摘 要：本文結合具體的FPGA與ARM接口電路介紹了SPI接口驅動程序設計，并給出了部分程序的核心代碼。本驅動編寫的思路嚴格按照Linux下字符設備驅動程序的要求，并重點介紹了中斷掛載及內存映射等關鍵技術，對其他SPI外設的驅動程序設計有較強的參考意義。

關鍵詞：linux；SPI；驅動

中圖分類號：TP336

在某項目的單板設計中，集成了Altera公司的STRATIX II EP2S180 FPGA和三星公司的S3C2440A ARM9處理器，F(xiàn)PGA用于處理原始數(shù)據(jù)，ARM用于配置FPGA參數(shù)并接收FPGA處理后數(shù)據(jù)，之間采用SPI串行接口通信。

SPI接口驅動基于Linux系統(tǒng)開發(fā)，Linux內核中雖已集成了SPI驅動，但接口復雜且冗長，不適宜本項目采用，因此重新設計了SPI驅動。

1 接口電路設計

ARM工作在SPI主模式，F(xiàn)PGA工作在SPI從模式，F(xiàn)PGA與ARM間接口電路如圖1所示。

圖1 接口電路

ARM使用SPI0控制器，EINT13作為中斷輸入，GPG6用于復位FPGA中斷。

ARM通過SPIMOSI0接口對FPGA進行參數(shù)配置，而后啟動FPGA進行數(shù)據(jù)處理。FPGA處理完數(shù)據(jù)后通過EINT13對ARM發(fā)送上升沿中斷，觸發(fā)ARM讀取FPGA數(shù)據(jù)。ARM讀取完畢后，通過INT_ACK信號線發(fā)上升沿信號對FPGA進行中斷清除。

2 SPI驅動程序設計

SPI為串行接口，其驅動在Linux中沿用字符設備驅動格式，字符設備驅動接口函數(shù)數(shù)據(jù)結構如下：

static struct file_operations dev_fops = {

.owner = THIS_MODULE，

.open = s3c24xx_SPI_open，

.release = s3c24xx_SPI_close，

.read = s3c24xx_SPI_read，

}；

驅動程序需要實現(xiàn)s3c24xx_SPI_open、s3c24xx_SPI_close、s3c24xx_SPI_read等幾個關鍵函數(shù)。

s3c24xx_SPI_open函數(shù)用于初始化SPI控制器并對FPGA發(fā)送初始化配置參數(shù)并掛載中斷處理函數(shù)。

s3c24xx_SPI_close函數(shù)用于關閉FPGA設備。

s3c24xx_SPI_read用于讀取FPGA數(shù)據(jù)，該函數(shù)通過調用wait_event_interruptible工作在阻塞模式，由中斷處理函數(shù)負責喚醒 。

中斷描述結構如下：

struct spi_irq_desc {

int irq；

int pin；

int pin_setting；

int number；

char *name；

}；

static struct spi_irq_desc spi_irqs [] = {

{IRQ_EINT13， S3C2410_GPG（5），S3C2410_GPG5_EINT13，2，“SPIINT”}，

}；

在s3c24xx_SPI_open函數(shù)中掛載中斷處理函數(shù)spi_interrupt，具體如下：

request_irq（spi_irqs[i].irq， spi_interrupt， IRQ_TYPE_EDGE_RISING，

spi_irqs[i].name，（void *）spi_irqs[i]）；

request_irq將EINT13的處理函數(shù)設定為spi_interrupt，需要重點注意的是操作系統(tǒng)自動將EINT13引腳配置為中斷模式，并設置為上升沿觸發(fā)，無需用戶再進行GPIO配置。

在中斷處理函數(shù)中，涉及到對SPI的發(fā)送寄存器和接收寄存器的讀寫操作。在Linux環(huán)境中，由于采用了MMU及虛擬內存設計，無法直接讀寫外部寄存器，需將其映射到內存空間，而后采用iowrite32完成讀寫。

以對SPICON0寄存器寫入0x18示例如下，該寄存器地址為0x59000000：

spicon0_phys = 0x59000000；

spi0_virt =（unsigned long）ioremap（spi0_phys， 0x20）；

va_s3c2440_SPI_SPCON0 = （unsigned long *）（spi0_virt + 0x00）；

iowrite32（0x18，va_s3c2440_SPI_SPCON0）；

在spi_interrupt函數(shù)中實現(xiàn)SPI接口讀取，spi字長為8位，spi的接口配置為時鐘上升沿發(fā)送，下降沿讀取。

因此為讀取FPGA需要對發(fā)送寄存器SPTDAT0先寫一個字節(jié)，而后判斷狀態(tài)寄存器SPSTA0是否完成發(fā)送，如果完成則讀取接收寄存器SPRDAT0，從FPGA讀取一個字節(jié)，以后循環(huán)讀取定長字節(jié)，即可完成對FPGA數(shù)據(jù)的讀取。

而后對GPG6依次寫0、1、0，之間加入1us延時，即可產生上升沿中斷以復位FPGA中斷。

對FPGA的讀定長數(shù)據(jù)操作示例如下：

int s3c2440SPIRead（char* buffer， int nbyte）

{

char* pChar = buffer；

int ix = nbyte；

for（； nbyte > 0； nbyte--）

{

*（volatile char*）va_s3c2440_SPI_SPTDAT0=0x55；

/*等待傳輸完成*/

while（！（*（（volatile char*）va_s3c2440_SPI_SPSTA0） 0x1））；

*pChar=*（volatile char*）（va_s3c2440_SPI_SPRDAT0）；

pChar++；

}

return（ix）；

}

為避免編譯器將va_s3c2440_SPI_SPTDAT0地址列入CACHE空間，必須對va_s3c2440_SPI_SPTDAT0進行volatile char*強制類型轉換，否則將讀到過期數(shù)據(jù)。

中斷處理函數(shù)完成讀數(shù)據(jù)后調用wake_up_interruptible（spi_waitq）喚醒阻塞的讀操作s3c24xx_SPI_read，該函數(shù)調用copy_to_user函數(shù)將數(shù)據(jù)復制到用戶空間。

3 結束語

該接口程序已成功應用于某工程項目，本文是基于調試經驗，重點介紹了SPI接口程序框架及內存映射和中斷掛載等關鍵技術，可以作為開發(fā)類似驅動的參考。

參考文獻：

[1]韋東山.嵌入式Linux應用開發(fā)[M].北京：人民郵電出版社，2010.

作者單位：中國船舶重工集團公司第七二二研究所，武漢 430079