04 SPI 通信

SPI子系统

SPI是一个同步片上外设通信接口；SPI数据线的位宽主要有1bit(标准spi:Single)、2bit(DualSPI)、4bit[Quad SPI (QSPI)]、8bit[Octal SPI (OSPI)]四种；因此说SPI 是“串行时钟驱动的同步接口”，但数据线不一定是单比特串行。

SPI子系统主要由以下几个部分组成：

1. sysfs 接口 Linux SPI 子系统通过 sysfs 向用户空间暴露 SPI 控制器和 SPI 从设备的注册信息及部分属性。在 /sys/bus/spi/devices/ 下，可以查看系统中已注册的 SPI master 控制器及其挂载的 SPI 设备信息，包括设备名称、驱动绑定关系、设备地址等。用户可通过相关 sysfs 节点查看设备状态、驱动绑定情况，并进行部分设备管理操作。

2. SPI 字符设备节点 当 SPI 设备绑定到 spidev 驱动后，系统会在 /dev 下创建相应的字符设备节点，例如 /dev/spidev0.0、/dev/spidev1.1 等，对应具体的 SPI 控制器和片选组合。用户空间程序可通过 open()、ioctl()、read()、write() 等系统调用访问这些设备节点，从而完成 SPI 数据收发和设备交互。

引脚分布

sysfs接口

检测 SPI 设备

# 查看系统中可用的 SPI 设备
ls /sys/bus/spi/devices/

预期输出：

spi0.0  spi1.0  spi1.1  spi2.0

#spi1.0 = SPI 总线 1，片选 0

# 查看 SPI 设备信息
cat /sys/bus/spi/devices/spi0.0/modalias

预期输出：

spi:dh2228fv

使用 spidev_test 工具

spidev_test 是 Linux 内核自带的 SPI 测试工具，用于验证 SPI 通信是否正常。

安装spidev_test工具

找到RAM交叉编译器路径

find . -name "*gcc" | grep bin

预期输出：

./tools/linux/toolchains/arm-gcc12.2.0-linux-uclibceabi/bin/arm-gcc12.2.0_uClibcng1.0.48-linux-uclibceabi-gcc
./tools/linux/toolchains/arm-gcc12.2.0-linux-uclibceabi/bin/arm-gcc12.2.0-linux-uclibceabi-gcc

编译spidev_test

./tools/linux/toolchains/arm-gcc12.2.0-linux-uclibceabi/bin/arm-gcc12.2.0-linux-uclibceabi-gcc -static ./source/kernel/linux-5.10.y/tools/spi/spidev_test.c -o ./out/spidev_test

此时在out目录下会出现spidev_test可执行文件

检查spidev_test格式

file spidev_test

预期输出：

spidev_test: ELF 32-bit LSB executable, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), statically linked, with debug_info, not stripped

提示

必须是给32位ARM Linux系统运行的程序，如果是其他架构说明没使用交叉编译器

拷贝spidev_test文件到板端并赋予可执行权限

chmod +x spidev_test

测试1：5MHz、Mode3、8bit、回环模式

# 5MHz 时钟, mode3 (CPOL=1, CPHA=1), 8bit, 使能内部回环
./spidev_test -D /dev/spidev0.0 -s 5000000 -d 8 -H -O -l

预期输出：

spi mode: 0x23
bits per word: 8
max speed: 5000000 Hz (5000 kHz)

测试2：10MHz、Mode2、16bit、回环模式

# 10MHz 时钟, mode2 (CPOL=1, CPHA=0), 16bit, 使能内部回环
./spidev_test -v -s 10000000 -b 16 -O -I -D /dev/spidev0.0

预期输出：

spi mode: 0x2
bits per word: 16
max speed: 10000000 Hz (10000 kHz)
TX | FF FF FF FF FF FF 40 00 00 00 00 95 FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF F0 0D  |......@.........................|
RX | 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00  |................................|

提示

回环模式（-l 参数）启用控制器内部回环，发送的数据会直接回送到接收端，用于验证 SPI 控制器本身是否正常。实际与外设通信时不要启用回环模式。