imx6芯片通过EIM总线外扩多路sja1000 CAN控制器
有时会需要扩展多个CAN接口，在CAN设备比较多的时候作分组控制。这里使用imx6q芯片，它本身已经自带了两个CAN接口，如果需再扩展4个接口，就要想想办法了。sja1000是一个经典的CAN控制器，稳定可靠，由于它在业界使用方案比较成熟，用它来扩展再好不过。imx6q作为一款性能强大的处理器，扩展sja1000这种相对慢速的芯片，着实有点屈才。可是没办法，项目需要，就像PCIE转ISA，或者USB转PCIE一样，效率并不是最重要的，硬件的兼容性和软件的易维护性同样重要。
这篇文档分硬件部分和软件部分来介绍下imx6q如何来与sja1000芯片组合应用起来，主要实现了通过imx6芯片的eim总线外扩4个sja1000 can控制器的功能。
一、硬件部分
首先来一张sja1000芯片的经典电路，是与8051单片机配合使用的。
看到这张图，是不是首先就想到了8051单片机的P0脚，还记得当时刚刚接触51单片机时，还会对P0与P1/P2/P3引脚的特性不同有些困惑。P0脚是3态的，可以应用在地址/数据总线。51单片机就是通过P0接口来扩展些SRAM、ROM啥的。这个电路图中，就是一个典型的外扩SRAM的接法：P0做地址/数据总线，P2.7独立GPIO控制CS脚（CS脚为低SJA1000芯片才工作），ALE/RO/WE是读写控制信号，INT中断脚接到P3.2接口上。从而可以看出，sja1000芯片留给外部的接口就是一个SRAM接口（CPU通过总线读写sja1000芯片的寄存器来控制），只要CPU有能够扩展SRAM的总线接口，那么就能外扩sja1000芯片。那么imx6芯片有没有类似的总线呢？
答案是肯定的，imx6系列芯片功能丰富，性能爆表，区区一个SRAM总线接口，怎会没有。imx6芯片带有WEIM接口，支持16/32bit的地址/数据总线混合模式，不过地址线最高为27bit，这个接口可灵活配置地址/数据端口，支持外接SRAM、NorFalsh和OneNAND等设备，先来看一张典型的imx6芯片的EIM接口图。
EIM总线地址总线引脚范围为EIM_DA0_15、EIM_A16_26，数据总线引脚范围为EIM_DA0_15、EIM_D16_31（图中有些引脚没有引出）。sja1000与之相连，可以是地址/数据总线复用的方式，也可以是地址总线与数据总线分离的方式（通过配置地址和数据引脚端口）。从电路简洁性上讲，当然采用复用的方式，就像51单片机的P0接口一样。有些芯片的SRAM接口并不支持地址/数据总线复用，与sja1000芯片相接时需要在电路上加逻辑器件，这个在另一篇文档中再写吧。
imx6芯片手册中指出，EIM总线只支持16/32bit的复用方式，通过EIM_CSnGCR1寄存器来配置，如下图。
EIM总线与sja1000这种8位的SRAM接口类型芯片相连，用16bit的multiplexing模式搓搓有余。可以16位的总线来访问8位总线存储器时，会有地址无法对齐的尴尬情况。举个例子说，16位总线读地址0x0000时（忽略基地址），read_byte()读的是D0_7这一组的电平值，读地址0x0001时，read_byte()，读的是D8_15这一组的电平值，反之写操作也是一样。那么16位总线与sja1000相连时，如果只用DA0_7脚，必然导致虽偶地址访问正常，奇地址访问不到的情况。这个也好解决，我们用DA1_8引脚就可以了。整个连接起来如下图的样子。
其中EIM_nOE、EIM_nWE和EIM_LBA与51单片机的WR、RD和ALE类似，DA1_8为地址/数据复用总线的0_7位，DA9_12则用来当4个CS信号线用（接了4片SJA1000芯片），EIM总线有CS0_3，不过被其它功能引脚复用占了，这里就只能这么干了。至于RST和INT线，随便找几个GPIO就行。
接下来简单分析下硬件时序，先看sja1000芯片的读时序。
从图中可以看出，读操作周期中，主机端先给出要读的地址（AD0_7上产生），然后拉低ALE信号，提示sja1000设备进行地址锁存，拉低CS信号，使能sja1000设备，最后拉低RD信号，释放地址/数据总线。sja1000设备在t_RLQV时间内准备好数据，然后写在数据总线上。主机在t_W/R时间后，拉高RD信号，读取地址/总线上的数据，拉高CS线，完成一个读操作周期。整个读操作周期中WR信号为高。写操作周期与之类似，如下图所示。
同样，主机端准备好地址信号，拉低ALE信号、CS信号，然后拉低WR信号，提示sja1000设备将进行写操作。之后主机端在地址/总线上写数据信号，等待t_DVWH后，拉高WR信号线，在t_WHDX时间后释放总线。sja100设备在拉高WR信号的时候进行接收数据。
二、软件部分
这里使用的是3.14.28版本linux内核，由于支持设备树，为驱动程序的编写带来了很多便利。首先修改dts文件，使能WEIM总线，并配置需要用到的功能引脚、GPIO、中断引脚。
&weim {
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_weim>;
status = "okay";
};
&iomuxc {
pinctrl_weim: weim1grp {
fsl,pins = <
MX6QDL_PAD_EIM_OE__EIM_OE_B 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_RW__EIM_RW 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_CS0__EIM_CS0_B 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_LBA__EIM_LBA_B 0x9091
/* SJA1000_RST */
MX6QDL_PAD_EIM_EB0__GPIO2_IO28 0x9091
/* SJA1000 INT */
MX6QDL_PAD_DI0_DISP_CLK__GPIO4_IO16 0x9091
MX6QDL_PAD_DI0_PIN15__GPIO4_IO17 0x9091
MX6QDL_PAD_DI0_PIN2__GPIO4_IO18 0x9091
MX6QDL_PAD_DI0_PIN3__GPIO4_IO19 0x9091
/* SJA1000 LED */
MX6QDL_PAD_DISP0_DAT5__GPIO4_IO26 0x80000000
MX6QDL_PAD_DISP0_DAT6__GPIO4_IO27 0x80000000
MX6QDL_PAD_DISP0_DAT7__GPIO4_IO28 0x80000000
MX6QDL_PAD_DISP0_DAT8__GPIO4_IO29 0x80000000
/* SJA1000_ADDA */
MX6QDL_PAD_EIM_DA0__EIM_AD00 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_DA1__EIM_AD01 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_DA2__EIM_AD02 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_DA3__EIM_AD03 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_DA4__EIM_AD04 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_DA5__EIM_AD05 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_DA6__EIM_AD06 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_DA7__EIM_AD07 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_DA8__EIM_AD08 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_DA9__EIM_AD09 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_DA10__EIM_AD10 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_DA11__EIM_AD11 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_DA12__EIM_AD12 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_DA13__EIM_AD13 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_DA14__EIM_AD14 0x9091
MX6QDL_PAD_EIM_DA15__EIM_AD15 0x9091
>;
};
};
};weim总线中配置的引脚有 EIM_DA0_15（只用到DA1_12）、EIM_OE、EIM_RW、EIM_LBA、EIM_CS0（cs线由高位地址线取代，这里无用），sja1000驱动中添加了四个中断引脚（对应4个sja1000芯片）、4个LED gpio（CAN通信指示灯用）、RST GPIO（产生硬复位信号，一般不用）。接下来看sja1000驱动需要添加的dts文件内容。
/ {
sja1000@08001C00 {
compatible = "weim,sja1000";
reg = <0x08001C00 0x1FF>;
nxp,external-clock-frequency = <16000000>;
nxp,tx-output-config = <0x16>;
nxp,no-comparator-bypass;
interrupt-parent = <&gpio4>;
interrupts = <16 0>;
int-gpios = <&gpio4 16 0>;
rst-gpios = <&gpio2 28 0>;
led-gpios = <&gpio4 26 0>;
};
sja1000@08001A00 {
compatible = "weim,sja1000";
reg = <0x08001A00 0x1FF>;
nxp,external-clock-frequency = <16000000>;
nxp,tx-output-config = <0x16>;
nxp,no-comparator-bypass;
interrupt-parent = <&gpio4>;
interrupts = <17 0>;
int-gpios = <&gpio4 17 0>;
led-gpios = <&gpio4 27 0>;
};
sja1000@08001600 {
compatible = "weim,sja1000";
reg = <0x08001600 0x1FF>;
nxp,external-clock-frequency = <16000000>;
nxp,tx-output-config = <0x16>;
nxp,no-comparator-bypass;
interrupt-parent = <&gpio4>;
interrupts = <18 0>;
int-gpios = <&gpio4 18 0>;
led-gpios = <&gpio4 28 0>;
};
sja1000@08000E00 {
compatible = "weim,sja1000";
reg = <0x08000E00 0x1FF>;
nxp,external-clock-frequency = <16000000>;
nxp,tx-output-config = <0x16>;
nxp,no-comparator-bypass;
interrupt-parent = <&gpio4>;
interrupts = <19 0>;
int-gpios = <&gpio4 19 0>;
led-gpios = <&gpio4 29 0>;
};
};四片sja1000芯片的基地址计算方式：weim总线的基地址为0x08000000，第一片sja1000芯片读写时DA1_8 对应地址/数据总线的D0_7，地址范围为 0x08000000~0x080001FF（忽略DA0的信号），由于DA9_12充当CS信号，读写第一片sja1000芯片时，需要保持DA9为0、DA10为1、DA11为1、DA12为1，从而第一片sja1000芯片的基地址为0x08001C00。同理，第二三四片sja1000芯片的基地址分别为 0x08001A00 、0x08001600、0x08000E00。
dts资源配置好后，需要在对应的驱动程序中正确引用。linux内核中已经有了sja1000_platform驱动（位于driver/net/can/sja1000目录下），直接在它的基础上修改下就行。
1. of_device_id添加
这里是为了驱动能与dts文件中“weim,sja1000”资源匹配。
static struct of_device_id sp_of_table[] = {
{.compatible = "weim,sja1000"},
{},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, sp_of_table);
static struct platform_driver sp_driver = {
.probe = sp_probe,
.remove = sp_remove,
.driver = {
.name = DRV_NAME,
.owner = THIS_MODULE,
.of_match_table = sp_of_table,
},
};2. 初始化weim总线
这里通过修改寄存器完成，程序在加载驱动程序时调用，主要配置weim时钟、中断、地址/数据总线端口、时序控制等，详见imx6数据手册。
static int __init sp_init(void)
{
mx6q_setup_weimcs();
return platform_driver_register(&sp_driver);
}
module_init(sp_init);
void mx6q_setup_weimcs(void)
{
unsigned int reg;
void __iomem *eim_reg = ioremap(WEIM_BASE_ADDR, 0x20);
void __iomem *ccm_reg = ioremap(CCM_BASE_ADDR, 0x80);
if(!eim_reg){
printk("error iomem eim_reg\n");
}
if(!ccm_reg){
printk("error iomem ccm_reg\n");
}
// divicer for aclk_eim_slow
reg = readl(ccm_reg + 0x1C);
reg &= ~(0x60000000);
reg |= 0x00380000;
writel(reg, ccm_reg + 0x1C);
/* CLKCTL_CCGR6: Set emi_slow_clock to be on in all modes */
reg = readl(ccm_reg + 0x80);
reg |= 0x00000C00;
writel(reg, ccm_reg + 0x80);
/* CS0GCR1:
* [22-20 CSREC: minimum EIM clock cycles width of CS, OE and WE signals]
* DSZ[16:18]:
001 16 bit port resides on DATA[15:0]
* EIM Operation Mode: MUM=1, SRD = SWR = 0.
* (Async write/Async page read, multiplexed)
*/
writel(0x07f13039, eim_reg);
writel(0x00001002, eim_reg + 0x00000004);
/* CS0RCR1:
* Bit 31 30 29 28--27 26 25 24--23 22 21 20--19 18 17 16
* 0 RWSC 0 RADVA RAL RADVN
* Bit 15 14 13 12--11 10 9--8 7 6 5 4--3 2 1 0
* 0 OEA 0 OEN 0 RCSA 0 RCSN
* CS0RCR2:
* APR = 0 (Async Page Read); [15]
* PAT = 7 (9 EIM clock sycles) [12:14]
* RBEA = 7 (Read BE Assertion) [4:6]
* RBE = 1 (Read BE enable) [3]
* RBEN = 7 (Read BE Negation) [0:2]
*/
writel(0x18683372, eim_reg + 0x00000008);
writel(0x00000068, eim_reg + 0x0000000C);
/*
* For EIM Write Configuration registers.
*
* CS0WCR1:
* Bit 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20--19 18 17 16--15
* WAL WBED WWSC WADVA WADVN WBEA
* 1 1 01 1000 011 0--00 11--1
* Bit 14 13 12 11 10 9 8-- 7 6 5 4 3 2 1 0
* WBEN WEA WEN WCSA WCSN
* 111 111 1--11 100 110
* CS0WCR2:
* WBCDD = 0
*/
writel(0xd863ffe6, eim_reg + 0x00000010);
writel(0x00000000, eim_reg + 0x00000014);
printk("WEIM init end, CS0GCR1_is %x\n", readl(eim_reg));
iounmap(eim_reg);
iounmap(ccm_reg);
}3、probe函数修改
probe函数中主要针对添加了rst引脚和led引脚，其它未做改变。可以看到，probe函数中，申请了sja1000设备的总线资源，根据GPIO中断引脚号申请了终端，然后将platform设备注册到sja1000驱动中。
static int sp_probe(struct platform_device *pdev)
{
...
res_mem = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
if (!res_mem)
return -ENODEV;
if (!devm_request_mem_region(&pdev->dev, res_mem->start, resource_size(res_mem), DRV_NAME))
return -EBUSY;
addr = devm_ioremap_nocache(&pdev->dev, res_mem->start, resource_size(res_mem));
if (!addr)
return -ENOMEM;
if (of){
reset_pin = of_get_named_gpio(of, "rst-gpios", 0);
irq_pin = of_get_named_gpio(of, "int-gpios", 0);
led_pin = of_get_named_gpio(of, "led-gpios", 0);
irq = irq_of_parse_and_map(of, 0);
if(gpio_is_valid(reset_pin)) {
err = devm_gpio_request_one(&pdev->dev, reset_pin,
GPIOF_OUT_INIT_HIGH, "sja1000 reset");
if (err) {
dev_err(&pdev->dev,
"Failed to request GPIO %d as reset pin, error %d\n",
reset_pin, err);
}
}
if(gpio_is_valid(irq_pin)){
err = devm_gpio_request_one(&pdev->dev, irq_pin,
GPIOF_IN, "sja1000 int");
if (err) {
dev_err(&pdev->dev,
"Failed to request GPIO %d as irq pin, error %d\n",
irq_pin, err);
}
}
if(gpio_is_valid(led_pin)) {
err = devm_gpio_request_one(&pdev->dev, led_pin,
GPIOF_OUT_INIT_LOW, "sja1000 led");
if (err) {
dev_err(&pdev->dev,
"Failed to request GPIO %d as led pin, error %d\n",
irq_pin, err);
}
}
}else{
res_irq = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, 0);
}
...
dev = alloc_sja1000dev(0);
...
priv = netdev_priv(dev);
if (res_irq) {
irq = res_irq->start;
priv->irq_flags = res_irq->flags & IRQF_TRIGGER_MASK;
if (res_irq->flags & IORESOURCE_IRQ_SHAREABLE)
priv->irq_flags |= IRQF_SHARED;
} else {
priv->irq_flags |= IRQF_TRIGGER_LOW;
}
dev->irq = irq;
priv->reg_base = addr;
priv->irq_pin = irq_pin;
priv->reset_pin = reset_pin;
priv->led_pin = led_pin;
priv->led_status = 0;
priv->wdataOffset = res_mem->start - 0x08000000; /* add write data offset */
if (of)
sp_populate_of(priv, of);
else
sp_populate(priv, pdata, res_mem->flags);
platform_set_drvdata(pdev, dev);
SET_NETDEV_DEV(dev, &pdev->dev);
err = register_sja1000dev(dev);
...
}4. read/write 地址偏移
由于使用的是DA1_8引脚（DA9_12充当了CS信号），其读写地址肯定不能直接在基地址上了。修改sja100_platform中的write8和read8函数，完成读写的地址偏移。
static u8 sp_read_reg8(const struct sja1000_priv *priv, int reg)
{
u16 data;
data = ioread16(priv->reg_base + reg*2);
return data>>1;
}
static void sp_write_reg8(const struct sja1000_priv *priv, int reg, u8 val)
{
u16 data=val;
data = data*2;
iowrite16(data + priv->wdataOffset, priv->reg_base + reg*2);
}完整的驱动程序见https://gitee.com/westlor/imx6_sja1000。
如有错误请指正。