device *spi);
    
39. 
    
40. ......
    
41. int(*transfer)(struct spi_device *spi,
    
42. struct spi_message *mesg);
    
43. ......
    
44. int(*transfer_one_message)(struct spi_master *master,
    
45. struct spi_message *mesg);
    
46. ......
    
47. };

复制代码

    第393行，transfer函数，和i2c_algorithm中的master_xfer函数一样，控制器数据传输函数。

       第434行，transfer_one_message函数，也用于SPI数据发送，用于发送一个spi_message，SPI的数据会打包成spi_message，然后以队列方式发送出去。

也就是SPI主机端最终会通过transfer函数与SPI设备进行通信，因此对于SPI主机控制器的驱动编写者而言transfer函数是需要实现的，因为不同的SOC其SPI控制器不同，寄存器都不一样。和I2C适配器驱动一样，SPI主机驱动一般都是SOC厂商去编写的，所以我们作为SOC的使用者，这一部分的驱动就不用操心了，除非你是在SOC原厂工作，内容就是写SPI主机驱动。

       SPI主机驱动的核心就是申请spi_master，然后初始化spi_master，最后向Linux内核注册spi_master。

       1、spi_master申请与释放

       spi_alloc_master函数用于申请spi_master，函数原型如下：

1. struct spi_master *spi_alloc_master(struct device       *dev,
   
2.                                                   unsigned             size)

复制代码

函数参数和返回值含义如下：

       dev：设备，一般是platform_device中的dev成员变量。

       size：私有数据大小，可以通过spi_master_get_devdata函数获取到这些私有数据。

       返回值：申请到的spi_master。

       spi_master的释放通过spi_master_put函数来完成，当我们删除一个SPI主机驱动的时候就需要释放掉前面申请的spi_master，spi_master_put函数原型如下：

1. void spi_master_put(struct spi_master *master)

复制代码

函数参数和返回值含义如下：

       master：要释放的spi_master。

       返回值：无。

       2、spi_master的注册与注销

       当spi_master初始化完成以后就需要将其注册到Linux内核，spi_master注册函数为spi_register_master，函数原型如下：

1. int spi_register_master(struct spi_master *master)

复制代码

函数参数和返回值含义如下：

       master：要注册的spi_master。

       返回值：0，成功；负值，失败。

       I.MX6U的SPI主机驱动会采用spi_bitbang_start这个API函数来完成spi_master的注册，spi_bitbang_start函数内部其实也是通过调用spi_register_master函数来完成spi_master的注册。

       如果要注销spi_master的话可以使用spi_unregister_master函数，此函数原型为：

1. void spi_unregister_master(struct spi_master*master)

复制代码

函数参数和返回值含义如下：

       master：要注销的spi_master。

       返回值：无。

       如果使用spi_bitbang_start注册spi_master的话就要使用spi_bitbang_stop来注销掉spi_master。

62.1.2 SPI设备驱动

       spi设备驱动也和i2c设备驱动也很类似，Linux内核使用spi_driver结构体来表示spi设备驱动，我们在编写SPI设备驱动的时候需要实现spi_driver。spi_driver结构体定义在include/linux/spi/spi.h文件中，结构体内容如下：

示例代码62.1.1.2 spi_driver结构体

1. struct spi_driver {
   
2. conststruct spi_device_id *id_table;
   
3. int(*probe)(struct spi_device *spi);
   
4. int(*remove)(struct spi_device *spi);
   
5. void(*shutdown)(struct spi_device *spi);
   
6. struct device_driver   driver;
   
7. };

复制代码

    可以看出，spi_driver和i2c_driver、platform_driver基本一样，当SPI设备和驱动匹配成功以后probe函数就会执行。

       同样的，spi_driver初始化完成以后需要向Linux内核注册，spi_driver注册函数为spi_register_driver，函数原型如下：

int spi_register_driver(struct spi_driver *sdrv)

函数参数和返回值含义如下：

sdrv：要注册的spi_driver。

       返回值：0，注册成功；赋值，注册失败。

       注销SPI设备驱动以后也需要注销掉前面注册的spi_driver，使用spi_unregister_driver函数完成spi_driver的注销，函数原型如下：

1. void spi_unregister_driver(struct spi_driver*sdrv)

复制代码

函数参数和返回值含义如下：

sdrv：要注销的spi_driver。

       返回值：无。

       spi_driver注册示例程序如下：

示例代码62.1.1.3 spi_driver注册示例程序

1. /* probe函数 */
   
2. staticint xxx_probe(struct spi_device *spi)
   
3. {
   
4.    /* 具体函数内容 */
   
5.    return0;
   
6. }
   
7. 
   
8. /* remove函数 */
   
9. staticint xxx_remove(struct spi_device *spi)
   
10. {
    
11.   /* 具体函数内容 */
    
12.      return0;
    
13. }
    
14. /* 传统匹配方式ID列表 */
    
15. staticconststruct spi_device_id xxx_id[]={
    
16.   {"xxx",0},
    
17.   {}
    
18. };
    
19. 
    
20. /* 设备树匹配列表 */
    
21. staticconststruct of_device_id xxx_of_match[]={
    
22.   {.compatible ="xxx"},
    
23.   {/* Sentinel */}
    
24. };
    
25. 
    
26. /* SPI驱动结构体 */
    
27. staticstruct spi_driver xxx_driver ={
    
28.   .probe = xxx_probe,
    
29.   .remove = xxx_remove,
    
30.   .driver ={
    
31.   .owner = THIS_MODULE,
    
32.   .name ="xxx",
    
33.   .of_match_table = xxx_of_match,
    
34.   },
    
35.   .id_table = xxx_id,
    
36. };
    
37. 
    
38. /* 驱动入口函数 */
    
39. staticint __init xxx_init(void)
    
40. {
    
41.   return spi_register_driver(&xxx_driver);
    
42. }
    
43. 
    
44. /* 驱动出口函数 */
    
45. staticvoid __exit xxx_exit(void)
    
46. {
    
47.   spi_unregister_driver(&xxx_driver);
    
48. }
    
49. 
    
50. module_init(xxx_init);
    
51. module_exit(xxx_exit);

复制代码

    第1~36行，spi_driver结构体，需要SPI设备驱动人员编写，包括匹配表、probe函数等。和i2c_driver、platform_driver一样，就不详细讲解了。

       第39~42行，在驱动入口函数中调用spi_register_driver来注册spi_driver。

       第45~48行，在驱动出口函数中调用spi_unregister_driver来注销spi_driver。

62.1.3 SPI设备和驱动匹配过程

       SPI设备和驱动的匹配过程是由SPI总线来完成的，这点和platform、I2C等驱动一样，SPI总线为spi_bus_type，定义在drivers/spi/spi.c文件中，内容如下：

示例代码62.1.3.1 spi_bus_type结构体

131struct bus_type spi_bus_type ={

132.name       ="spi",

133.dev_groups = spi_dev_groups,

134.match      = spi_match_device,

135.uevent     = spi_uevent,

136};

    可以看出，SPI设备和驱动的匹配函数为spi_match_device，函数内容如下：

示例代码62.1.3.2spi_match_device函数

1. staticint spi_match_device(struct device *dev,
   
2. struct device_driver *drv)
   
3. {
   
4. conststruct spi_device *spi = to_spi_device(dev);
   
5. conststruct spi_driver *sdrv = to_spi_driver(drv);
   
6. 
   
7. /* Attempt an OFstyle match */
   
8. if(of_driver_match_device(dev, drv))
   
9. return1;
   
10. 
    
11. /* Then try ACPI */
    
12. if(acpi_driver_match_device(dev, drv))
    
13. return1;
    
14. 
    
15. if(sdrv->id_table)
    
16. return!!spi_match_id(sdrv->id_table, spi);
    
17. 
    
18. return strcmp(spi->modalias, drv->name)==0;
    
19. }

复制代码

spi_match_device函数和i2c_match_device函数的对于设备和驱动的匹配过程基本一样。

第105行，of_driver_match_device函数用于完成设备树设备和驱动匹配。比较SPI设备节点的compatible属性和of_device_id中的compatible属性是否相等，如果相当的话就表示SPI设备和驱动匹配。

       第109行，acpi_driver_match_device函数用于ACPI形式的匹配。

       第113行，i2c_match_id函数用于传统的、无设备树的I2C设备和驱动匹配过程。比较I2C设备名字和i2c_device_id的name字段是否相等，相等的话就说明I2C设备和驱动匹配。

       第115行，比较spi_device中modalias成员变量和device_driver中的name成员变量是否相等。

62.2 I.MX6U SPI主机驱动分析

       和I2C的适配器驱动一样，SPI主机驱动一般都由SOC厂商编写好了，打开imx6ull.dtsi文件，找到如下所示内容：

示例代码62.2.1 imx6ull.dtsi文件中的ecspi3节点内容

1.   ecspi3: ecspi@02010000 {
   
2.       #address-cells =<1>;
   
3.       #size-cells =<0>;
   
4.       compatible ="fsl,imx6ul-ecspi","fsl,imx51-ecspi";
   
5.       reg =<0x020100000x4000>;
   
6.       interrupts =<GIC_SPI 33 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
   
7.       clocks =<&clks IMX6UL_CLK_ECSPI3>,
   
8. <&clks IMX6UL_CLK_ECSPI3>;
   
9.       clock-names ="ipg","per";
   
10.      dmas =<&sdma 771>,<&sdma 872>;
    
11.      dma-names ="rx","tx";
    
12.      status ="disabled";
    
13. };

复制代码

    重点来看一下第4行的compatible属性值，compatible属性有两个值“fsl,imx6ul-ecspi”和“fsl,imx51-ecspi”，在Linux内核源码中搜素这两个属性值即可找到I.MX6U对应的ECSPI(SPI)主机驱动。I.MX6U的ECSPI主机驱动文件为drivers/spi/spi-imx.c，在此文件中找到如下内容：

示例代码62.2.2 spi_imx_driver结构体

1. staticstruct platform_device_id spi_imx_devtype[]={
   
2. {
   
3. .name ="imx1-cspi",
   
4. .driver_data =(kernel_ulong_t)&imx1_cspi_devtype_data,
   
5. },{
   
6. .name ="imx21-cspi",
   
7. .driver_data =(kernel_ulong_t)&imx21_cspi_devtype_data,
   
8. ......
   
9. },{
   
10. .name ="imx6ul-ecspi",
    
11. .driver_data =(kernel_ulong_t)&imx6ul_ecspi_devtype_data,
    
12. },{
    
13. /* sentinel */
    
14. }
    
15. };
    
16. 
    
17. staticconststruct of_device_id spi_imx_dt_ids[]={
    
18. {.compatible ="fsl,imx1-cspi",.data =
    
19. &imx1_cspi_devtype_data,},
    
20. ......
    
21. {.compatible ="fsl,imx6ul-ecspi",.data =
    
22. &imx6ul_ecspi_devtype_data,},
    
23. {/* sentinel */}
    
24. };
    
25. MODULE_DEVICE_TABLE(of, spi_imx_dt_ids);
    
26. ......
    
27. staticstruct platform_driver spi_imx_driver ={
    
28. .driver ={
    
29. .name = DRIVER_NAME,
    
30. .of_match_table = spi_imx_dt_ids,
    
31. .pm = IMX_SPI_PM,
    
32. },
    
33. .id_table = spi_imx_devtype,
    
34. .probe = spi_imx_probe,
    
35. .remove = spi_imx_remove,
    
36. };
    
37. module_platform_driver(spi_imx_driver);

复制代码

       第714行，spi_imx_devtype为SPI无设备树匹配表。

       第721行，spi_imx_dt_ids为SPI设备树匹配表。

       第728行，“fsl,imx6ul-ecspi”匹配项，因此可知I.MX6U的ECSPI驱动就是spi-imx.c这个文件。

       第1338~1347行，platform_driver驱动框架，和I2C的适配器驱动一行，SPI主机驱动器采用了platfom驱动框架。当设备和驱动匹配成功以后spi_imx_probe函数就会执行。

spi_imx_probe函数会从设备树中读取相应的节点属性值，申请并初始化spi_master，最后调用spi_bitbang_start函数(spi_bitbang_start会调用spi_register_master函数)向Linux内核注册spi_master。

       对于I.MX6U来讲，SPI主机的最终数据收发函数为spi_imx_transfer，此函数通过如下层层调用最终实现SPI数据发送：

1. spi_imx_transfer
   
2.        ->spi_imx_pio_transfer
   
3.               ->spi_imx_push
   
4.                      ->spi_imx->tx

复制代码

       spi_imx是个spi_imx_data类型的机构指针变量，其中tx和rx这两个成员变量分别为SPI数据发送和接收函数。I.MX6U SPI主机驱动会维护一个spi_imx_data类型的变量spi_imx，并且使用spi_imx_setupxfer函数来设置spi_imx的tx和rx函数。根据要发送的数据数据位宽的不同，分别有8位、16位和32位的发送函数，如下所示：

1. spi_imx_buf_tx_u8
   
2. spi_imx_buf_tx_u16
   
3. spi_imx_buf_tx_u32

复制代码

       同理，也有8位、16位和32位的数据接收函数，如下所示：

1. spi_imx_buf_rx_u8
   
2. spi_imx_buf_rx_u16
   
3. spi_imx_buf_rx_u32

复制代码

       我们就以spi_imx_buf_tx_u8这个函数为例，看看，一个自己的数据发送是怎么完成的，在spi-imx.c文件中找到如下所示内容：

示例代码62.2.3 spi_imx_buf_tx_u8函数

1. #defineMXC_SPI_BUF_TX(type)       \
   
2. staticvoid spi_imx_buf_tx_##type(struct spi_imx_data *spi_imx)  \
   
3. {                     \
   
4.      type val =0;                    \
   
5.                   \
   
6. if(spi_imx->tx_buf){     \
   
7.          val =*(type *)spi_imx->tx_buf;      \
   
8.          spi_imx->tx_buf +=sizeof(type);     \
   
9. }                     \
   
10.                   \
    
11.      spi_imx->count -=sizeof(type);     \
    
12.                   \
    
13.      writel(val, spi_imx->base + MXC_CSPITXDATA); \
    
14. }
    
15. 
    
16. MXC_SPI_BUF_RX(u8)
    
17. MXC_SPI_BUF_TX(u8)

复制代码

    从示例代码62.2.3可以看出，spi_imx_buf_tx_u8函数是通过MXC_SPI_BUF_TX宏来实现的。第164行就是将要发送的数据值写入到ECSPI的TXDATA寄存器里面去，这和我们SPI裸机实验的方法一样。将第168行的MXC_SPI_BUF_TX(u8)展开就是spi_imx_buf_tx_u8函数。其他的tx和rx函数都是这样实现的，这里就不做介绍了。关于I.MX6U的主机驱动程序就讲解到这里，基本套路和I2C的适配器驱动程序类似。

62.3 SPI设备驱动编写流程62.3.1 SPI设备信息描述

       1、IO的pinctrl子节点创建与修改

       首先肯定是根据所使用的IO来创建或修改pinctrl子节点，这个没什么好说的，唯独要注意的就是检查相应的IO有没有被其他的设备所使用，如果有的话需要将其删除掉！

       2、SPI设备节点的创建与修改

       采用设备树的情况下，SPI设备信息描述就通过创建相应的设备子节点来完成，我们可以打开imx6qdl-sabresd.dtsi这个设备树头文件，在此文件里面找到如下所示内容：

示例代码62.3.1.1 m25p80设备节点

1. &ecspi1 {
   
2.      fsl,spi-num-chipselects =<1>;
   
3.      cs-gpios =<&gpio4 90>;
   
4.      pinctrl-names ="default";
   
5.      pinctrl-0=<&pinctrl_ecspi1>;
   
6.      status ="okay";
   
7. 
   
8.      flash: m25p80@0 {
   
9.          #address-cells =<1>;
   
10.          #size-cells =<1>;
    
11.          compatible ="st,m25p32";
    
12.          spi-max-frequency =<20000000>;
    
13.          reg =<0>;
    
14. };
    
15. };

复制代码

    示例代码62.3.1.1是I.MX6Q的一款板子上的一个SPI设备节点，在这个板子的ECSPI接口上接了一个m25p80，这是一个SPI接口的设备。

       第309行，设置“fsl,spi-num-chipselects”属性为1，表示只有一个设备。

       第310行，设置“cs-gpios”属性，也就是片选信号为GPIO4_IO09。

       第311行，设置“pinctrl-names”属性，也就是SPI设备所使用的IO名字。

       第312行，设置“pinctrl-0”属性，也就是所使用的IO对应的pinctrl节点。

       第313行，将ecspi1节点的“status”属性改为“okay”。

       第315~320行，ecspi1下的m25p80设备信息，每一个SPI设备都采用一个子节点来描述其设备信息。第315行的“m25p80@0”后面的“0”表示m25p80的接到了ECSPI的通道0上。这个要根据自己的具体硬件来设置。

       第318行，SPI设备的compatible属性值，用于匹配设备驱动。

       第319行，“spi-max-frequency”属性设置SPI控制器的最高频率，这个要根据所使用的SPI设备来设置，比如在这里将SPI控制器最高频率设置为20MHz。

       第320行，reg属性设置m25p80这个设备所使用的ECSPI通道，和“m25p80@0”后面的“0”一样。

       我们一会在编写ICM20608的设备树节点信息的时候就参考示例代码62.3.1.1中的内容即可。

62.3.2 SPI设备数据收发处理流程

       SPI设备驱动的核心是spi_driver，这个我们已经在62.1.2小节讲过了。当我们向Linux内核注册成功spi_driver以后就可以使用SPI核心层提供的API函数来对设备进行读写操作了。首先是spi_transfer结构体，此结构体用于描述SPI传输信息，结构体内容如下：

示例代码62.3.2.1 spi_transfer结构体

1. struct spi_transfer {
   
2. /* it's ok iftx_buf == rx_buf (right?)
   
3.       * for MicroWire, one buffer must be null
   
4.       * buffers must work withdma_*map_single() calls, unless
   
5.       *  spi_message.is_dma_mapped reports a pre-existing mapping
   
6.       */
   
7. constvoid*tx_buf;
   
8. void*rx_buf;
   
9. unsigned    len;
   
10. 
    
11.      dma_addr_t tx_dma;
    
12.      dma_addr_t rx_dma;
    
13. struct sg_table tx_sg;
    
14. struct sg_table rx_sg;
    
15. 
    
16. unsigned    cs_change:1;
    
17. unsigned    tx_nbits:3;
    
18. unsigned    rx_nbits:3;
    
19. #defineSPI_NBITS_SINGLE    0x01/* 1bit transfer */
    
20. #defineSPI_NBITS_DUAL      0x02/* 2bits transfer*/
    
21. #defineSPI_NBITS_QUAD      0x04/* 4bits transfer*/
    
22.      u8     bits_per_word;
    
23.      u16    delay_usecs;
    
24.      u32    speed_hz;
    
25. 
    
26. struct list_head transfer_list;
    
27. };

复制代码

    第609行，tx_buf保存着要发送的数据。

       第610行，rx_buf用于保存接收到的数据。

       第611行，len是要进行传输的数据长度，SPI是全双工通信，因此在一次通信中发送和接收的字节数都是一样的，所以spi_transfer中也就没有发送长度和接收长度之分。

       spi_transfer需要组织成spi_message，spi_message也是一个结构体，内容如下：

示例代码62.3.2.2 spi_message结构体

1. struct spi_message {
   
2. struct list_head   transfers;
   
3. 
   
4. struct spi_device   *spi;
   
5. 
   
6. unsigned       is_dma_mapped:1;
   
7. ......
   
8. /* completion isreported through a callback */
   
9. void(*complete)(void*context);
   
10. void*context;
    
11. unsigned       frame_length;
    
12. unsigned       actual_length;
    
13. int         status;
    
14. 
    
15. /* for optional useby whatever driver currently owns the
    
16.       * spi_message ...  between calls to spi_async and then later
    
17.       * complete(), that's the spi_mastercontroller driver.
    
18.       */
    
19. struct list_head    queue;
    
20. void*state;
    
21. };

复制代码

    在使用spi_message之前需要对其进行初始化，spi_message初始化函数为spi_message_init，函数原型如下：

void spi_message_init(struct spi_message *m)

函数参数和返回值含义如下：

m：要初始化的spi_message。

       返回值：无。

       spi_message初始化完成以后需要将spi_transfer添加到spi_message队列中，这里我们要用到spi_message_add_tail函数，此函数原型如下：

1. voidspi_message_add_tail(struct spi_transfer *t,struct spi_message *m)

复制代码

函数参数和返回值含义如下：

t：要添加到队列中的spi_transfer。

m：spi_transfer要加入的spi_message。

       返回值：无。

       spi_message准备好以后既可以进行数据传输了，数据传输分为同步传输和异步传输，同步传输会阻塞的等待SPI数据传输完成，同步传输函数为spi_sync，函数原型如下：

1. int spi_sync(struct spi_device *spi, structspi_message *message)

复制代码

函数参数和返回值含义如下：

spi：要进行数据传输的spi_device。

message：要传输的spi_message。

       返回值：无。

       异步传输不会阻塞的等到SPI数据传输完成，异步传输需要设置spi_message中的complete成员变量，complete是一个回调函数，当SPI异步传输完成以后此函数就会被调用。SPI异步传输函数为spi_async，函数原型如下：

1. int spi_async(struct spi_device *spi, structspi_message *message)

复制代码

函数参数和返回值含义如下：

spi：要进行数据传输的spi_device。

message：要传输的spi_message。

       返回值：无。

       在本章实验中，我们采用同步传输方式来完成SPI数据的传输工作，也就是spi_sync函数。

       综上所述，SPI数据传输步骤如下：

       ①、申请并初始化spi_transfer，设置spi_transfer的tx_buf成员变量，tx_buf为要发送的数据。然后设置rx_buf成员变量，rx_buf保存着接收到的数据。最后设置len成员变量，也就是要进行数据通信的长度。

       ②、使用spi_message_init函数初始化spi_message。

       ③、使用spi_message_add_tail函数将前面设置好的spi_transfer添加到spi_message队列中。

       ④、使用spi_sync函数完成SPI数据同步传输。

       通过SPI进行n个字节的数据发送和接收的示例代码如下所示：

示例代码62.3.2.3 SPI数据读写操作

1. /* SPI多字节发送 */
   
2. staticint spi_send(struct spi_device *spi, u8 *buf,int len)
   
3. {
   
4. int ret;
   
5. struct spi_message m;
   
6. struct spi_transfer t ={
   
7. .tx_buf = buf,
   
8. .len = len,
   
9. };
   
10.    spi_message_init(&m); /* 初始化spi_message */
    
11.    spi_message_add_tail(t,&m);/* 将spi_transfer添加到spi_message队列 */
    
12.     ret = spi_sync(spi,&m);  /* 同步传输 */
    
13. return ret;
    
14. }
    
15. /* SPI多字节接收 */
    
16. staticint spi_receive(struct spi_device *spi, u8 *buf,int len)
    
17. {
    
18. int ret;
    
19. struct spi_message m;
    
20. struct spi_transfer t ={
    
21. .rx_buf = buf,
    
22. .len = len,
    
23. };
    
24.    spi_message_init(&m); /* 初始化spi_message */
    
25.    spi_message_add_tail(t,&m);/* 将spi_transfer添加到spi_message队列 */
    
26.     ret = spi_sync(spi,&m);  /* 同步传输 */
    
27. return ret;
    
28. }

复制代码

62.4 硬件原理图分析

本章实验硬件原理图参考26.2小节即可。

62.5 试验程序编写

本实验对应的例程路径为：开发板光盘->2、Linux驱动例程->22_spi。

62.5.1 修改设备树

       1、添加ICM20608所使用的IO

       首先在imx6ull-alientek-emmc.dts文件中添加ICM20608所使用的IO信息，在iomuxc节点中添加一个新的子节点来描述ICM20608所使用的SPI引脚，子节点名字为pinctrl_ecspi3，节点内容如下所示：

示例代码62.5.1.1 icm20608 IO节点信息

1. pinctrl_ecspi3: icm20608 {
   
2.           fsl,pins =<
   
3.              MX6UL_PAD_UART2_TX_DATA__GPIO1_IO20      0x10b0 /* CS */
   
4.               MX6UL_PAD_UART2_RX_DATA__ECSPI3_SCLK      0x10b1 /* SCLK */
   
5.              MX6UL_PAD_UART2_RTS_B__ECSPI3_MISO        0x10b1 /* MISO */
   
6.              MX6UL_PAD_UART2_CTS_B__ECSPI3_MOSI        0x10b1 /* MOSI */
   
7. >;
   
8. };

复制代码

       UART2_TX_DATA这个IO是ICM20608的片选信号，这里我们并没有将其复用为ECSPI3的SS0信号，而是将其复用为了普通的GPIO。因为我们需要自己控制片选信号，所以将其复用为普通的GPIO。

       2、在ecspi3节点追加icm20608子节点

在imx6ull-alientek-emmc.dts文件中并没有任何向ecspi3节点追加内容的代码，这是因为NXP官方的6ULL EVK开发板上没有连接SPI设备。在imx6ull-alientek-emmc.dts文件最后面加入如下所示内容：

示例代码62.5.1.2 向ecspi3节点加入icm20608信息

1. &ecspi3 {
   
2.       fsl,spi-num-chipselects =<1>;
   
3.       cs-gpio =<&gpio1 20 GPIO_ACTIVE_LOW>;/* cant't use cs-gpios! */
   
4.       pinctrl-names ="default";
   
5.       pinctrl-0=<&pinctrl_ecspi3>;
   
6.       status ="okay";
   
7. 
   
8.       spidev: icm20608@0 {
   
9.           compatible ="alientek,icm20608";
   
10.          spi-max-frequency =<8000000>;
    
11.          reg =<0>;
    
12. };
    
13. };

复制代码

       第2行，设置当前片选数量为1，因为就只接了一个ICM20608。

       第3行，注意！这里并没有用到“cs-gpios”属性，而是用了一个自己定义的“cs-gpio”属性，因为我们要自己控制片选引脚。如果使用“cs-gpios”属性的话SPI主机驱动就会控制片选引脚。

       第5行，设置IO要使用的pinctrl子节点，也就是我们在示例代码62.5.1.1中新建的pinctrl_ecspi3。

       第6行，imx6ull.dtsi文件中默认将ecspi3节点状态(status)设置为“disable”，这里我们要将其改为“okay”。

       第8~12行，icm20608设备子节点，因为icm20608连接在ECSPI3的第0个通道上，因此@后面为0。第9行设置节点属性兼容值为“alientek,icm20608”，第10行设置SPI最大时钟频率为8MHz，这是ICM20608的SPI接口所能支持的最大的时钟频率。第11行，icm20608连接在通道0上，因此reg为0。

       imx6ull-alientek-emmc.dts文件修改完成以后重新编译一下，得到新的dtb文件，并使用新的dtb启动Linux系统。

62.5.2 编写ICM20608驱动

新建名为“22_spi”的文件夹，然后在22_spi文件夹里面创建vscode工程，工作区命名为“spi”。工程创建好以后新建icm20608.c和icm20608reg.h这两个文件，icm20608.c为ICM20608的驱动代码，icm20608reg.h是ICM20608寄存器头文件。先在icm20608reg.h中定义好ICM20608的寄存器，输入如下内容(有省略，完成的内容请参考例程)：

示例代码62.5.2.1 icm20608reg.h文件内容

1. #ifndef ICM20608_H
   
2.   #define ICM20608_H
   
3. /***************************************************************
   
4.   Copyright ? ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. Allrights reserved.
   
5. 文件名    : icm20608reg.h
   
6. 作者  : 左忠凯
   
7. 版本  : V1.0
   
8. 描述  : ICM20608寄存器地址描述头文件
   
9. 其他  : 无
   
10. 论坛 : www.openedv.com
    
11. 日志 : 初版V1.0 2019/9/2左忠凯创建
    
12. ***************************************************************/
    
13. #defineICM20608G_ID                  0XAF/* ID值 */
    
14. #define ICM20608D_ID                  0XAE/* ID值 */
    
15. 
    
16. /* ICM20608寄存器
    
17.   *复位后所有寄存器地址都为0，除了
    
18.   *Register 107(0X6B) Power Management 1     =0x40
    
19.   *Register 117(0X75) WHO_AM_I                 =0xAF或0xAE
    
20.   */
    
21. /* 陀螺仪和加速度自测(出产时设置，用于与用户的自检输出值比较） */
    
22. #define  ICM20_SELF_TEST_X_GYRO      0x00
    
23. #define  ICM20_SELF_TEST_Y_GYRO      0x01
    
24. #define  ICM20_SELF_TEST_Z_GYRO      0x02
    
25. #define  ICM20_SELF_TEST_X_ACCEL     0x0D
    
26. #define  ICM20_SELF_TEST_Y_ACCEL     0x0E
    
27. #define  ICM20_SELF_TEST_Z_ACCEL     0x0F
    
28. ......
    
29. /* 加速度静态偏移 */
    
30. #define  ICM20_XA_OFFSET_H             0x77
    
31. #define  ICM20_XA_OFFSET_L             0x78
    
32. #define  ICM20_YA_OFFSET_H             0x7A
    
33. #define  ICM20_YA_OFFSET_L             0x7B
    
34. #define  ICM20_ZA_OFFSET_H             0x7D
    
35. #define  ICM20_ZA_OFFSET_L             0x7E
    
36. 
    
37. #endif

复制代码

    接下来继续编写icm20608.c文件，因为icm20608.c文件内容比较长，因此这里就将其分开来讲解。

       1、icm20608设备结构体创建

       首先创建一个icm20608设备机构体，如下所示：

示例代码62.5.2.2 icm20608设备结构体创建

1.   #include <linux/types.h>
   
2.   #include <linux/kernel.h>
   
3.   #include <linux/delay.h>
   
4. ......
   
5. #include <asm/io.h>
   
6. #include "icm20608reg.h"
   
7. /***************************************************************
   
8. Copyright ?ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
   
9. 文件名       : icm20608.c
   
10. 作者 : 左忠凯
    
11. 版本 : V1.0
    
12. 描述 : ICM20608 SPI驱动程序
    
13. 其他 : 无
    
14. 论坛 : www.openedv.com
    
15. 日志 : 初版V1.0 2019/9/2左忠凯创建
    
16. ***************************************************************/
    
17. #defineICM20608_CNT 1
    
18. #defineICM20608_NAME    "icm20608"
    
19. 
    
20. struct icm20608_dev {
    
21.   dev_t devid;  /* 设备号          */
    
22.   struct cdev cdev; /* cdev               */
    
23.   struct class *class; /* 类             */
    
24.   struct device *device;   /* 设备            */
    
25.   struct device_node  *nd; /* 设备节点            */
    
26.   int major; /* 主设备号            */
    
27.   void*private_data;   /* 私有数据    */
    
28.   int cs_gpio;  /* 片选所使用的GPIO编号*/
    
29.      signedint gyro_x_adc;    /* 陀螺仪X轴原始值  */
    
30.   signedint gyro_y_adc;    /* 陀螺仪Y轴原始值  */
    
31.   signedint gyro_z_adc;    /* 陀螺仪Z轴原始值  */
    
32.   signedint accel_x_adc;   /* 加速度计X轴原始值    */
    
33.   signedint accel_y_adc;   /* 加速度计Y轴原始值    */
    
34.   signedint accel_z_adc;   /* 加速度计Z轴原始值    */
    
35.   signedint temp_adc;  /* 温度原始值   */
    
36. };
    
37. 
    
38. staticstruct icm20608_dev icm20608dev;

复制代码

       icm20608的设备结构体icm20608_dev没什么好讲的，重点看一下第44行的private_data，对于SPI设备驱动来讲最核心的就是spi_device。probe函数会向驱动提供当前SPI设备对应的spi_device，因此在probe函数中设置private_data为probe函数传递进来的spi_device参数。

       2、icm20608的spi_driver注册与注销

    对于SPI设备驱动，首先就是要初始化并向系统注册spi_driver，icm20608的spi_driver初始化、注册与注销代码如下：

示例代码62.5.2.3 icm20608的spi_driver初始化、注册与注销

1.    /* 传统匹配方式ID列表 */
   
2. staticconststruct spi_device_id icm20608_id[]={
   
3.    {"alientek,icm20608",0},
   
4.    {}
   
5. };
   
6. 
   
7.    /* 设备树匹配列表 */
   
8. staticconststruct of_device_id icm20608_of_match[]={
   
9.    {.compatible ="alientek,icm20608"},
   
10.   {/* Sentinel */}
    
11. };
    
12. 
    
13.   /* SPI驱动结构体 */
    
14. staticstruct spi_driver icm20608_driver ={
    
15.   .probe = icm20608_probe,
    
16.   .remove = icm20608_remove,
    
17.   .driver ={
    
18.   .owner = THIS_MODULE,
    
19.   .name ="icm20608",
    
20.   .of_match_table = icm20608_of_match,
    
21.   },
    
22.   .id_table = icm20608_id,
    
23. };
    
24. 
    
25. /*
    
26.   * @description    : 驱动入口函数
    
27.   * @param            :无
    
28.   * @return          :无
    
29.   */
    
30. staticint __init icm20608_init(void)
    
31. {
    
32.   return spi_register_driver(&icm20608_driver);
    
33. }
    
34. 
    
35. /*
    
36.   * @description    : 驱动出口函数
    
37.   * @param            :无
    
38.   * @return          :无
    
39.   */
    
40. staticvoid __exit icm20608_exit(void)
    
41. {
    
42.   spi_unregister_driver(&icm20608_driver);
    
43. }
    
44. 
    
45. module_init(icm20608_init);
    
46. module_exit(icm20608_exit);
    
47. MODULE_LICENSE("GPL");
    
48. MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

复制代码

       第2~5行，传统的设备和驱动匹配表。

       第8~11行，设备树的设备与驱动匹配表，这里只有一个匹配项：“alientek,icm20608”。

       第14~23行，icm20608的spi_driver结构体变量，当icm20608设备和此驱动匹配成功以后第15行的icm20608_probe函数就会执行。同样的，当注销此驱动的时候icm20608_remove函数会执行。

       第30~33行，icm20608_init函数为icm20608的驱动入口函数，在此函数中使用spi_register_driver向Linux系统注册上面定义的icm20608_driver。

       第40~43行，icm20608_exit函数为icm20608的驱动出口函数，在此函数中使用spi_unregister_driver注销掉前面注册的icm20608_driver。

       3、probe/remove函数

       icm20608_driver中的probe和remove函数内容如下所示：

示例代码62.5.2.4 probe和remove函数

1. /*
   
2.     * @description        :spi驱动的probe函数，当驱动与
   
3.     *                     设备匹配以后此函数就会执行
   
4.     * @param - client    : spi设备
   
5.     * @param - id      :spi设备ID
   
6.     *
   
7.     */
   
8. staticint icm20608_probe(struct spi_device *spi)
   
9. {
   
10.   int ret =0;
    
11. 
    
12.   /* 1、构建设备号 */
    
13.   if(icm20608dev.major){
    
14.   icm20608dev.devid = MKDEV(icm20608dev.major,0);
    
15.   register_chrdev_region(icm20608dev.devid, ICM20608_CNT,
    
16. ICM20608_NAME);
    
17.   }else{
    
18.   alloc_chrdev_region(&icm20608dev.devid,0, ICM20608_CNT,
    
19. ICM20608_NAME);
    
20.   icm20608dev.major = MAJOR(icm20608dev.devid);
    
21.   }
    
22. 
    
23.   /* 2、注册设备 */
    
24.   cdev_init(&icm20608dev.cdev,&icm20608_ops);
    
25.   cdev_add(&icm20608dev.cdev, icm20608dev.devid, ICM20608_CNT);
    
26. 
    
27.   /* 3、创建类 */
    
28.      icm20608dev.class = class_create(THIS_MODULE, ICM20608_NAME);
    
29.   if(IS_ERR(icm20608dev.class)){
    
30.   return PTR_ERR(icm20608dev.class);
    
31.      }
    
32. 
    
33.   /* 4、创建设备 */
    
34.   icm20608dev.device = device_create(icm20608dev.class,NULL,
    
35. icm20608dev.devid,NULL, ICM20608_NAME);
    
36.   if(IS_ERR(icm20608dev.device)){
    
37.   return PTR_ERR(icm20608dev.device);
    
38.   }
    
39. 
    
40.   /* 获取设备树中cs片选信号 */
    
41.   icm20608dev.nd = of_find_node_by_path("/soc/aips-bus@02000000/
    
42. spba-bus@02000000/ecspi@02010000");
    
43.   if(icm20608dev.nd ==NULL){
    
44.   printk("ecspi3 node not find!\r\n");
    
45.   return-EINVAL;
    
46.   }
    
47. 
    
48.   /* 2、获取设备树中的gpio属性，得到BEEP所使用的BEEP编号 */
    
49.   icm20608dev.cs_gpio = of_get_named_gpio(icm20608dev.nd,
    
50. "cs-gpio",0);
    
51.      if(icm20608dev.cs_gpio <0){
    
52.   printk("can't get cs-gpio");
    
53.   return-EINVAL;
    
54.   }
    
55. 
    
56.   /* 3、设置GPIO1_IO20为输出，并且输出高电平 */
    
57.   ret = gpio_direction_output(icm20608dev.cs_gpio,1);
    
58.   if(ret <0){
    
59.   printk("can't set gpio!\r\n");
    
60.   }
    
61. 
    
62.   /*初始化spi_device*/
    
63.   spi->mode = SPI_MODE_0;         /*MODE0，CPOL=0，CPHA=0  */
    
64.   spi_setup(spi);
    
65.   icm20608dev.private_data = spi;/* 设置私有数据         */
    
66. 
    
67.   /* 初始化ICM20608内部寄存器 */
    
68.   icm20608_reginit();
    
69.   return0;
    
70. }
    
71. 
    
72. /*
    
73.   * @description    : spi驱动的remove函数，移除spi驱动的时候此函数会执行
    
74.   * @param – client : spi设备
    
75.   * @return           :0，成功;其他负值,失败
    
76.   */
    
77. staticint icm20608_remove(struct spi_device *spi)
    
78. {
    
79.   /* 删除设备 */
    
80.   cdev_del(&icm20608dev.cdev);
    
81.   unregister_chrdev_region(icm20608dev.devid, ICM20608_CNT);
    
82. 
    
83.   /* 注销掉类和设备 */
    
84.   device_destroy(icm20608dev.class, icm20608dev.devid);
    
85.   class_destroy(icm20608dev.class);
    
86.   return0;
    
87. }

复制代码

       第8~65行，probe函数，当设备与驱动匹配成功以后此函数就会执行，第13~55行都是标准的注册字符设备驱动。其中在第38~49行获取设备节点中的“cs-gpio”属性，也就是获取到设备的片选IO。

       第58行，设置SPI为模式0，也就是CPOL=0，CPHA=0。

       第59行，设置好spi_device以后需要使用spi_setup配置一下。

       第60行，设置icm20608dev的private_data成员变量为spi_device。

       第63行，调用icm20608_reginit函数初始化ICM20608，主要是初始化ICM20608指定寄存器。

       第72~81行，icm20608_remove函数，注销驱动的时候此函数就会执行。

       4、icm20608寄存器读写与初始化

       SPI驱动的最终目的就是为了读写icm20608的寄存器，因此需要编写相应的寄存器读写函数，并且使用这些读写函数来完成对icm20608的初始化。icm20608的寄存器读写以及初始化代码如下：

示例代码62.5.2.5 icm20608寄存器读写以及出初始化

1. /*
   
2.     * @description   : 从icm20608读取多个寄存器数据
   
3.     * @param – dev   :  icm20608设备
   
4.     * @param – reg   :  要读取的寄存器首地址
   
5.     * @param – val   :  读取到的数据
   
6.     * @param – len   :  要读取的数据长度
   
7.     * @return          :操作结果
   
8.     */
   
9. staticint icm20608_read_regs(struct icm20608_dev *dev, u8 reg,
   
10. void*buf,int len)
    
11. {
    
12. int ret;
    
13. unsignedchar txdata[len];
    
14. struct spi_message m;
    
15. struct spi_transfer *t;
    
16. struct spi_device *spi =(struct spi_device *)dev->private_data;
    
17. 
    
18.       gpio_set_value(dev->cs_gpio,0);/* 片选拉低，选中ICM20608 */
    
19.       t = kzalloc(sizeof(struct spi_transfer), GFP_KERNEL);
    
20. 
    
21. /* 第1次，发送要读取的寄存地址 */
    
22.       txdata[0]= reg |0x80; /* 写数据的时候寄存器地址bit8要置1 */
    
23.       t->tx_buf = txdata;   /* 要发送的数据                   */
    
24.       t->len =1; /* 1个字节                      */
    
25.       spi_message_init(&m); /* 初始化spi_message             */
    
26.       spi_message_add_tail(t,&m);/* 将spi_transfer添加到spi_message*/
    
27.       ret = spi_sync(spi,&m);  /* 同步发送                      */
    
28. 
    
29. /* 第2次，读取数据 */
    
30.       txdata[0]=0xff;   /* 随便一个值，此处无意义       */
    
31.       t->rx_buf = buf;  /* 读取到的数据                   */
    
32.       t->len = len;  /* 要读取的数据长度                */
    
33.       spi_message_init(&m); /* 初始化spi_message             */
    
34.       spi_message_add_tail(t,&m);/* 将spi_transfer添加到spi_message*/
    
35.       ret = spi_sync(spi,&m);  /* 同步发送                      */
    
36. 
    
37.       kfree(t);  /* 释放内存               */
    
38.       gpio_set_value(dev->cs_gpio,1); /* 片选拉高，释放ICM20608  */
    
39. 
    
40. return ret;
    
41. }
    
42. 
    
43. /*
    
44.    * @description   : 向icm20608多个寄存器写入数据
    
45.    * @param – dev   : icm20608设备
    
46.    * @param – reg   : 要写入的寄存器首地址
    
47.    * @param – val   : 要写入的数据缓冲区
    
48.    * @param – len   : 要写入的数据长度
    
49.    * @return        : 操作结果
    
50.    */
    
51. static s32 icm20608_write_regs(struct icm20608_dev *dev, u8 reg,
    
52.                                      u8 *buf, u8 len)
    
53. {
    
54. int ret;
    
55. 
    
56. unsignedchar txdata[len];
    
57. struct spi_message m;
    
58. struct spi_transfer *t;
    
59. struct spi_device *spi =(struct spi_device *)dev->private_data;
    
60. 
    
61.       t = kzalloc(sizeof(struct spi_transfer), GFP_KERNEL);
    
62.       gpio_set_value(dev->cs_gpio,0); /* 片选拉低 */
    
63. 
    
64. /* 第1次，发送要读取的寄存地址 */
    
65.       txdata[0]= reg &~0x80;   /* 写数据的时候寄存器地址bit8要清零 */
    
66.       t->tx_buf = txdata;   /* 要发送的数据                   */
    
67.       t->len =1; /* 1个字节                      */
    
68.       spi_message_init(&m); /* 初始化spi_message             */
    
69.       spi_message_add_tail(t,&m);/* 将spi_transfer添加到spi_message*/
    
70.       ret = spi_sync(spi,&m);  /* 同步发送                      */
    
71. 
    
72. /* 第2次，发送要写入的数据 */
    
73.       t->tx_buf = buf;  /* 要写入的数据                   */
    
74.       t->len = len;  /* 写入的字节数                   */
    
75.       spi_message_init(&m); /* 初始化spi_message             */
    
76.       spi_message_add_tail(t,&m);/* 将spi_transfer添加到spi_message*/
    
77.       ret = spi_sync(spi,&m);  /* 同步发送                      */
    
78. 
    
79.       kfree(t);  /* 释放内存                      */
    
80.       gpio_set_value(dev->cs_gpio,1);/* 片选拉高，释放ICM20608       */
    
81. return ret;
    
82. }
    
83. 
    
84. /*
    
85.    * @description   : 读取icm20608指定寄存器值，读取一个寄存器
    
86.    * @param – dev   : icm20608设备
    
87.    * @param – reg   : 要读取的寄存器
    
88.    * @return        : 读取到的寄存器值
    
89.    */
    
90. staticunsignedchar icm20608_read_onereg(struct icm20608_dev *dev,
    
91. u8 reg)
    
92. {
    
93.       u8 data =0;
    
94.       icm20608_read_regs(dev, reg,&data,1);
    
95. return data;
    
96. }
    
97. 
    
98. /*
    
99.    * @description   : 向icm20608指定寄存器写入指定的值，写一个寄存器
    
100.    * @param – dev   : icm20608设备
     
101.    * @param – reg   : 要写的寄存器
     
102.    * @param – data  : 要写入的值
     
103.   * @return       : 无
     
104.   */
     
105. 
     
106. staticvoid icm20608_write_onereg(struct icm20608_dev *dev, u8 reg,
     
107. u8 value)
     
108. {
     
109.      u8 buf = value;
     
110.      icm20608_write_regs(dev, reg,&buf,1);
     
111. }
     
112. 
     
113. /*
     
114.   * @description   : 读取ICM20608的数据，读取原始数据，包括三轴陀螺仪、
     
115.   *                  : 三轴加速度计和内部温度。
     
116.   * @param - dev   : ICM20608设备
     
117.   * @return        : 无。
     
118.   */
     
119. void icm20608_readdata(struct icm20608_dev *dev)
     
120. {
     
121. unsignedchar data[14];
     
122.      icm20608_read_regs(dev, ICM20_ACCEL_XOUT_H, data,14);
     
123. 
     
124.      dev->accel_x_adc =(signedshort)((data[0]<<8)| data[1]);
     
125.      dev->accel_y_adc =(signedshort)((data[2]<<8)| data[3]);
     
126.      dev->accel_z_adc =(signedshort)((data[4]<<8)| data[5]);
     
127.      dev->temp_adc   =(signedshort)((data[6]<<8)| data[7]);
     
128.      dev->gyro_x_adc =(signedshort)((data[8]<<8)| data[9]);
     
129.      dev->gyro_y_adc =(signedshort)((data[10]<<8)| data[11]);
     
130.      dev->gyro_z_adc =(signedshort)((data[12]<<8)| data[13]);
     
131. }
     
132. /*
     
133.   * ICM20608内部寄存器初始化函数
     
134.   * @param     : 无
     
135.   * @return    : 无
     
136.   */
     
137. void icm20608_reginit(void)
     
138. {
     
139.      u8 value =0;
     
140. 
     
141.      icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_PWR_MGMT_1,0x80);
     
142.      mdelay(50);
     
143.      icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_PWR_MGMT_1,0x01);
     
144.      mdelay(50);
     
145. 
     
146.      value = icm20608_read_onereg(&icm20608dev, ICM20_WHO_AM_I);
     
147.      printk("ICM20608 ID = %#X\r\n", value);
     
148. 
     
149.      icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_SMPLRT_DIV,0x00);
     
150.      icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_GYRO_CONFIG,0x18);
     
151.      icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_ACCEL_CONFIG,0x18);
     
152.      icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_CONFIG,0x04);
     
153.      icm20608_write_onereg(&icm20608dev,ICM20_ACCEL_CONFIG2,0x04);
     
154.      icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_PWR_MGMT_2,0x00);
     
155.      icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_LP_MODE_CFG,0x00);
     
156.      icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_FIFO_EN,0x00);
     
157. }

复制代码

       第9~40行，icm20608_read_regs函数，从icm20608中读取连续多个寄存器数据。

       第50~80行，icm20608_write_regs函数，向icm20608连续写入多个寄存器数据。

       第88~83行，icm20608_read_onereg函数，读取icm20608指定寄存器数据。

       第103~107行，icm20608_write_onereg函数，向icm20608指定寄存器写入数据。

       第115~126行，icm20608_readdata函数，读取icm20608六轴传感器和温度传感器原始数据值，应用程序读取icm20608的时候这些传感器原始数据就会上报给应用程序。

       第133~153行，icm20608_reginit函数，初始化icm20608，和我们spi裸机实验里面的初始化过程一样。

       5、字符设备驱动框架

       icm20608的字符设备驱动框架如下：

示例代码62.5.2.6 icm20608字符设备驱动

1. /*
   
2.    * @description     : 打开设备
   
3.    * @param – inode  : 传递给驱动的inode
   
4.    * @param - filp   : 设备文件，file结构体有个叫做pr似有ate_data的成员变量
   
5.    *                     一般在open的时候将private_data似有向设备结构体。
   
6.    * @return           :0 成功;其他失败
   
7.    */
   
8. staticint icm20608_open(struct inode *inode,struct file *filp)
   
9. {
   
10.   filp->private_data =&icm20608dev;/* 设置私有数据 */
    
11.   return0;
    
12. }
    
13. 
    
14. /*
    
15.   * @description    : 从设备读取数据
    
16.   * @param - filp   : 要打开的设备文件(文件描述符)
    
17.   * @param - buf    : 返回给用户空间的数据缓冲区
    
18.   * @param - cnt    : 要读取的数据长度
    
19.   * @param - offt   : 相对于文件首地址的偏移
    
20.   * @return           :读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
    
21.   */
    
22. static ssize_t icm20608_read(struct file *filp,char __user *buf,size_t cnt, loff_t *off)
    
23. {
    
24.   signedint data[7];
    
25.   long err =0;
    
26.   struct icm20608_dev *dev =(struct icm20608_dev *
    
27. )filp->private_data;
    
28. 
    
29.   icm20608_readdata(dev);
    
30.      data[0]= dev->gyro_x_adc;
    
31.   data[1]= dev->gyro_y_adc;
    
32.   data[2]= dev->gyro_z_adc;
    
33.   data[3]= dev->accel_x_adc;
    
34.   data[4]= dev->accel_y_adc;
    
35.   data[5]= dev->accel_z_adc;
    
36.   data[6]= dev->temp_adc;
    
37.   err = copy_to_user(buf, data,sizeof(data));
    
38.   return0;
    
39. }
    
40. 
    
41. /*
    
42.   * @description    : 关闭/释放设备
    
43.   * @param - filp   : 要关闭的设备文件(文件描述符)
    
44.   * @return           :0 成功;其他失败
    
45.   */
    
46. staticint icm20608_release(struct inode *inode,struct file *filp)
    
47. {
    
48.   return0;
    
49. }
    
50. 
    
51. /* icm20608操作函数 */
    
52. staticconststruct file_operations icm20608_ops ={
    
53.   .owner = THIS_MODULE,
    
54.   .open = icm20608_open,
    
55.   .read = icm20608_read,
    
56.   .release = icm20608_release,
    
57. };

复制代码

    字符设备驱动框架没什么好说的，重点是第22~38行的icm20608_read函数，当应用程序调用read函数读取icm20608设备文件的时候此函数就会执行。此函数调用上面编写好的icm20608_readdata函数读取icm20608的原始数据并将其上报给应用程序。大家注意，在内核中尽量不要使用浮点运算，所以不要在驱动将icm20608的原始值转换为对应的实际值，因为会涉及到浮点计算。

62.5.3编写测试APP

新建icm20608App.c文件，然后在里面输入如下所示内容：

示例代码62.5.3.1 icm20608App.c文件代码

1.   #include "stdio.h"
   
2.   #include "unistd.h"
   
3.   #include "sys/types.h"
   
4.   #include "sys/stat.h"
   
5.   #include "sys/ioctl.h"
   
6.   #include "fcntl.h"
   
7.   #include "stdlib.h"
   
8.   #include "string.h"
   
9.   #include <poll.h>
   
10. #include <sys/select.h>
    
11. #include <sys/time.h>
    
12. #include <signal.h>
    
13. #include <fcntl.h>
    
14. /***************************************************************
    
15. Copyright ?ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
    
16. 文件名      :icm20608App.c
    
17. 作者 : 左忠凯
    
18. 版本 : V1.0
    
19. 描述 : icm20608设备测试APP。
    
20. 其他 : 无
    
21. 使用方法     ：./icm20608App/dev/icm20608
    
22. 论坛 : www.openedv.com
    
23. 日志 : 初版V1.02019/9/20 左忠凯创建
    
24. ***************************************************************/
    
25. 
    
26. /*
    
27.   * @description    : main主程序
    
28.   * @param - argc   : argv数组元素个数
    
29.   * @param - argv   : 具体参数
    
30.   * @return           :0 成功;其他失败
    
31.   */
    
32. int main(int argc,char*argv[])
    
33. {
    
34.   int fd;
    
35.   char*filename;
    
36.      signedint databuf[7];
    
37.   unsignedchar data[14];
    
38.   signedint gyro_x_adc, gyro_y_adc, gyro_z_adc;
    
39.   signedint accel_x_adc, accel_y_adc, accel_z_adc;
    
40.   signedint temp_adc;
    
41. 
    
42.   float gyro_x_act, gyro_y_act, gyro_z_act;
    
43.   float accel_x_act, accel_y_act, accel_z_act;
    
44.   float temp_act;
    
45. 
    
46.   int ret =0;
    
47. 
    
48.   if(argc !=2){
    
49.   printf("Error Usage!\r\n");
    
50.   return-1;
    
51.   }
    
52. 
    
53.   filename = argv[1];
    
54.   fd = open(filename, O_RDWR);
    
55.   if(fd <0){
    
56.   printf("can't open file %s\r\n", filename);
    
57.   return-1;
    
58.   }
    
59. 
    
60.   while(1){
    
61.   ret = read(fd, databuf,sizeof(databuf));
    
62.      if(ret ==0){/* 数据读取成功 */
    
63.      gyro_x_adc = databuf[0];
    
64.      gyro_y_adc = databuf[1];
    
65.      gyro_z_adc = databuf[2];
    
66.      accel_x_adc = databuf[3];
    
67.      accel_y_adc = databuf[4];
    
68.      accel_z_adc = databuf[5];
    
69.      temp_adc = databuf[6];
    
70. 
    
71.      /* 计算实际值 */
    
72.      gyro_x_act =(float)(gyro_x_adc)/16.4;
    
73.      gyro_y_act =(float)(gyro_y_adc)/16.4;
    
74.      gyro_z_act =(float)(gyro_z_adc)/16.4;
    
75.      accel_x_act =(float)(accel_x_adc)/2048;
    
76.      accel_y_act =(float)(accel_y_adc)/2048;
    
77.      accel_z_act =(float)(accel_z_adc)/2048;
    
78.      temp_act =((float)(temp_adc)-25)/326.8+25;
    
79. 
    
80.      printf("\r\n原始值:\r\n");
    
81.      printf("gx = %d, gy = %d, gz = %d\r\n", gyro_x_adc,
    
82. gyro_y_adc, gyro_z_adc);
    
83.      printf("ax = %d, ay = %d, az = %d\r\n", accel_x_adc,
    
84. accel_y_adc, accel_z_adc);
    
85.      printf("temp = %d\r\n", temp_adc);
    
86.      printf("实际值:");
    
87.      printf("act gx = %.2f°/S, act gy = %.2f°/S,
    
88. act gz = %.2f°/S\r\n", gyro_x_act, gyro_y_act,
    
89. gyro_z_act);
    
90.      printf("act ax = %.2fg, act ay = %.2fg,
    
91. act az = %.2fg\r\n", accel_x_act, accel_y_act,
    
92. accel_z_act);
    
93.      printf("act temp = %.2f°C\r\n", temp_act);
    
94.   }
    
95.   usleep(100000);/*100ms */
    
96.   }
    
97.   close(fd);/* 关闭文件 */
    
98.   return0;
    
99. }

复制代码

       第60~91行，在while循环中每隔100ms从icm20608中读取一次数据，读取到icm20608原始数据以后将其转换为实际值，比如陀螺仪就是角速度、加速度计就是g值。注意，我们在icm20608驱动中将陀螺仪和加速度计的测量范围全部设置到了最大，分别为±2000和±16g。因此，在计算实际值的时候陀螺仪使用16.4，加速度计使用2048。最终将传感器原始数据和得到的实际值显示在终端上。

62.6 运行测试62.6.1 编译驱动程序和测试APP

1、编译驱动程序

编写Makefile文件，本章实验的Makefile文件和第四十章实验基本一样，只是将obj-m变量的值改为“icm20608.o”，Makefile内容如下所示：

示例代码62.6.1.1 Makefile文件

1.   KERNELDIR:=/home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
   
2. ......
   
3.   obj-m := icm20608.o
   
4. ......
   
5. clean:
   
6. $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

复制代码

    第4行，设置obj-m变量的值为“icm20608.o”。

       输入如下命令编译出驱动模块文件：

1. make-j32

复制代码

       编译成功以后就会生成一个名为“icm20608.ko”的驱动模块文件。

2、编译测试APP

       在icm20608App.c这个测试APP中我们用到了浮点计算，而I.MX6U是支持硬件浮点的，因此我们在编译icm20608App.c的时候就可以使能硬件浮点，这样可以加速浮点计算。使能硬件浮点很简单，在编译的时候加入如下参数即可：

1. -march-armv7-a -mfpu-neon -mfloat=hard

复制代码

输入如下命令使能硬件浮点编译icm20608App.c这个测试程序：

1. arm-linux-gnueabihf-gcc -march=armv7-a-mfpu=neon -mfloat-abi=hard icm20608App.c -o icm20608App

复制代码

       编译成功以后就会生成icm20608App这个应用程序，那么究竟有没有使用硬件浮点呢？使用arm-linux-gnueabihf-readelf查看一下编译出来的icm20608App就知道了，输入如下命令：

1. arm-linux-gnueabihf-readelf -A icm20608App

复制代码

       结果如图62.6.1.1所示：

图62.6.1.1 icm20608App文件信息

       从图62.6.1.1可以看出FPU架构为VFPv3，SIMD使用了NEON，并且使用了SP和DP，说明icm20608App这个应用程序使用了硬件浮点。

62.6.2 运行测试

       将上一小节编译出来icm20608.ko和icm20608App这两个文件拷贝到rootfs/lib/modules/4.1.15目录中，重启开发板，进入到目录lib/modules/4.1.15中。输入如下命令加载icm20608.ko这个驱动模块。

1. depmod                        //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
   
2. modprobe icm20608.ko //加载驱动模块

复制代码

       当驱动模块加载成功以后使用icm20608App来测试，输入如下命令：

1. ./icm20608App /dev/icm20608

复制代码

       测试APP会不断的从ICM20608中读取数据，然后输出到终端上，如图62.6.2.1所示：

图62.6.2.1 获取到的ICM20608数据

       可以看出，开发板静止状态下，Z轴方向的加速度在1g左右，这个就是重力加速度。对于陀螺仪来讲，静止状态下三轴的角速度应该在0°/S左右。ICM20608内温度传感器采集到的温度在30多度左右，大家可以晃动一下开发板，这个时候陀螺仪和加速度计的值就会有变化。