Linux SPI子系统与驱动开发实战指南（建议收藏）

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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

SCLK	MOSI	MISO	CS/SS
时钟信号(主机产生)	主机输出 从机输入	主机输入 从机输出	片选信号 (低电平有效)

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

模式	CPOL	CPHA	说明
Mode 0	0	0	空闲低，第一边沿采样
Mode 1	0	1	空闲低，第二边沿采样
Mode 2	1	0	空闲高，第一边沿采样
Mode 3	1	1	空闲高，第二边沿采样

二、SPI子系统架构

️ 核心架构

spi_master主机控制器

→

SPI核心层 管理调度

→

spi_device spi_driver 从设备+驱动

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

API函数	说明
spi_write(spi, buf, len)	单次发送
spi_read(spi, buf, len)	单次接收
spi_sync(spi, message)	同步传输消息
spi_async(spi, message)	异步传输消息

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

特性	SPI	I2C
通信方式	全双工	半双工
速度	高（MHz级）	低（KHz级）
线数	4线	2线
多从机	需要多个CS	地址寻址
适用场景	Flash、显示屏	传感器、EEPROM

八、核心要点总结

<b> 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

</b>

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