?在安卓/Linux主機(jī)上經(jīng)常會(huì)遇到CPU原生SPI/I2C/GPIO Master資源通道不夠或者功性能不滿足實(shí)際產(chǎn)品需求的情況,基于USB2.0高速USB轉(zhuǎn)接芯片CH347,配合廠商提供的USB轉(zhuǎn)MPSI(Multi Peripheral Serial Line)Master總線驅(qū)動(dòng)(CH34X-MSPI-Master)可輕松實(shí)現(xiàn)為系統(tǒng)擴(kuò)展SPI和I2C總線、GPIO Expander、中斷信號(hào)等。
該驅(qū)動(dòng)軟件正常工作后,會(huì)在系統(tǒng)下創(chuàng)建新的SPI和I2C Master,擁有獨(dú)立的bus num,原SPI和I2C器件的設(shè)備驅(qū)動(dòng)可直接掛載到該總線上,無需任何修改。驅(qū)動(dòng)會(huì)同時(shí)創(chuàng)建GPIO相關(guān)資源,各GPIO可通過sysfs文件系統(tǒng)或應(yīng)用層軟件直接訪問,也可以由其他設(shè)備驅(qū)動(dòng)申請(qǐng)?jiān)揋PIO的訪問權(quán)以及申請(qǐng)GPIO對(duì)應(yīng)中斷號(hào)并注冊(cè)中斷服務(wù)程序。
應(yīng)用框圖:
CH347是一款高速USB總線轉(zhuǎn)接芯片,通過USB總線提供異步串口、I2C同步串行接口、SPI同步串行接口和JTAG接口等。本方案僅使用到CH347的高速SPI、I2C串行總線,以及GPIO功能,使用串口功能需要單獨(dú)使用CH343SER串口驅(qū)動(dòng),使用JTAG功能或SPI和I2C的非總線模式應(yīng)用可使用CH341PAR多功能USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)。
驅(qū)動(dòng)特點(diǎn):
1、支持CH347與CH341總線轉(zhuǎn)接芯片;
2、支持SPI、I2C、GPIO、IRQ等接口和功能擴(kuò)展;
3、支持SPI、I2C的bus總線號(hào)、GPIO編號(hào)、IRQ中斷號(hào)的動(dòng)態(tài)分配以及靜態(tài)指定;
4、支持自動(dòng)綁定spi通用設(shè)備驅(qū)動(dòng),創(chuàng)建/dev/spidev*;
驅(qū)動(dòng)概述
該Master驅(qū)動(dòng)支持在Linux/安卓主機(jī)上,使用USB轉(zhuǎn)串口/JTAG/SPI/I2C/GPIO轉(zhuǎn)換芯片CH347,和USB轉(zhuǎn)串口/SPI/I2C/GPIO轉(zhuǎn)換芯片CH341。
驅(qū)動(dòng)僅支持SPI/I2C/GPIO接口,該文檔主要介紹CH347芯片的相關(guān)特性。
CH347 SPI接口
PIN腳 | SPI功能腳 | GPIO復(fù)用腳 |
---|---|---|
5 | SCS0 | gpio2 |
9 | SCS1 | gpio5 |
6 | SCK | gpio0 |
8 | MOSI | - |
7 | MISO | gpio1 |
SPI接口特性:
SPI模式0/1/2/3
SPI時(shí)鐘頻率60MHz/30MHz/15MHz/7.5MHz/3.75MHz/1.875MHz/937.5KHz/468.75KHz
MSB/LSB傳輸
8位/16位傳輸
2路片選
片選高/低有效
CH347 I2C接口
PIN腳 | I2C功能腳 | GPIO復(fù)用腳 |
---|---|---|
11 | SCL | gpio3 |
12 | SDA | - |
CH347支持4種I2C時(shí)鐘:20kHz,100kHz,400kHz和750kHz。該驅(qū)動(dòng)會(huì)默認(rèn)將I2C的時(shí)鐘初始化為100KHz,當(dāng)前不支持動(dòng)態(tài)修改該時(shí)鐘頻率,若需要修改可以在ch34x_mpsi_i2c_init函數(shù)中修改。
在Linux上增加對(duì)器件的驅(qū)動(dòng)支持十分方便,只需要將該器件的設(shè)備驅(qū)動(dòng)綁定到此Master驅(qū)動(dòng)生成的總線下即可。舉例:
modprobe bmi160_i2c
echo "bmi160 0x68" > /sys/bus/i2c/devices/i2c-$DEV/new_device
或
modprobe tcs3472
echo "tcs3472 0x29" > /sys/bus/i2c/devices/i2c-$DEV/new_device
驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建的I2C設(shè)備文件在/sys/bus/i2c/devices/i2c-$DEV/ 目錄下
CH347 GPIO接口
PIN腳 | GPIO復(fù)用腳 |
---|---|
15 | gpio4 |
2 | gpio6 |
13 | gpio7 |
CH347的硬件接口支持GPIO0~GPIO7,考慮到部分引腳被SPI和I2C的接口占用了,此驅(qū)動(dòng)僅開放支持了GPIO4,GPIO6和GPIO7。
驅(qū)動(dòng)操作說明
- 使用“make”或者其他方式編譯此驅(qū)動(dòng),如果動(dòng)態(tài)編譯成功會(huì)生成“ch34x_mpsi_master.ko”驅(qū)動(dòng)模塊
- 使用“sudo make load”或“sudo insmod ch34x_mpsi_master.ko”動(dòng)態(tài)加載驅(qū)動(dòng),使用此方式加載SPI總線號(hào)和GPIO起始序號(hào)會(huì)自動(dòng)分配,也可以通過增加參數(shù)進(jìn)行指定。
- 如:“sudo insmod ch34x_mpsi_master.ko spi_bus_num=3 gpio_base_num=60”
- 使用“sudo make unload”或“sudo rmmod ch34x_mpsi_master.ko”卸載驅(qū)動(dòng)
- 使用“sudo make install”將驅(qū)動(dòng)開機(jī)自動(dòng)工作
- 使用“sudo make uninstall”卸載該驅(qū)動(dòng)
使用此驅(qū)動(dòng),需要確認(rèn)CH347/CH341已經(jīng)插入主機(jī)并且工作正常,可以使用“l(fā)susb”或“dmesg”指令來確定,CH347/CH341的廠商VID是0x1A86。
如果芯片工作正常,可以使用“l(fā)s /sys/class/master”,“l(fā)s /sys/class/gpio”指令確認(rèn)設(shè)備節(jié)點(diǎn)路徑。
用戶空間訪問
使用SPI接口
一旦驅(qū)動(dòng)加載成功,默認(rèn)會(huì)提供2個(gè)關(guān)聯(lián)到這個(gè)新的SPI Bus的SPI Slave設(shè)備,以CH347為例:
/dev/spidev0.0
/dev/spidev0.1
根據(jù)設(shè)備名稱規(guī)則 /dev/spidev.,是驅(qū)動(dòng)自動(dòng)選擇的總線號(hào), 是芯片指定引腳的片選信號(hào)。
自linux內(nèi)核5.15開始綁定到spidev驅(qū)動(dòng)需要主動(dòng)bind使/dev目錄下設(shè)備可用,如bus 0下slave 1:
# echo spidev > /sys/class/spi_master/spi0/spi0.1/driver_override
# echo spi0.1 > /sys/bus/spi/drivers/spidev/bind
對(duì)所有ch34x_mpsi_master驅(qū)動(dòng)管理的設(shè)備:
# for i in /sys/bus/usb/drivers/mpsi-ch34x/*/spi_master/spi*/spi*.*; do echo spidev > $i/driver_override; echo $(basename $i) > /sys/bus/spi/drivers/spidev/bind; done
標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)如 open, ioctl 和close 可以直接和該spi slave進(jìn)行通訊,打開SPI設(shè)備:
int spi = open("/dev/spidev0.0", O_RDWR));
設(shè)備打開成功后,可以使用 ioctl函數(shù)修改SPI配置和傳輸數(shù)據(jù)等。
uint8_t mode = SPI_MODE_0;
uint8_t lsb = SPI_LSB_FIRST;
...
ioctl(spi, SPI_IOC_WR_MODE, &mode);
ioctl(spi, SPI_IOC_WR_LSB_FIRST, &lsb);
函數(shù) ioctl傳輸數(shù)據(jù)示例:
uint8_t *mosi; // output data
uint8_t *miso; // input data
...
// fill mosi with output data
...
struct spi_ioc_transfer spi_trans;
memset(&spi_trans, 0, sizeof(spi_trans));
?
spi_trans.tx_buf = (unsigned long) mosi;
spi_trans.rx_buf = (unsigned long) miso;
spi_trans.len = len;
?
int status = ioctl (spi, SPI_IOC_MESSAGE(1), &spi_trans);
?
// use input data in miso
掛載SPI NOR FLASH作為MTD存儲(chǔ)設(shè)備
舉例:flash器件掛載到bus 0 chip 0(spi0.0)
# echo spi0.0 > /sys/bus/spi/drivers/spidev/unbind
# echo spi-nor > /sys/bus/spi/devices/spi0.0/driver_override
# echo spi0.0 > /sys/bus/spi/drivers/spi-nor/bind
注:為方便用戶使用,該驅(qū)動(dòng)默認(rèn)會(huì)創(chuàng)建spidev設(shè)備,用戶可以使用上面的命令主動(dòng)解綁與spidev的綁定,或者undefine在ch34x_mpsi_master_spi.c文件中的“SPIDEV”宏定義。
使用GPIO接口
用戶空間方位GPIO,可以使用sysfs,對(duì)驅(qū)動(dòng)支持的GPIO,可在如下系統(tǒng)目錄下查看。
/sys/class/gpio/
是定義在驅(qū)動(dòng)變量 ch347_board_config中的GPIO名稱 ,目錄包含
- value 文件用于配置或讀取GPIO電平
- edge文件用于配置GPIO中斷使能以及中斷類型
- direction文件用于改變支持雙向GPIO的引腳方向
注:對(duì)文件的讀寫操作,用戶需要指定的讀寫權(quán)限。
當(dāng)前支持的中斷類型包括:
- rising 上升沿中斷
- falling 下降沿中斷
- both 雙邊沿中斷
打開GPIO
使用GPIO前,需要先打開value文件
int fd;
?
if ((fd = open("/sys/class/gpio/value", O_RDWR)) == -1)
{
perror("open");
return -1;
}
是GPIO的名稱
設(shè)置GPIO方向
配置GPIO方向?yàn)閕nput或output,可在root權(quán)限下簡單地寫入in或out字符串到direction文件。
echo out > /sys/class/gpio/gpio4/direction
設(shè)置GPIO輸出
文件value打開后,可使用標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)進(jìn)行讀寫,配置GPIO輸出電平,可簡單使用write函數(shù),寫入后GPIO會(huì)立刻輸出指定電平。
if (write(fd, value ? "1" : "0", 1) == -1)
{
perror ("write");
return -1;
}
讀取GPIO電平
讀取GPIO電平,可簡單使用read函數(shù):
char buf;
?
if (read(fd, &buf, 1) == -1)
{
perror("read");
return -1;
}
?
value = (buf == '0') ? 0 : 1;
每一次讀操作后,需要將文件位置指針需要重新定位到首字節(jié)。
if (lseek(fd, 0, SEEK_SET) == -1) {
perror("lseek");
return -1;
}
使用GPIO中斷
完整的使用GPIO中斷功能的驅(qū)動(dòng)例程:
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
?
#define GPIO_NUMBER 509 /* modify with actual gpio number */
?
static irqreturn_t gpio_interrupt(int irq, void *dev_id)
{
printk("gpio_interrupt callback.n");
?
return IRQ_HANDLED;
}
?
static int __init ch34x_gpio_init(void)
{
unsigned long flags = IRQF_TRIGGER_FALLING;
int ret;
int irq;
?
irq = gpio_to_irq(GPIO_NUMBER);
printk("irq: %dn", irq);
ret = gpio_request(GPIO_NUMBER, "gpioint");
if (ret) {
printk("gpio_request failed.n");
goto exit;
}
ret = gpio_direction_input(GPIO_NUMBER);
if (ret) {
printk("gpio_direction_input failed.n");
gpio_free(GPIO_NUMBER);
goto exit;
}
irq_set_irq_type(irq, flags);
ret = request_irq(irq, gpio_interrupt, 0, "gpio_handler", NULL);
printk("%s - request_irq = %d result = %dn", __func__, irq, ret);
?
exit:
return ret;
}
?
static void __exit ch34x_gpio_exit(void)
{
int irq;
?
irq = gpio_to_irq(GPIO_NUMBER);
free_irq(irq, NULL);
gpio_free(GPIO_NUMBER);
printk("gpio driver exit.n");
}
?
module_init(ch34x_gpio_init);
module_exit(ch34x_gpio_exit);
?
MODULE_LICENSE("GPL");
?
注:該驅(qū)動(dòng)默認(rèn)會(huì)創(chuàng)建gpio設(shè)備,若需要在內(nèi)核中使用中斷功能,需要undefine在ch34x_mpsi_master_gpio.c中定義的“SYSFS_GPIO”宏。
CH341支持3種工作模式
模式0: [串口]
模式1: [SPI+ I2C + GPIO]
模式2: [打印口]
CH347支持4種模式
模式0: [串口* 2] VCP/CDC 驅(qū)動(dòng)模式
模式1: [SPI + I2C + 串口* 1] VCP 驅(qū)動(dòng)模式
模式2: [SPI + I2C + 串口* 1] HID 驅(qū)動(dòng)模式
模式3: [JTAG + 串口* 1] VCP 驅(qū)動(dòng)模式
該驅(qū)動(dòng)只可工作在 ch341 模式1 或 ch347 模式1
有技術(shù)問題,可以發(fā)郵件至技術(shù)郵箱: tech@wch.cn
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