在嵌入式開發過程中，很多系統通常使用串口驅動來滿足通信要求，但在實際應用中，SPI通信更高效更快捷[2]。SPI接口是一種高速高效的串行接口技術，因此SPI設備在數據通信應用中非常方便[3]。本文基于ARM9芯片的S3C2440和Linux操作系統，設計了一種可靠、靈活、易于移植的SPI驅動程序，可應用于各種嵌入式平臺，實現ARM與設備之間的通信。
1硬件描述
1.1S3C2440開發平臺
1.2SPI硬件模塊
S3C2440有兩個SPI，每個SPI有兩個8位移位寄存器，用于獨立發送和接收數據。與SPIver.2.11協議兼容，支持8位邏輯預分頻。系統可以通過輪詢、中斷和直接存儲器存取來判斷SPI的發送和接收狀態。該SPI模塊包含以下信號線[5]:
(1)SCK:數據同步時鐘信號，由主設備驅動并輸出到從設備，以便從設備可以根據同步時鐘接收或發送數據。
(2)nCS(用戶指定的GPIO):slave  select信號線(SS)由主設備發送，用于選擇和激活一個從設備，在低電平時有效。
(3)MISO(SPIMISO0):主輸入/輸出信號線，表示該信號在主設備中用作輸入，在從設備中用作輸出。
(4)MOSI(SPIMOSI0):主輸出和從輸入信號線，表示信號在主設備中輸出，在從設備中輸入。
(5)/SS(nSS):多主檢錯。
2Linux下SPI設備驅動程序的設計
2.1SPI初始化
(1)申請中斷。在這個驅動程序設計中，需要申請與SPI0相關的中斷，并注冊相應的中斷處理功能。該驅動程序的中斷處理函數聲明如下：
staTIcirqreturn  _ ts3c  2440 _ ISR  _ SPI(IntRq，void*dev_id，structpt_regs*reg)
使用request_irq向內核申請一個中斷號，并注冊一個中斷處理函數：
request_irq(IRQ_SPI0，s3c2440_isr_spi，SA_INTERRUPT，DEVICE_NAME，s  3c  2440 _ ISR  _ SPI)；
(2)虛擬地址映射。驅動可以通過訪問內核中的虛擬地址，直接訪問設備物理地址對應的寄存器。SPI器件的地址映射過程如下：
request  _ mem  _ region(s3c  2440 _ PA  _ SPI，0x30，“s3c  2440-SPI”)；
base  _ addr=iore  map(s3c  2440 _ PA  _ SPI，0x  30)；
S3C2440_PA_SPI是SPI的物理地址(在/asm-arch/arch-s3c2440/map.h中定義)，0x30的內存區域從S3C2440_PA_SPI分配，然后移動到內核空間。
(3)設置相關寄存器。通過配置SPI功能寄存器設置SPI工作模式。ioremap返回的虛擬地址作為基地址，通過增加不同的偏移量來訪問相應的寄存器。在本設計中，本地SPI設置為主設備，SCK信號使能，CPOL和CPHA設置為0，SPI工作在正常模式。將波特率預分頻寄存器(SPPRE)中的分頻比設置為8。具體設計如下：
_ _ raw  _ writel((s3c  2440 _ SPCON  _ SMOD  _ INT  | s3c  2440 _ SPCON  _ ENSCK  | s3c  2440 _ SPCON  _ MSTR)，s3c  2440 _ SPCON)；
DPRINTK(DEVICE  _ NAME  " SPCONiniTIalizen  ")；
_ _ raw  _ writel((s3c  2440 _ SPPIN  _ ENMUL  | s3c  2440 _ SPPIN  _ KEEP)，s3c  2440 _ SPPIN)；
DPRINTK(DEVICE  _ NAME  " SPPINiniTIalizen  ")；
__raw_writel(0x07，s3c  2440 _ SPPRE)；
DPRINTK(DEVICE  _ NAME  " SPPREinitializen  ")；
(4)初始化發送和接收數據緩沖區。數據緩沖區采用環形緩沖區結構，通過頭尾指針的循環移動實現緩沖區的動態管理。其定義如下：typedefstruct
spi_bufbuf［MAX_SPI_BUF］；
unsignedinthead，tail；
wait_queue_head_twq；
}SPI_BUF；staticSPI_BUFspi_Tx_buf；staticSPI_BUFspi_Rec_buf；
其中spi_buf表示char型，MAX_SPI_BUF為緩沖區大小，設為1024B。head、tail分別表示頭尾數組下標，wq為等待隊列頭。此結構依靠以下宏進行管理：
#defineSPI_Tx_BUF_HEAD（spi_Tx_buf.buf［spi_Tx_buf.head］）
#defineSPI_Tx_BUF_TAIL（spi_Tx_buf.buf［spi_Tx_buf.tail］）
#defineINCBUF（x，mod）（（++（x））&（（mod）-1））
前兩個宏用于引用緩沖區中的元素，最后一個宏用于對頭尾下標進行前移，并保證頭尾下標數值可循環變化，不發生溢出。
在初始化時，分別對接收和發送緩沖區的頭尾指針進行清零操作，具體如下：
spi_Tx_buf.head=spi_Tx_buf.tail=0；spi_Rec_buf.head=spi_Rec_buf.tail=0；
（5）內核機制相關的數據結構初始化。本設計所使用的內核機制包括了中斷上下半部的操作和睡眠等待機制，因此需要對發送、接收等待隊列以及tasklet結構進行初始化，并注冊tasklet處理函數。初始化過程如下：
init_waitqueue_head（&（spi_Tx_buf.wq））；
init_waitqueue_head（&（spi_Rec_buf.wq））；
tasklet_init（&spi_tasklet，spi_tasklet_handler，data）；
（6）初始化相應端口。根據S3C2440外部管腳配置，將與SPI功能引腳復用的GPIO設定為SPI相應功能。具體操作如下：
s3c2440_gpio_cfgpin
（S3C2440_GPE11，S3C2440_GPE11_SPIMISO0）；
s3c2440_gpio_cfgpin
（S3C2440_GPE12，S3C2440_GPE12_SPIMOSI0）；
s3c2440_gpio_cfgpin
（S3C2440_GPE13，S3C2440_GPE13_SPICLK0）；
s3c2440_gpio_cfgpin
（S3C2440_GPG2，S3C2440_GPG2_INP）；//設置nSS
s3c2440_gpio_cfgpin（S3C2440_GPB10，
S3C2440_GPB10_OUTP）；//設置片選信號
s3c2440_gpio_setpin（S3C2440_GPB10，1）；
2.2SPI寫操作
寫操作主要是將上層應用部分的用戶空間中的數據拷貝到內核空間中的環形緩沖區中，此后將緩沖區的數據送到SPI發送寄存器中，在SPI發送完一個數據后，系統產生中斷，中斷例程中的下半部將調用tasklet判斷緩沖區狀態。若緩沖區中有相應的空間，可以將下一數據填入SPI發送寄存器中，直至將緩沖區數據全部發送完畢。
本設計的寫操作實現了環形緩沖區的動態管理，即在緩沖區刪除數據、尾指針前移的情況下，允許向緩沖區添加數據，頭指針前移。此設計可以使用戶空間任務與內核空間的數據發送同時進行，提高了用戶空間任務執行效率，并且當利用copy_from_user函數將數據從用戶空間拷貝至內核空間時，數據發送仍在進行，即數據從用戶空間至內核空間拷貝過程與數據發送過程并發，提高了驅動程序效率。
為了實現環形緩沖區動態管理，定義了copy_to_Tx_buf_init和copy_to_Tx_buf兩個函數完成數據向緩沖區的復制操作。
（1）copy_to_Tx_buf_init函數。本函數主要用于兩種情況：
①如果緩沖區為空，當有一組數據到來且此數據的大小小于緩沖區的空間大小時，直接將此數據放到緩沖區中。
②如果發送數據的大小大于剩余緩沖區的空間，則只復制緩沖區大小的數據到緩沖區。
緩沖區滿，該進程進行睡眠操作，直到緩沖區所有數據發送完畢，緩沖區再次為空，當前進程被喚醒，將此組用戶數據的未發送部分復制到緩沖區，繼續發送。
（2）copy_to_Tx_buf函數。此函數主要用于緩沖區正在發送且未發送完畢的情況，將新一組用戶數據copy至緩沖區。首先計算緩沖區剩余空間，若剩余空間大于本組用戶數據大小，則直接將用戶數據全部copy至緩沖區；若剩余空間小于本組數據大小，則copy與剩余空間大小相同的用戶數據至緩沖區。
寫操作的具體流程如圖1所示，首先用戶數據從空間態轉換到內核態，并設置相應的接收標志位。此后判斷數據大小。若數據大于緩沖區空間，數據發生溢出，寫操作結束；若沒有溢出，為了保證進程間的數據，使得該進程獲得自旋鎖，此時判斷緩沖區是否為空。根據上面兩個函數的介紹，在不同情況下分別調用不同的函數，在數據寫入環形緩沖區后，將數據發送到SPI的發送寄存器。當SPI發送寄存器發送數據時，環形緩沖區依舊接收數據，如果此時緩沖區為滿，則釋放自旋鎖，并設置進程等待標志位（wait_Tx_done），將此進程休眠，直到發送寄存器中的數據發送完畢，再喚醒進程，判斷數據是否全部發送完畢。若仍有數據等待發送，則調用copy_to_Tx_buf_int；若數據已全部發送完畢，則寫操作結束。若緩沖區不為滿，則判斷數據是否發送完畢。數據全部發送完畢，發送操作結束。