Linux内核学习17--SPI子系统
1 Linux下SPI子系统简介
关于SPI协议细节，之前写过：总线学习3--SPI_spi a0-CSDN博客
这次就不多写了，这次主要关注Linux下的使用，使用的环境是树莓派5。还是先看图吧，毕竟无图无真相。这个图B格看起来有点高。
不过对于BSP这边的开发，我感觉下面这个图明了一些。实用性强得多。
来自：https://www.eet-china.com/mp/a131804.html
一共分为用户层 → SPI 核心框架 → 控制器驱动 → 硬件寄存器。
用户空间层（spidev.c）
用户层，就是spidev.c提供。说白点就是给上层提供了ioctl接口，这样可以在应用层使用节点或者编程来控制。
/dev/spidevX.Y 字符设备：X=SPI 主机号，Y = 片选号
提供标准 ioctl 接口，应用可直接收发 SPI 数据，无需写内核驱动
工具：spi-config、spi-pipe、spidev_test 测试程序。
SPI 核心层（spi.c/spi.h）
在这一层，就是内核接口层，说白点就是提供了SPI 内核标准接口实现文件，spi_write()、spi_read()、spi_sync()。驱动程序接口层。
同时在这里内核中间调度层，定义通用数据结构、传输队列、消息处理、总线注册 / 注销、锁机制，是上下层桥梁，不绑定任何硬件。
SPI 控制器驱动（master 驱动）
对接 SoC 内置 SPI 控制器（如 STM32 SPI、高通 QCOM SPI、全志 SPI、树莓派 BCM2835 SPI），实现底层时序、时钟、片选、DMA、中断收发。
SPI 外设设备驱动（slave 驱动）
针对外接芯片：Flash (W25Q)、ADC、显示屏、传感器、射频模块等，调用核心层接口发起传输。
最后的两层其实基本不用怎么关心。
2 内核节点
2.1 原始状态
在树莓派 5（RPi5，BCM2712），SPI0 默认关闭，不会自动生成 spidev 节点。
此时状态如下：
tom@raspberrypi:~$ ls /dev/spide* /dev/spidev10.0 tom@raspberrypi:~$ lsmod | grep spi spidev 49152 0 spi_bcm2835 49152 0此时虽然有一个spidev10.0。但是并不是40pin接口的SPI。
树莓派 5（BCM2712）有两套 SPI 硬件控制器内核驱动：
传统 spi-bcm2835：对应老 BCM2711/2837 架构的 SPI0、SPI1（40 针排针那两组）
新 DW（DesignWare）SPI 控制器 spi_dw：RP1 辅助芯片自带多路 SPI，内核枚举时编号排到了 10，所以生成 /dev/spidev10.0
| 设备节点 | 控制器驱动 | 物理引脚位置 | 用途 |
|---|---|---|---|
| spidev0.0 / spidev0.1 | spi_bcm2835 | 40 针排针：GPIO9/10/11/7/8（Pin19/21/23/26/24） | 外接 OLED、W25Q、ADC、射频模块（最常用） |
| spidev10.0 | spi_dw（RP1） | RP1 芯片内部引出，不在 40 针 GPIO | 板载内部外设、HAT 扩展底板专用，普通外设不接这里 |
驱动解释如下：
spidev 49152 0 # 通用用户透传驱动
spi_bcm2835 49152 0 # 40针GPIO标准SPI0/SPI1主机驱动
spi_dw_mmio + spi_dw # RP1扩展SPI（spi10总线来源）
2.2 SPIDEV状态
要使用spidev，必须手动开启；
开启dtparam=spi=on后，这里默认DTS子节点compatible="spidev"，内核会自动加载 spidev 驱动，直接生成/dev/spidev0.0、/dev/spidev0.1；
这时效果如下：
tom@raspberrypi:~$ ls /dev/spide* /dev/spidev0.0 /dev/spidev0.1 /dev/spidev10.0 tom@raspberrypi:~$ lsmod | grep spi spidev 49152 0 spi_dw_mmio 49152 0 spi_bcm2835 49152 0 spi_dw 49152 1 spi_dw_mmio此时，在设备树下生成两个节点：
/sys/firmware/devicetree/base/axi/pcie@1000120000/rp1/spi@50000/spidev@0 /sys/firmware/devicetree/base/axi/pcie@1000120000/rp1/spi@50000/spidev@1为什么是两个，因为在原始的spi0中定义了两路片选。
rp1_spi0: spi@50000 { reg = <0xc0 0x40050000 0x0 0x130>; compatible = "snps,dw-apb-ssi"; interrupts = <RP1_INT_SPI0 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>; clocks = <&rp1_clocks RP1_CLK_SYS>; clock-names = "ssi_clk"; #address-cells = <1>; #size-cells = <0>; num-cs = <2>; dmas = <&rp1_dma RP1_DMA_SPI0_TX>, <&rp1_dma RP1_DMA_SPI0_RX>; dma-names = "tx", "rx"; status = "disabled";此时可以看到这些节点：
tom@raspberrypi:/sys/bus/spi/devices$ ls spi0.0 spi0.1 spi10.0这个部分是由spi.c创建，不是spidev驱动本身。所以操作的方法比较通用，所有的驱动都可以这么搞。
节点下面大概内容有这些：
tom@raspberrypi:/sys/bus/spi/devices/spi0.0$ ls -l total 0 lrwxrwxrwx 1 root root 0 Jun 12 10:00 driver -> ../../../../../../../../bus/spi/drivers/spidev -rw-r--r-- 1 root root 16384 Jun 12 10:42 driver_override -r--r--r-- 1 root root 16384 Jun 12 10:42 modalias lrwxrwxrwx 1 root root 0 Jun 12 10:42 of_node -> ../../../../../../../../firmware/devicetree/base/axi/pcie@1000120000/rp1/spi@50000/spidev@0 drwxr-xr-x 2 root root 0 Jun 12 10:42 power drwxr-xr-x 3 root root 0 Jun 12 10:00 spidev drwxr-xr-x 2 root root 0 Jun 12 10:42 statistics lrwxrwxrwx 1 root root 0 Jun 12 10:00 subsystem -> ../../../../../../../../bus/spi -rw-r--r-- 1 root root 16384 Jun 12 10:00 uevent作用如下：
| 目录/文件名称 | 类型 | 核心作用（内核层） | 通俗解释（应用层） |
spidev | 目录 | 绑定了 Linux 通用 SPI 驱动的标志 | 只要它在，就能在/dev/下找到spidev0.0，从而能用代码直接读写 SPI 硬件。 |
driver | 符号链接 | 指向当前正在控制该设备的内核驱动程序 | 告诉现在是谁在管这个设备。如果指向spidev，说明是通用驱动；如果指向特定芯片驱动（如某个屏幕驱动），说明被专属驱动占用了。 |
driver_override | 文件 | 允许手动强制指定该设备的驱动程序 | 戏称“强扭的瓜”。可以往里写特定驱动的名字，强行让系统用指定的驱动去管这个设备。 |
modalias | 文件 | 显示设备的内核模块别名 | 设备的“身份证号”，内核靠它来自动匹配并加载正确的驱动程序。 |
of_node | 符号链接 | 指向树莓派设备树（Device Tree）中的对应节点 | 连向硬件的“出厂配置单”，能看到硬件引脚分配、最大波特率等底层配置。 |
statistics | 目录 | 存放该 SPI 设备的通信统计数据 | 相当于“计费账单”，里面记录了发了多少字节、报错了多少次，调优和排错时很有用。 |
power | 目录 | 硬件电源管理接口 | 控制设备的省电、休眠和唤醒模式。 |
subsystem | 符号链接 | 指向设备所属的内核子系统分类 | 认祖归宗，这里指向sys/bus/spi，表明它属于 SPI 总线家族。 |
uevent | 文件 | 内核与用户空间热插拔管理器的通信接口 | “大喇叭”，当硬件启动或移除时，内核通过它通知系统（如udev）去自动创建或删除/dev/下的设备文件。 |
此时可以手动灌数据。
while true; do echo -ne "\xff\xff\xff\xff" > /dev/spidev0.0; sleep 0.01; done2.3 自定义SPI驱动
一旦用overlay绑定其他外设驱动（w25q、mmc_spi、自研屏驱），对应 CS 通道的spidev就会消失，二者互斥。
要记得使用官方接口注册
module_spi_driver(ecx335c_driver);可以使用的接口大概是：
| 函数名称 | 功能描述 | 核心参数说明 |
spi_write() | 纯发送数据。向 SPI 设备写入一段指定长度的数据缓冲区。 |
• • |
spi_read() | 纯接收数据。从 SPI 设备读取一段指定长度的数据到缓冲区。 |
• |
spi_write_then_read() | 先发后收（半双工）。常用于“发送寄存器地址 -> 读取寄存器值”的场景。中间片选不拉高。 |
• • |
spi_w8r8() | spi_write_then_read的精简版。发送 8 位数据，紧接着读取 8 位数据。返回值即为读取到的 8 位数据（或负数错误码）。 |
• |
spi_w8r16() | 发送 8 位数据，紧接着读取 16 位数据。内部会自动处理大端/小端字节序的转换。 |
• 返回值: 读取到的 16 位数据 |
还有很多就不列举了。。。
2.4 片选
在 Linux 的 SPI 命名规范中，spiX.Y的格式是这样定义的：
X：代表SPI 控制器的编号（总线号）。spi0意味着它们共享树莓派 5 同一个 SPI0 硬件总线（共享时钟线 CLK、主出从入线 MOSI、主入从出线 MISO）。Y：代表片选引脚的编号（Chip Select）。spi0.1占用的是 SPI0 的片选 1（通常对应树莓派引脚上的SPI0_CE1）。spi0.2占用的是 SPI0 的片选 2（通常对应树莓派引脚上的SPI0_CE2）。
此时可以加载两个设备，两个驱动。
3 调试方法
3.1 spidev_test 环回测试
在外设驱动没调通前，先把设备树里的兼容性临时改成标准的虚拟节点：
compatible = "rohm,dh2228fv"; /* 或者直接是 generic 的 "linux,spidev" */重启后，系统会在
/dev/下吐出一个/dev/spidev0.0的裸设备节点。拿一根跳线或者镊子，把树莓派或板子引脚上的 SPI_MOSI 和 SPI_MISO 短接（短路在一起）。
运行 Linux 内核自带的测试工具（内核源码
tools/spi/spidev_test.c编译出来的二进制）./spidev_test -D /dev/spidev0.0 -v -p "Hello Tom!"
如果终端里成功打印出发送和接收完全一致的
Hello Tom!，说明SoC、内核核心层、控制器驱动、DMA、引脚复用全部 100% 完好。皮球直接踢给硬件工程师（去查外设芯片断线或供电问题）或应用驱动（去查初始化序列）。如果读出来全是00，说明总线自己都没通。
3.2 ftrace 传输追踪
cd /sys/kernel/tracing/ echo 0 > tracing_on echo > trace # 追踪标准 Linux SPI 核心层的两大骨架事件 echo "spi:*" > set_event # 开启内核 SPI 核心层自带的 tracepoint（极其精准） echo 1 > tracing_on # 执行你的读写测试 echo 0 > tracing_on # 查看账本 cat trace | head -n 30# 1. 切换到 root sudo su # 2. 擦亮内核的追踪器镜片 echo 0 > /sys/kernel/tracing/tracing_on echo "" > /sys/kernel/tracing/trace # 3. 开启 SPI 模块搬运数据的事件监听（抓取发送和接收） echo 1 > /sys/kernel/tracing/events/spi/spi_transfer_start/enable # 4. 打开总开关 echo 1 > /sys/kernel/tracing/tracing_on # 5. 此时去运行你的调屏测试程序（或者往 /dev/spidev10.0 灌数据） # 6. 见证奇迹的时刻，查看内核抓到的 SPI 裸波形流 cat /sys/kernel/tracing/trace | tail -n 503.3 动态打印控制（Dynamic Debug）
Linux 内核有一个神级机制叫dynamic_debug。你不需要重新编译高通内核，就能在运行时一键开启SPI 核心层的所有隐藏pr_debug级日志！
# 1. 挂载 debugfs（安卓通常默认挂载了） mount -t debugfs none /sys/kernel/debug/ # 2. 一键命令内核：把所有属于 spi 核心框架和高通 geni-spi 驱动里的调试日志全部激活！ echo "file drivers/spi/* +p" > /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control echo "file drivers/platform/msm/gpi/* +p" > /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control # 高通DMA传输日志 # 3. 此时去看 dmesg，你会看到每一次 SPI 传输的长度、片选切换、甚至中断状态都被吐了出来 dmesg -w3.4 查看SPI状态
查看当前被哪个驱动占用
tom@raspberrypi:~$ ls -l /sys/bus/spi/devices/spi0.0/driver lrwxrwxrwx 1 root root 0 Jun 13 09:41 /sys/bus/spi/devices/spi0.0/driver -> ../../../../../../../../bus/spi/drivers/spidev查看Pin脚复用
tom@raspberrypi:/sys/bus/spi/devices$ cat /sys/kernel/debug/pinctrl/1f000d0000.gpio-pinctrl-rp1/pinmux-pins Pinmux settings per pin Format: pin (name): mux_owner gpio_owner hog? pin 0 (gpio0): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 1 (gpio1): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 2 (gpio2): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 3 (gpio3): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 4 (gpio4): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 5 (gpio5): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 6 (gpio6): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 7 (gpio7): 1f00050000.spi pinctrl-rp1:578 function spi0 group gpio7 pin 8 (gpio8): 1f00050000.spi pinctrl-rp1:579 function spi0 group gpio8 pin 9 (gpio9): 1f00050000.spi (GPIO UNCLAIMED) function spi0 group gpio9 pin 10 (gpio10): 1f00050000.spi (GPIO UNCLAIMED) function spi0 group gpio10 pin 11 (gpio11): 1f00050000.spi (GPIO UNCLAIMED) function spi0 group gpio11 pin 12 (gpio12): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 13 (gpio13): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 14 (gpio14): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 15 (gpio15): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 16 (gpio16): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 17 (gpio17): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 18 (gpio18): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 19 (gpio19): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 20 (gpio20): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 21 (gpio21): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 22 (gpio22): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 23 (gpio23): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 24 (gpio24): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 25 (gpio25): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 26 (gpio26): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 27 (gpio27): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 28 (gpio28): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 29 (gpio29): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 30 (gpio30): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 31 (gpio31): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 32 (gpio32): (MUX UNCLAIMED) pinctrl-rp1:603 pin 33 (gpio33): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 34 (gpio34): (MUX UNCLAIMED) pinctrl-rp1:605 pin 35 (gpio35): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 36 (gpio36): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 37 (gpio37): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 38 (gpio38): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 39 (gpio39): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 40 (gpio40): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 41 (gpio41): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 42 (gpio42): 1f00200000.usb (GPIO UNCLAIMED) function vbus1 group gpio42 pin 43 (gpio43): 1f00200000.usb (GPIO UNCLAIMED) function vbus1 group gpio43 pin 44 (gpio44): (MUX UNCLAIMED) pinctrl-rp1:615 pin 45 (gpio45): 1f0009c000.pwm (GPIO UNCLAIMED) function pwm1 group gpio45 pin 46 (gpio46): (MUX UNCLAIMED) pinctrl-rp1:617 pin 47 (gpio47): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 48 (gpio48): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 49 (gpio49): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 50 (gpio50): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 51 (gpio51): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 52 (gpio52): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 53 (gpio53): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)此时可以看到gpio7，gpio8，gpio9，gpio10，gpio11已经配置成了SPI。
3.5 动态换驱动
如果直接换会报错
tom@raspberrypi:~/dttest$ sudo dtoverlay ecx335c-overlay.dtbo [sudo] password for tom: * Failed to apply overlay '0_ecx335c-overlay' (kernel)查肯内核报错：
[ 2637.268644] OF: overlay: WARNING: memory leak will occur if overlay removed, property: /axi/pcie@1000120000/rp1/spi@50000/status [ 2637.268735] spidev spi0.0: chipselect 0 already in use [ 2637.268738] spi_master spi0: spi_device register error /axi/pcie@1000120000/rp1/spi@50000/my_oled_panel@0 [ 2637.268744] of_spi_notify: failed to create for '/axi/pcie@1000120000/rp1/spi@50000/my_oled_panel@0' [ 2637.268748] OF: changeset notifier error @/axi/pcie@1000120000/rp1/spi@50000/my_oled_panel@0 [ 2637.268753] OF: overlay: overlay apply changeset entry notify error -16核心操作：bind /unbind 切换驱动（最常用调试）
驱动目录统一路径：/sys/bus/spi/drivers/[驱动名]/可用驱动列表查看：ls /sys/bus/spi/drivers/（spidev、w25qxx 等）
解绑当前驱动（触发驱动 remove 函数）
把设备名写入对应驱动的 unbind 文件
# 解绑spidev echo spi0.0 | sudo tee /sys/bus/spi/drivers/spidev/unbind # 解绑w25q闪存驱动 echo spi0.0 | sudo tee /sys/bus/spi/drivers/w25qxx/unbind4 高通平台
查了一下基本也没啥特别的，还是用标准的接口弄吧。
可能会涉及到检查时钟（Clock）状态，通过 debugfs 查看该 QUP 分组的 SPI 核心时钟和外设时钟（如 gcc_qup_spi_clk）是否真正使能，以及频率是否正确。
cat /sys/kernel/debug/clk/clk_summary | grep -i qup