1 前言

CH9434是一款SPI轉四串口轉接芯片，提供四組全雙工的9線異步串口，用于單片機/嵌入式/安卓系統擴展異步串口。提供25路GPIO，以及支持RS485收發控制引腳TNOW。本篇基于STM32MP157處理器平臺，介紹CH9434在嵌入式Linux系統/安卓系統的驅動移植和使用方法。

CH9434相關資料下載鏈接：

CH9434評估板設計原理圖，單片機端操作例程，LINUX驅動及應用例程下載

2 驅動移植流程

2.1 移植準備

1、配置系統SPI設備信息，若支持DTS設備樹可以直接在DTS文件中直接定義此SPI結構體信息，如下所示：

&spi5 {
     pinctrl-names = "default","sleep";
     pinctrl-0 = <&spi5_pins_a>;
     pinctrl-1 = <&spi5_sleep_pins_a>;
     status = "okay";
     cs-gpios = <&gpioz 4 GPIO_ACTIVE_LOW>;
?
     ch9434: ch9434@1 {
     compatible = "wch,ch943x";
     reg = <0>;
     spi-max-frequency = <3000000>;
     interrupt-parent = <&gpiod>;
     interrupts = <8 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;
    };
};

對于不支持DTS設備樹的系統，則需要在board源文件中定義spi0_board_info對象，如下所示：

static struct spi_board_info spi0_board_info[] __initdata = {
    {
        .modalias = "ch943x_spi",
        .platform_data = NULL,
        .max_speed_hz = 3000000,
        .bus_num = 0,
        .chip_select = 0,
        .mode = SPI_MODE_0,
        .controller_data = &spi0_csi[0],
        .irq = IRQ_EINT(8),
    }
};

2、配置IO中斷引腳，確認CH9434芯片INT中斷請求引腳所連接的CPU的IO口編號，此IO需支持中斷功能。此編號可以直接在驅動源碼ch9434.c中直接指定，也可以在如上SPI設備結構體中指定，如步驟1所示。

此外，注意有些平臺上中斷申請方式可能與驅動中默認實現方式不同，此時需修改ch9434.c文件中ch943x_spi_probe的相關代碼

注：默認情況下請不要修改uart時鐘，若確實需修改以支持部分非標波特率，可在ch943x_probe中修改：

freq = 32 *1000000 *15 / clkdiv;

2.2 靜態編譯驅動

（1）將驅動程序拷貝到內核目錄：$kernel_srcdrivers tyserial

（2）向$kernel_srcdrivers tyserialKonfig 中添加：

config SERIAL_CH9434
tristate "SERIAL_CH9434 serial support"
depends on SPI
select SERIAL_CORE
help
    This selects support for ch9434 serial ports.

（3）向$kernel_srcdrivers tyserialMakefile 中添加：

obj-$(CONFIG_SERIAL_CH943X)+= ch9434.o

（4）運行make menuconfig，選擇驅動/tty/serial下的ch9434 serial support，然后保存配置。

（5）重新編譯系統

2.3 動態編譯驅動—方式1

（1）拷貝驅動文件至用于添加驅動的package/kernel目錄下

（2）新建模塊目錄，如：ch9434，然后添加相關的Makefile和Kconfig文件，通常可以從系統已有的其他驅動下拷貝然后修改

（3）運行“make menuconfig”然后選中“ ch9434 serial support”作為“modules”項

（4）單獨編譯模塊，命令為：

make package/kernel/ch9434/compile V=s

2.4 動態編譯驅動—方式2

拷貝驅動文件至宿主機工作目錄，在driver目錄下新增Makefile文件，如下所示：

KERN_DIR = /home/Linux-5.4 
all:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 
    $(CROSS_COMPILE)gcc -o ch9434 ch9434.c 
clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
    rm -rf modules.order
    rm -f ch9434
obj-m += ch9434.o

注意：此方式需系統下提前配置交叉編譯工具鏈，在如上Makefile文件中修改KERN_DIR為已編譯的內核目錄。同時設置環境變量如下：

export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabihf
export PATH=$PATH:/home/xxx/sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin

在driver目錄下直接執行make，成功時可生成ch9434.ko驅動模塊。

3 加載驅動并驗證

3.1 加載驅動

[root@100ask:/mnt/ch9434]# insmod ch9434.ko
[ 477.091787] ch9434: loading out-of-tree module taints kernel.
[ 477.096776] ch9434: module verification failed: signature and/or required key missing - tainting kernel
[ 477.109272] ch9434: SPI driver for spi to serial chip ch9434, etc.
[ 477.114026] ch9434: V1.00 On 2020.06.17
[ 477.123448] ch943x_spi spi0.1: change to SPI MODE 3!

3.2 查看串口節點

進入/dev目錄，可以看到出現ttyWCH0、ttyWCH1、ttyWCH2和ttyWCH3設備節點，表示加載成功。

[root@100ask:/dev]# ls ttyWCH*
ttyWCH0  ttyWCH1  ttyWCH2  ttyWCH3

3.3 驗證SPI通訊

ch943x_probe中會自動調用ch943x_scr_test接口，向4個串口的SPR寄存器分別寫入0x55和0x66并讀取寄存器值，若讀取與寫入的數值相匹配，則SPI接口通訊正常。

static int ch943x_scr_test(struct uart_port *port)
{
	struct ch943x_port *s = dev_get_drvdata(port->dev);

	dev_vdbg(&s->spi_dev->dev,"******Uart %d SPR Test Start******
", port->line);	
    ch943x_port_write(port, CH943X_SPR_REG,0x55);
	ch943x_port_read(port, CH943X_SPR_REG);
	ch943x_port_write(port, CH943X_SPR_REG,0x66);
	ch943x_port_read(port, CH943X_SPR_REG);
	dev_vdbg(&s->spi_dev->dev,"******Uart %d SPR Test End******
", port->line);	
	
	return 0;
}

使用前需在驅動程序中定義宏：

#define DEBUG
#define VERBOSE_DEBUG

以及修改printk內核打印等級：

[root@100ask:~]# echo 8 4 1 7 > /proc/sys/kernel/printk

加載驅動后查看內核打印信息：

[root@100ask:/mnt/ch9434]# insmod ch9434.ko
[ 477.091787] ch9434: loading out-of-tree module taints kernel.
[ 477.096776] ch9434: module verification failed: signature and/or required key missing - tainting kernel
[ 477.109272] ch9434: SPI driver for spi to serial chip ch9434, etc.
[ 477.114026] ch9434: V1.00 On 2020.06.17
[ 477.123448] ch943x_spi spi0.1: change to SPI MODE 3!
[ 477.129197] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x81, val:0x 0
[ 477.135149] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x84, val:0x 0
[ 477.141604] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x 6, val:0x 0
[ 477.148458] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 0 SPR Test Start******
[ 477.154347] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x87, val:0x55
[ 477.160705] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x 7, val:0x55
[ 477.166982] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x87, val:0x66
[ 477.173556] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x 7, val:0x66
[ 477.179305] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 0 SPR Test End******
[ 477.185633] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x91, val:0x 0
[ 477.192274] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x94, val:0x 0
[ 477.198463] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x16, val:0x 0
[ 477.209156] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 1 SPR Test Start******
[ 477.214381] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x97, val:0x55
[ 477.225183] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x17, val:0x55
[ 477.232922] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x97, val:0x66
[ 477.241444] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x17, val:0x66
[ 477.246359] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 1 SPR Test End******
[ 477.252862] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xa1, val:0x 0
[ 477.259188] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xa4, val:0x 0
[ 477.265396] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x26, val:0x 0
[ 477.272512] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 2 SPR Test Start******
[ 477.277949] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xa7, val:0x55
[ 477.284520] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x27, val:0x55
[ 477.290761] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xa7, val:0x66
[ 477.297358] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x27, val:0x66
[ 477.303202] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 2 SPR Test End******
[ 477.309544] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xb1, val:0x 0
[ 477.315969] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xb4, val:0x 0
[ 477.322556] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x36, val:0x 0
[ 477.329200] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 3 SPR Test Start******
[ 477.334860] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xb7, val:0x55
[ 477.341359] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x37, val:0x55
[ 477.347567] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xb7, val:0x66
[ 477.354204] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x37, val:0x66
[ 477.360005] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 3 SPR Test End******
[ 477.366257] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xc8, val:0xcd
[ 477.372805] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x48, val:0xcd
[ 477.382495] ch943x_spi spi0.1: ch943x_probe - devm_request_threaded_irq =84 result:0
[ 477.392463] cpu cpu0: Looking up cpu-supply from device tree

3.4 驗證IO中斷功能

驅動程序處理串口數據的發送，接收以及Modem輸入中斷事件均是在中斷服務函數中進行，因此當SPI接口正常串口功能不正常，需檢查中斷功能是否正常，當執行串口發送時，驅動會自動打開串口發送中斷（IETHRE），芯片的INT引腳會輸出低電平請求CPU中斷。在打開調試開關時，正常情況下可觀察到中斷服務函數運行的打印信息。此外，也可以手動給CPU的IO口拉高/拉低，測試中斷是否能正常應。

4 功能測試

編譯demo目錄下tty_test_ch9434.c得到可執行目標程序app，運行演示：

./app -D /dev/ttyWCH0 -S 115200 -v
//參數含義
-D --device  tty device to use
-S --speed  uart speed
-v --verbose  verbose (show rx buffer)
-f --hardflow  open hardware flowcontrol
-R --rs485  enable rs485 function
-s --savefile  save rx data to file

4.1 串口收發

（1）串口發送數據流程為：應用軟件調用write方法—>驅動接收請求并將數據拷貝至串口circ_buf，打開串口發送空中斷（IER寄存器IETHRE位）->執行中斷服務函數->判斷為發送空中斷時執行ch943x_handle_tx函數，從circ_buf中拷貝數據，通過SPI發送函數，將數據寫入到串口發送FIFO寄存器->發送完成再次觸發空中斷，當circ_buf仍有數據則繼續發送，否則關閉發送空中斷。

（2）串口接收數據流程為：芯片RXD引腳收到串口數據后->執行中斷服務函數->判斷IIR中斷類型為接收數據超時或接收數據可用時執行ch943x_handle_rx函數->讀取FIFO長度，通過SPI讀取函數，從串口接收FIFO寄存器讀取數據并拷貝至串口circ_buf->退出中斷->通過應用層有數據可讀，應用軟件調用read方法讀數據。

串口收發流程圖：

?

通過串口向PC收發數據測試：

串口發送0x00-0xFF/接收0x61-0x64

?

4.2 使用MODEM功能

引腳介紹：

?

編輯

MODEM輸出測試方法： 程序中設置MODEM信號輸出后，可以直接用萬用表測試信號電壓，也可以將9434評估板串口的輸出引腳連接USB轉串口模塊（如CH342）的MODEM輸入引腳，CH342的USB端連接PC；打開串口調試工具，通斷發送端連接，接收端可觀察數據變化。

?

MODEM輸入測試方法：

進入開發板系統，由PC端串口輸出，調試工具中開啟DTR和RTS，CH9434串口輸入：

?

接收端運行應用程序，輸入“g”獲取modem狀態：

[root@100ask:/mnt/ch9434/demo]# ./app -D /dev/ttyWCH0 -S 115200 -v
press s to set modem, z to clear modem, g to get modem,b to send break, w to write, r to read, q for quit.
g
DSR Active!
CTS Active!
press s to set modem, z to clear modem, g to get modem,b to send break, w to write, r to read, q for quit.

4.3 硬件流控

串口流控功能使能是將 MCR寄存器的AFE位置1，CH9434 將自動進行硬件流控。芯片將自動根據 FIFO 大小對流控引腳進行操作。啟用自動流控后，CTS 有效時芯片串口將連續發送數據，CTS 引腳無效時，串口最多發送8 字節數據后停止發送。RTS 在觸發 FIFO 達到設定的流控字節數目后自動失效。

FCR 寄存器的 RECVTG1 和 RECVTG0 位用于設置接收 FIFO 的中斷和硬件流控制的觸發點，00 對應256 個字節，即接收滿256 個字節產生接收數據可用的中斷，并在使能硬件流控制時自動無效 RTS 引腳，01 對應512 個字節，10 對應1024 個字節，11 對應1285 個字節。

PC發送端串口工具設置開啟流控制：

?

接收端運行應用程序：

?

4.4 GPIO測試

CH9434 支持部分引腳復用為 GPIO 功能，最多支持25 路，每個 IO 都可以獨立設置方向、上拉電阻和下拉電阻配置。啟用 GPIO 功能后，將自動失效該 IO 其他復用功能。GPIO 功能在設置時需要注意該 IO 原來功能的模式，設置時需要注意 DIR、PD、PU 等 IO 寄存器的順序防止 IO 出現“抖動”。

GPIO輸出測試：

測試方法：以GPIO0為例，該IO默認復用為CTS0；將該IO配置輸出高/低電平，此時默認功能將失效。 添加代碼：

/* gpio test */
ret = libtty_gpioenable(fd, 0, 1);
	if (ret != 0) {
	printf("libtty_gpioenable error.
");
	exit(0);
}

ret = libtty_gpiopullup(fd, 0, 1);
	if (ret != 0) {
	printf("libtty_gpiopullup error.
");
	exit(0);
}

ret = libtty_gpiodir(fd, 0, 1);
	if (ret != 0) {
	printf("libtty_gpiodir error.
");
	exit(0);
}

ret = libtty_gpioset(fd, 0, 1);
	if (ret != 0) {
	printf("libtty_gpioset error.
");
	exit(0);
}

使用萬用表查看GPIO0輸出電平 輸出低電平：

?

輸出高電平：

?

GPIO輸入測試：

測試方法：以GPIO11為例，配置為輸入模式，gpioval表示IO值，1個字節表示8個IO，將對應IO交替接地和3.3V引腳，運行應用程序查看輸入值。

測試代碼：

ret = libtty_gpioenable(fd, 1, 1);
if (ret != 0) 
    exit(0);

ret = libtty_gpiopullup(fd, 1, 0);
if (ret != 0) 
    exit(0);

ret = libtty_gpiodir(fd, 1, 0);
if (ret != 0) 
    exit(0);

ret = libtty_gpioget(fd, 1, &gpioval);
if (ret != 0) 
    exit(0);
else 
    printf("gpioval = 0x%02x 
", gpioval);

GPIO11即GPIO1_4，輸入高電平時，gpioval應等于11111111B；輸入低電平時，gpioval應等于11110111B 。

測試結果：

GPIO11接地：gpioval = 0xf7

GPIO11接3.3V：gpioval = 0xff

4.5 RS485串口測試

CH9434 串口提供 RS485 切換引腳 TNOW，引腳功能與其他功能復用，當啟用 TNOW 功能后，將自動失效原 MODEM 信號功能。TNOW 還支持極性調節，以適應不同的極性使用場景。

添加代碼：

char rs485 = 1;

ret = libtty_rs485set(fd, rs485);
if (ret != 0) {
	printf("libtty_rs485set %s error.
", rs485 ? "enable": "disable");
	exit(0);
}

測試方法： 連接CH9434評估板P2和P4（參照原理圖），使用RS485傳輸；連接串口0和串口1對應的RS485引腳（P9和P15），串口0發送0x00~0x0FF，串口1接收顯示：

?

?

審核編輯：湯梓紅