Linux SPI驱动实验编写和测试步骤-基于正点原子IMX6ULL开发板
1 原理图分析
I.MX6U-ALPHA 开发板上有一个 ICM-20608 这个 SPI 接口的六轴传感器，连接在SOC的ECSPI3接口上。
2实验程序编写
2.1修改设备树
1、添加 ICM20608 所使用的 IO
首先在 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中添加 ICM20608 所使用的 IO 信息，在 iomuxc 节点中添加一个新的子节点来描述 ICM20608 所使用的 SPI 引脚，子节点名字为 pinctrl_ecspi3，节点内容如下所示：
pinctrl_ecspi3: ecspi3grp{
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_UART2_TX_DATA__GPIO1_IO20 0x10b0 //片选信号
MX6UL_PAD_UART2_RX_DATA__ECSPI3_SCLK 0x10b1 //CLK信号
MX6UL_PAD_UART2_CTS_B__ECSPI3_MOSI 0x10b1 //MOSI信号
MX6UL_PAD_UART2_RTS_B__ECSPI3_MISO 0x10b1 //MISO信号
>;
};
UART2_TX_DATA 这个 IO 是 ICM20608 的片选信号，这里我们并没有将其复用为 ECSPI3 的 SS0 信号，而是将其复用为了普通的 GPIO。因为我们需要自己控制片选信号，所以将其复用为普通的 GPIO。
2、在 ecspi3 节点追加 icm20608 子节点
在 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中并没有任何向 ecspi3 节点追加内容的代码，这是因为NXP 官方的 6ULL EVK 开发板上没有连接 SPI 设备。在 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件最后面加入如下所示内容：
&ecspi3{
fsl,spi-num-chipselects = <1>; /* 一个片选 */
cs-gpios = <&gpio1 20 GPIO_ACTIVE_LOW>; /* 片选引脚，软件片选 */
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_ecspi3>;//设置 IO 要使用的 pinctrl 子节点
status = "okay";
/* 对应的icm20608子节点 */
spidev0: icm20608@0 {/* @后面的0表示icm20608连接到 ECSPI3 的第 0 个通道上*/
reg = <0>;//表示icm20608连接到 ECSPI3 的第 0 个通道上
compatible = "alientek,icm20608";//兼容属性
spi-max-frequency = <8000000>;/* SPI时钟频率8MHZ */
};
};
imx6ull-alientek-emmc.dts 文件修改完成以后重新编译一下，得到新的 dtb 文件，并使用新的 dtb 启动 Linux 系统
2.2 编写 ICM20608 驱动
新建工程，在工程里面创建icm20608.c和icm20608.h两个文件，icm20608.c 为 ICM20608的驱动代码，icm20608reg.h 是 ICM20608 寄存器头文件。
2.2.1 icm20608reg.h寄存器头文件
icm20608寄存器头文件icm20608reg.h内容如下
#ifndef __BSP_ICM20608_H
#define __BSP_ICM20608_H
/*ID值*/
#define ICM20608G_ID (0xAF)
#define ICM20608D_ID (0xAE)
/* 定义寄存器 */
/* ICM20608寄存器
*复位后所有寄存器地址都为0，除了
*Register 107(0X6B) Power Management 1 = 0x40
*Register 117(0X75) WHO_AM_I = 0xAF或0xAE
*/
/* 陀螺仪和加速度自测(出产时设置，用于与用户的自检输出值比较） */
#define ICM20_SELF_TEST_X_GYRO 0x00
#define ICM20_SELF_TEST_Y_GYRO 0x01
#define ICM20_SELF_TEST_Z_GYRO 0x02
#define ICM20_SELF_TEST_X_ACCEL 0x0D
#define ICM20_SELF_TEST_Y_ACCEL 0x0E
#define ICM20_SELF_TEST_Z_ACCEL 0x0F
/* 陀螺仪静态偏移 */
#define ICM20_XG_OFFS_USRH 0x13
#define ICM20_XG_OFFS_USRL 0x14
#define ICM20_YG_OFFS_USRH 0x15
#define ICM20_YG_OFFS_USRL 0x16
#define ICM20_ZG_OFFS_USRH 0x17
#define ICM20_ZG_OFFS_USRL 0x18
#define ICM20_SMPLRT_DIV 0x19
#define ICM20_CONFIG 0x1A
#define ICM20_GYRO_CONFIG 0x1B
#define ICM20_ACCEL_CONFIG 0x1C
#define ICM20_ACCEL_CONFIG2 0x1D
#define ICM20_LP_MODE_CFG 0x1E
#define ICM20_ACCEL_WOM_THR 0x1F
#define ICM20_FIFO_EN 0x23
#define ICM20_FSYNC_INT 0x36
#define ICM20_INT_PIN_CFG 0x37
#define ICM20_INT_ENABLE 0x38
#define ICM20_INT_STATUS 0x3A
/* 加速度输出 */
#define ICM20_ACCEL_XOUT_H 0x3B
#define ICM20_ACCEL_XOUT_L 0x3C
#define ICM20_ACCEL_YOUT_H 0x3D
#define ICM20_ACCEL_YOUT_L 0x3E
#define ICM20_ACCEL_ZOUT_H 0x3F
#define ICM20_ACCEL_ZOUT_L 0x40
/* 温度输出 */
#define ICM20_TEMP_OUT_H 0x41
#define ICM20_TEMP_OUT_L 0x42
/* 陀螺仪输出 */
#define ICM20_GYRO_XOUT_H 0x43
#define ICM20_GYRO_XOUT_L 0x44
#define ICM20_GYRO_YOUT_H 0x45
#define ICM20_GYRO_YOUT_L 0x46
#define ICM20_GYRO_ZOUT_H 0x47
#define ICM20_GYRO_ZOUT_L 0x48
#define ICM20_SIGNAL_PATH_RESET 0x68
#define ICM20_ACCEL_INTEL_CTRL 0x69
#define ICM20_USER_CTRL 0x6A
#define ICM20_PWR_MGMT_1 0x6B
#define ICM20_PWR_MGMT_2 0x6C
#define ICM20_FIFO_COUNTH 0x72
#define ICM20_FIFO_COUNTL 0x73
#define ICM20_FIFO_R_W 0x74
#define ICM20_WHO_AM_I 0x75
/* 加速度静态偏移 */
#define ICM20_XA_OFFSET_H 0x77
#define ICM20_XA_OFFSET_L 0x78
#define ICM20_YA_OFFSET_H 0x7A
#define ICM20_YA_OFFSET_L 0x7B
#define ICM20_ZA_OFFSET_H 0x7D
#define ICM20_ZA_OFFSET_L 0x7E
#endif
2.2.2 包含头文件
头文件内容如下，注意包含
#include 2.2.3 创建ICM20608结构体
对于 SPI 设备驱动来讲最核心的就是 spi_device。probe 函数会向驱动提供当前 SPI 设备对应的spi_device，因此在 probe 函数中设置 private_data 为 probe 函数传递进来的 spi_device 参数。
#define ICM20608_CNT 1
#define ICM20608_NAME "icm20608"
/* 设备结构体 */
struct icm20608_dev
{
int major;
int minor;
dev_t devid;
struct cdev cdev;
struct class *class;
struct device *device;
void *private_data;
int cs_gpio;
struct device_node *nd;
signed int gyro_x_adc; /* 陀螺仪X轴原始值 */
signed int gyro_y_adc; /* 陀螺仪Y轴原始值 */
signed int gyro_z_adc; /* 陀螺仪Z轴原始值 */
signed int accel_x_adc; /* 加速度计X轴原始值 */
signed int accel_y_adc; /* 加速度计Y轴原始值 */
signed int accel_z_adc; /* 加速度计Z轴原始值 */
signed int temp_adc; /* 温度原始值 */
};
static struct icm20608_dev icm20608dev;
2.2.4 icm20608 的 spi_driver 注册与注销
static int icm20608_probe(struct spi_device *spi)
{
int ret = 0;
return ret;
}
static int icm20608_remove(struct spi_device *spi)
{
return 0;
}
/* 传统匹配方式 ID 列表 */
struct spi_device_id icm20608_id[] = {
{"alientek,icm20608", 0},
{}
};
/* 设备树匹配列表 */
static const struct of_device_id icm20608_of_match[] = {
{
.compatible = "alientek,icm20608",
},
{}
};
/* SPI 驱动结构体 */
struct spi_driver icm20608_driver = {
.probe = icm20608_probe,//当 icm20608 设备和此驱动匹配成功以后此函数就会执行
.remove = icm20608_remove,
.driver = {
.name = "icm20608",
.owner = THIS_MODULE,
.of_match_table = icm20608_of_match,
},
.id_table = icm20608_id,
};
/*驱动入口函数*/
static int __init icm20608_init(void)
{
int ret = 0;
ret = spi_register_driver(&icm20608_driver);
return ret;
}
/*驱动出口函数*/
static void __exit icm20608_exit(void)
{
spi_unregister_driver(&icm20608_driver);
}
module_init(icm20608_init);
module_exit(icm20608_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("supersmart");
2.2.5 完成probe&remove 函数
icm20608_driver 中的 probe 和 remove 函数内容如下所示：
/*
* @description : spi 驱动的 probe 函数，当驱动与设备匹配以后此函数就会执行
* @param - spi : spi 设备
*/
static int icm20608_probe(struct spi_device *spi)
{
int ret = 0;
printk("icm20608_probe\r\n");
/* 搭建字符设备驱动框架，在/dev/下 */
/* 2，注册字符设备 */
icm20608dev.major = 0; /* 由系统分配主设备号 */
if (icm20608dev.major)
{ /* 给定主设备号 */
icm20608dev.devid = MKDEV(icm20608dev.major, 0);
ret = register_chrdev_region(icm20608dev.devid, ICM20608_CNT, ICM20608_NAME);
}
else
{ /* 没有给定主设备号 */
ret = alloc_chrdev_region(&icm20608dev.devid, 0, ICM20608_CNT, ICM20608_NAME);
icm20608dev.major = MAJOR(icm20608dev.devid);
icm20608dev.minor = MINOR(icm20608dev.devid);
}
if (ret < 0)
{
printk("icm20608 chrdev_region err!\r\n");
goto fail_devid;
}
printk("icm20608 major=%d, minor=%d\r\n", icm20608dev.major, icm20608dev.minor);
/* 3,注册字符设备 */
icm20608dev.cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&icm20608dev.cdev, &icm20608_fops);
ret = cdev_add(&icm20608dev.cdev, icm20608dev.devid, ICM20608_CNT);
if (ret < 0)
{
goto fail_cdev;
}
/* 4,自动创建设备节点 */
icm20608dev.class = class_create(THIS_MODULE, ICM20608_NAME);
if (IS_ERR(icm20608dev.class))
{
ret = PTR_ERR(icm20608dev.class);
goto fail_class;
}
icm20608dev.device = device_create(icm20608dev.class, NULL,
icm20608dev.devid, NULL, ICM20608_NAME);
if (IS_ERR(icm20608dev.device))
{
ret = PTR_ERR(icm20608dev.device);
goto fail_device;
}
#if 0
/* 获取片选引脚 */
icm20608dev.nd = of_get_parent(spi->dev.of_node);
icm20608dev.cs_gpio = of_get_named_gpio(icm20608dev.nd, "cs-gpio", 0);
if (icm20608dev.cs_gpio < 0)
{
printk("can't get cs-gpio\r\n");
goto fail_gpio;
}
ret = gpio_request(icm20608dev.cs_gpio, "cs");
if (ret < 0)
{
printk("cs_gpio request failed!\r\n");
}
ret = gpio_direction_output(icm20608dev.cs_gpio, 1); /* 默认高电平 */
#endif
/* 初始化spi_device */
spi->mode = SPI_MODE_0;
spi_setup(spi);
/* 设置icm20608dev的私有数据为spi */
icm20608dev.private_data = spi;
/* 初始化icm20608 寄存器 */
icm20608_reginit(&icm20608dev);
return 0;
fail_gpio:
fail_device:
class_destroy(icm20608dev.class);
fail_class:
cdev_del(&icm20608dev.cdev);
fail_cdev:
unregister_chrdev_region(icm20608dev.devid, ICM20608_CNT);
fail_devid:
return ret;
}
/*
* @description : i2c 驱动的 remove 函数，移除 i2c 驱动的时候此函数会执行
* @param - spi : spi 设备
*/
static int icm20608_remove(struct spi_device *spi)
{
/* 1,删除字符设备 */
cdev_del(&icm20608dev.cdev);
/* 2,注销设备号 */
unregister_chrdev_region(icm20608dev.devid, ICM20608_CNT);
/* 3,摧毁设备 */
device_destroy(icm20608dev.class, icm20608dev.devid);
/* 4,摧毁类 */
class_destroy(icm20608dev.class);
/*5.释放片选IO */
gpio_free(icm20608dev.cs_gpio);
return 0;
}
2.2.6 icm20608 寄存器读写与初始化
SPI 驱动最终是通过读写 icm20608 的寄存器来实现的，因此需要编写相应的寄存器读写函数，并且使用这些读写函数来完成对 icm20608 的初始化。icm20608 的寄存器读写以及初始化代码如下：
/* SPI读寄存器 */
static int icm20608_read_regs(struct icm20608_dev *dev, u8 reg, void *buf, int len)
{
u8 data = 0;
struct spi_device *spi = (struct spi_device *)dev->private_data;
//gpio_set_value(dev->cs_gpio, 0); /* 片选拉低 */
data = reg | 0x80;
spi_write_then_read(spi, &data, 1, buf, len);
// spi_write(spi, &data, 1); /* 发送要读取的寄存器地址 */
// spi_read(spi, buf, len); /*读取数据*/
//gpio_set_value(dev->cs_gpio, 1); /* 拉高片选 */
return 0;
}
/* SPI写寄存器 */
static int icm20608_write_regs(struct icm20608_dev *dev, u8 reg, u8 *buf, int len)
{
u8 data = 0;
u8 *txdata;
struct spi_device *spi = (struct spi_device *)dev->private_data;
txdata = kzalloc(len + 1, GFP_KERNEL);
//gpio_set_value(dev->cs_gpio, 0); /* 片选拉低 */
txdata[0] = reg & ~0x80; /* 要写的寄存器地址 */
memcpy(&txdata[1], buf, len); /* 要发送的数据拷贝到txdata里面 */
spi_write(spi, txdata, len + 1); /* 发送要写的寄存器地址 */
// spi_write(spi, &data, 1); /* 发送要写的寄存器地址 */
// spi_write(spi, buf, len); /* 发送要写的寄存器地址 */
kfree(txdata);
//gpio_set_value(dev->cs_gpio, 1); /* 拉高片选 */
return 0;
}
/*ICM20608读取单个寄存器 */
static unsigned char icm20608_read_onereg(struct icm20608_dev *dev, u8 reg)
{
u8 data = 0;
icm20608_read_regs(dev, reg, &data, 1);
return data;
}
/*ICM20608写一个寄存器 */
static void icm20608_write_onereg(struct icm20608_dev *dev, u8 reg, u8 value)
{
u8 buf = value;
icm20608_write_regs(dev, reg, &buf, 1);
}
/*
* @description : 读取ICM20608的数据，读取原始数据，包括三轴陀螺仪、
* : 三轴加速度计和内部温度。
* @param - dev : ICM20608设备
* @return : 无。
*/
void icm20608_readdata(struct icm20608_dev *dev)
{
unsigned char data[14];
icm20608_read_regs(dev, ICM20_ACCEL_XOUT_H, data, 14);
dev->accel_x_adc = (signed short)((data[0] << 8) | data[1]);
dev->accel_y_adc = (signed short)((data[2] << 8) | data[3]);
dev->accel_z_adc = (signed short)((data[4] << 8) | data[5]);
dev->temp_adc = (signed short)((data[6] << 8) | data[7]);
dev->gyro_x_adc = (signed short)((data[8] << 8) | data[9]);
dev->gyro_y_adc = (signed short)((data[10] << 8) | data[11]);
dev->gyro_z_adc = (signed short)((data[12] << 8) | data[13]);
}
/* ICM20608初始化 */
void icm20608_reginit(struct icm20608_dev *dev)
{
u8 value = 0;
icm20608_write_onereg(dev, ICM20_PWR_MGMT_1, 0x80); /* 复位，复位后为0x40,睡眠模式 */
mdelay(50);
icm20608_write_onereg(dev, ICM20_PWR_MGMT_1, 0x01); /* 关闭睡眠，自动选择时钟 */
mdelay(50);
value = icm20608_read_onereg(dev, ICM20_WHO_AM_I);
printk("ICM20608 ID=%#X\r\n", value);
value = icm20608_read_onereg(dev, ICM20_PWR_MGMT_1);
printk("ICM20_PWR_MGMT_1=%#X\r\n", value);
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_SMPLRT_DIV, 0x00); /* 输出速率是内部采样率 */
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_GYRO_CONFIG, 0x18); /* 陀螺仪±2000dps量程 */
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_ACCEL_CONFIG, 0x18); /* 加速度计±16G量程 */
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_CONFIG, 0x04); /* 陀螺仪低通滤波BW=20Hz */
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_ACCEL_CONFIG2, 0x04); /* 加速度计低通滤波BW=21.2Hz */
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_PWR_MGMT_2, 0x00); /* 打开加速度计和陀螺仪所有轴 */
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_LP_MODE_CFG, 0x00); /* 关闭低功耗 */
icm20608_write_onereg(&icm20608dev, ICM20_FIFO_EN, 0x00); /* 关闭FIFO */
}
2.2.7 完成字符设备驱动框架
static int icm20608_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
filp->private_data = &icm20608dev; /* 设置私有数据 */
return 0;
}
ssize_t icm20608_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *off)
{
signed int data[7];
long err = 0;
struct icm20608_dev *dev = (struct icm20608_dev *)filp->private_data;
icm20608_readdata(dev);
data[0] = dev->gyro_x_adc;
data[1] = dev->gyro_y_adc;
data[2] = dev->gyro_z_adc;
data[3] = dev->accel_x_adc;
data[4] = dev->accel_y_adc;
data[5] = dev->accel_z_adc;
data[6] = dev->temp_adc;
err = copy_to_user(buf, data, sizeof(data));
return 0;
}
static int icm20608_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}
static const struct file_operations icm20608_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = icm20608_open,
.read = icm20608_read,
.release = icm20608_release,
};
2.2.8 全部代码查看
#include 2.3 应用测试程序编写
新建 icm20608APP.c 文件，然后在里面输入如下所示内容：
#include
* ./icm20608APP /dev/icm20608
*/
/*
* @description : main主程序
* @param - argc : argv数组元素个数
* @param - argv : 具体参数
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
char *filename;
signed int databuf[7];
unsigned char data[14];
signed int gyro_x_adc, gyro_y_adc, gyro_z_adc;
signed int accel_x_adc, accel_y_adc, accel_z_adc;
signed int temp_adc;
float gyro_x_act, gyro_y_act, gyro_z_act;
float accel_x_act, accel_y_act, accel_z_act;
float temp_act;
int ret = 0;
if (argc != 2) {
printf("Error Usage!\r\n");
return -1;
}
filename = argv[1];
fd = open(filename, O_RDWR);
if(fd < 0) {
printf("can't open file %s\r\n", filename);
return -1;
}
while (1) {
ret = read(fd, databuf, sizeof(databuf));
if(ret == 0) { /* 数据读取成功 */
gyro_x_adc = databuf[0];
gyro_y_adc = databuf[1];
gyro_z_adc = databuf[2];
accel_x_adc = databuf[3];
accel_y_adc = databuf[4];
accel_z_adc = databuf[5];
temp_adc = databuf[6];
/* 计算实际值 */
gyro_x_act = (float)(gyro_x_adc) / 16.4;
gyro_y_act = (float)(gyro_y_adc) / 16.4;
gyro_z_act = (float)(gyro_z_adc) / 16.4;
accel_x_act = (float)(accel_x_adc) / 2048;
accel_y_act = (float)(accel_y_adc) / 2048;
accel_z_act = (float)(accel_z_adc) / 2048;
temp_act = ((float)(temp_adc) - 25 ) / 326.8 + 25;
printf("\r\n原始值:\r\n");
printf("gx = %d, gy = %d, gz = %d\r\n", gyro_x_adc, gyro_y_adc, gyro_z_adc);
printf("ax = %d, ay = %d, az = %d\r\n", accel_x_adc, accel_y_adc, accel_z_adc);
printf("temp = %d\r\n", temp_adc);
printf("实际值:");
printf("act gx = %.2f°/S, act gy = %.2f°/S, act gz = %.2f°/S\r\n", gyro_x_act, gyro_y_act, gyro_z_act);
printf("act ax = %.2fg, act ay = %.2fg, act az = %.2fg\r\n", accel_x_act, accel_y_act, accel_z_act);
printf("act temp = %.2f°C\r\n", temp_act);
}
usleep(100000); /*100ms */
}
close(fd); /* 关闭文件 */
return 0;
}
3 运行测试
3.1编译驱动程序和测试APP
略
3.2运行测试
将上一小节编译出来 icm20608.ko 和 icm20608App 这 两 个 文 件 拷 贝 到rootfs/lib/modules/4.1.15 目录中，重启开发板，进入到目录 lib/modules/4.1.15 中。加载驱动并测试
晃动旋转开发板，看到陀螺仪和加速度计的值改变
