內核SPI Slave軟件簡介

SPI主從之間傳輸通常遵循特定協議，如SPI Nor 兼容 JEDEC SDFP 協議，瑞芯微RK SPI slave 作為設備端傳輸也應遵循特定的協議，由于協議無范式，所以RK提供自定義的傳輸協議和設備驅動以供客戶參考。

Linux SPI slave驅動框架限制：使用傳輸隊列，雖然隊列喚醒后的線程優先級較高，但受調度影響不能完全保證實時性。

瑞芯微RK SPI slavemode限制：每次傳輸需重新發起SPI控制器配置，因此為確保SPImaster能夠獲知RK SPI slave完成傳輸配置從而發起數據傳輸，RKSPIslave端需增加side-band信號做ready狀態位。

本文基于

觸覺智能RK3506星閃開發板

演示SPI Slave從設備開發，其配套RK3506核心板（3核A7+M0多核異構），100%全國產，峰值功耗低至0.65W。

瑞芯微RK SPI slave 傳輸協議

• RK SPI Slave 傳輸基本流程

數據傳輸要求指定ready-gpios來通知SPI master分為5個部分：

（1）Slave 主動發起 spi_syncstep（2）Slave ready，使能 GPIO_SlV_READY 信號（3）master 確認 Slave ready 后發起傳輸（4）Slave 接收來自 master 發出的足夠的 clk 后完成傳輸（5）Slave idle，釋放 GPIO_SlV_READY 信號

、

• 定義兩種包類型

包括ctrl packet：2B cmd，2B addr（RK slave 定義的 application buffer 偏移地址），4B data（通常用于指定之后 data 包的傳輸長度）和data packet。

• 定義兩種傳輸類型

ctrl 傳輸（僅包含 1 ctrl packet），以及data 傳輸（包含1 ctrl packet 和 1 data packet 的兩筆 SPI 傳輸）。

• spidev_rkslv 支持 SPI_OBJ_APP_RAM_SIZE 長度的 application buffer 用于緩存傳輸數據，SPI master發起的 data 傳輸 1 ctrl packet 2B addr 指向該緩存偏移地址
  
• 設備驅動

驅動源碼：

drivers/spi/spidev-rkslv.c drivers/spi/spidev-rkmst.c

源碼簡介：

static int spidev_rkslv_ctrl_receiver_thread(void *p) //建立線 程，線程內重復發起傳輸 { while (1) spidev_rkslv_xfer(spidev); drivers/spi/spidev-rkmst.c： 實現業務 } static int spidev_rkslv_xfer(struct spidev_rkslv_data *spidev) //傳輸入口 { spidev_slv_read(spidev, spidev->ctrlbuf, SPI_OBJ_CTRL_MSG_SIZE); //1 ctrl packet，獲取并解析傳輸類型 switch (ctrl->cmd) { //1 data packet，根據傳輸類型，定義 data packet 并完成收發 case SPI_OBJ_CTRL_CMD_INIT: /* to-do */ case SPI_OBJ_CTRL_CMD_READ: /* to-do */ case SPI_OBJ_CTRL_CMD_WRITE: /* to-do */ case SPI_OBJ_CTRL_CMD_DUPLEX: /* to-do */ } } static const struct file_operations spidev_rkslv_misc_fops = {} //注冊 misc device 測試接口

drivers/spi/spidev-rkmst.c說明：

static int spidev_rkmst_xfer(struct spidev_rkmst_data *spidev, void *tx, void *rx, u16 addr, u32 len) //傳輸入口 { spidev_rkmst_ctrl(spidev, cmd, addr, len); //1 ctrl packet，定義傳輸類型 switch (cmd) { //1 data packet，根據傳輸類型，定義 data packet 并完成收發 case SPI_OBJ_CTRL_CMD_READ: /* to-do */ case SPI_OBJ_CTRL_CMD_WRITE: /* to-do */ case SPI_OBJ_CTRL_CMD_DUPLEX: /* to-do */ } } static const struct file_operations spidev_rkmst_misc_fops = {} //注冊 misc device 測試接口

• 業務實現形式

SPI Slave 測試設備配置

• SPI master 發起單包數據傳輸測 ：

echocmd addr length > /dev/spidev_rkmst_misc

說明：cmd ：支持 read/write/duplex;addr：為對端 slave application buffer 偏移，單位 Bytes，僅支持 10 進制輸入;length：為 data packet 長度，單位 Bytes，僅支持 10 進制輸入;

實例如下：

echo write 128 128 > /dev/spidev_rkmst_misc echo read 128 128 > /dev/spidev_rkmst_misc echo duplex 128 128 > /dev/spidev_rkmst_misc

• SPI master 發起自動化測試 ：

echoautotest length loops compare > /dev/spidev_rkmst_misc

說明：autotest：固定輸入，先測試全雙工數據傳輸，再測試讀寫數據傳輸，并輸出速率結果;測試默認使用對端 slave application buffer 偏移地址 0;

length：為 data packet 長度，單位 Bytes，僅支持 10 進制輸入；loops：設定壓測循環次數；

compare：1 - 開啟數據校驗；0 - 關閉數據校驗（支持特定場景，如持續輸出數據進行信號測試）；

實例如下：

echoautotest1024641> /dev/spidev_rkmst_misc

• SPI master 發起自動化測試 ：

echo appmem 0 256 > ./dev/spidev_rkslv_misc #打印 application buffer 數據 echo verbose 1 > ./dev/spidev_rkslv_misc #開啟傳輸傳輸過程 debug log，echo verbose 0 關閉打印

SPI Slave常見問題

• SPI 無信號

調試前確認驅動有跑起來；確保 SPI 4個引腳的IOMUX配置無誤；

確認TX 引腳有正常的波形，CLK有正常的 CLOCK 信號，CS信號有拉低；

如果clk頻率較高，可以考慮提高驅動強度來改善信號；

如何簡單判斷SPI DMA 是否使能，串口打印如無以下關鍵字,則DMA 使能成功：

[ 0.457137]Failedtorequest TX DMA channel [ 0.457237] Failed to request RX DMA channel

• 延時采樣時鐘配置方案

對于 SPI io 速率較高的情形，正常 SPI mode 可能依舊無法匹配外接器件輸出延時，RK SPI master read 可能無法采到有效數據，需要啟用 SPI rsd 邏輯來延遲采樣時鐘。

• SPI 傳輸方式說明

（1）默認傳輸模式

master mode 支持 IRQ、DMA 和 CPU 傳輸，slave mode 支持 IRQ 和 DMA 傳輸，默認都為 IRQ/DMA 組合傳輸方式：

當傳輸長度 < fifo 深度時，使用 IRQ 傳輸，默認使用 4.19 及以上內核版本的SOC，fifo 深度為64;

當傳輸長度 >= fifo 深度時，使用DMA傳輸;

（2）修改傳輸模式

master mode支持：

默認IRQ/DMA 組合傳輸方式;

參考 ”關閉 DMA 支持，僅支持 IRQ 傳輸；“ 說明，關閉 DMA，配置后僅支持IRQ 傳輸；

參考”rockchip,poll-only“ 說明，配置后僅支持CPU傳輸；

slave mode 不支持修改傳輸模式。

（3）IRQ傳輸特性

當數據 < fifo 深度時，一次傳觸發 1 個中斷，當數據 >= fifo 深度且使用 IRQ 傳輸時，fifo 水線設置為半 fifo，通常為 32 item，一次傳輸大致上觸發 items / 32 次中斷。

（4）DMA 傳輸特性

不觸發 spi 控制器中斷，使用 DMA 傳輸 finished call back 回調

• SPI 傳輸速率及 CPU 占用率高優化方向

通常 SPI 傳輸速率慢、IO 高負載下 CPU 占用率高的原因是因為：SPI 傳輸粒度小，且傳輸次數多，頻繁發起傳輸從而涉及較多的調度。建議優化方向：

1. 開啟 auto runtime，延時設置為 500ms，具體值以實測為準，修改點為 dts 節點添加rockchip,autosuspend-delay-ms 屬性；

2. 降低 CPU 負載：改用 IRQ 傳輸，相對 DMA 可能會有優勢，補丁參考 “改為 IRQ 傳輸” 小節；

3. 降低 CPU 負載：如為 DMA 傳輸，可修改 TX DMA 水線來降低 CPU 在 DMA 回調函數中等待 fifo傳輸完成的時間，補丁參考 “修改 SPI 水線。