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。
imx6芯片通过EIM总线外扩多路sja1000 CAN控制器_第1张图片
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。
imx6芯片通过EIM总线外扩多路sja1000 CAN控制器_第2张图片
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。
imx6芯片通过EIM总线外扩多路sja1000 CAN控制器_第3张图片
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。
imx6芯片通过EIM总线外扩多路sja1000 CAN控制器_第4张图片
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。
imx6芯片通过EIM总线外扩多路sja1000 CAN控制器_第5张图片
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。
imx6芯片通过EIM总线外扩多路sja1000 CAN控制器_第6张图片
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。

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