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SPI驱动测试 ​

本章介绍SPI驱动的编译、模块加载、功能测试方法以及常见问题的解决方案。

编译SPI驱动 ​

1. 内核源码树编译 ​

如果SPI驱动是内核源码的一部分，可以通过以下步骤编译：

bash
# 进入内核源码目录
cd /usr/src/linux

# 配置内核，确保SPI支持和相关驱动选项被启用
make menuconfig

# 启用SPI支持
Device Drivers  --->
    [*] SPI support  --->
        <*>   SPI device interface
        [*]   Enhanced SPI debugging messages

# 启用SPI设备驱动
Device Drivers  --->
    [*] SPI support  --->
        <*>   SPI Hardware Bus support  --->
            <*>   <Your SPI Bus Driver>
        <*>   SPI Protocol Masters  --->
            <*>   <Your SPI Protocol Driver>

# 编译内核和模块
make -j$(nproc)

# 安装内核和模块
make modules_install
make install

2. 独立模块编译 ​

如果SPI驱动是独立开发的，可以使用Makefile进行编译：

makefile
obj-m += spi_driver.o

KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)

default:
	$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules

clean:
	$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean

编译命令：

bash
make

加载SPI驱动 ​

1. 加载驱动模块 ​

bash
# 加载SPI核心模块
modprobe spi-core

# 加载SPI设备接口模块
modprobe spi-dev

# 加载SPI总线驱动模块
modprobe spi-<bus-type>

# 加载SPI设备驱动模块
insmod spi_driver.ko

# 查看模块是否加载成功
lsmod | grep spi

2. 自动加载驱动 ​

可以通过以下方式实现驱动的自动加载：

  1. 添加到模块依赖文件：
    bash

echo "spi_driver" >> /etc/modules


2. **使用设备树（适用于嵌入式系统）**：
   在设备树中添加SPI设备节点：
   ```dts
   &spi1 {
       status = "okay";
       
       my_spi_device@0 {
           compatible = "my,vendor,spi-device";
           reg = <0>;
           spi-max-frequency = <10000000>;
           spi-cpol;
           spi-cpha;
       };
   };

SPI设备检测 ​

1. 查看SPI总线 ​

bash
# 查看系统中的SPI总线
ls /dev/spi*

# 查看SPI主控制器信息
cat /sys/class/spi_master/

2. 查看SPI设备 ​

bash
# 查看SPI设备信息
ls -la /dev/spidev*

功能测试 ​

1. 使用spidev-test测试 ​

Linux内核提供了spidev-test工具用于测试SPI设备：

bash
# 编译spidev-test
cd /usr/src/linux/tools/spi
gcc spidev-test.c -o spidev-test

# 运行SPI测试
sudo ./spidev-test -D /dev/spidev1.0 -s 1000000 -b 8 -v

参数说明：

  • -D /dev/spidev1.0：指定SPI设备
  • -s 1000000：设置传输速率为1MHz
  • -b 8：设置每字位数为8位
  • -v：启用详细输出

2. 基本SPI读写测试 ​

bash
# 向SPI设备写入数据
sudo ./spidev-test -D /dev/spidev1.0 -s 1000000 -b 8 -w 0x12 0x34 0x56

# 从SPI设备读取数据
sudo ./spidev-test -D /dev/spidev1.0 -s 1000000 -b 8 -r 3

# 同时读写数据
sudo ./spidev-test -D /dev/spidev1.0 -s 1000000 -b 8 -R 0x01 0x02 0x03

3. 使用用户空间程序测试 ​

以下是一个简单的SPI测试程序：

c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/spi/spidev.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>

#define SPI_DEVICE "/dev/spidev1.0"
#define SPI_MODE SPI_MODE_0
#define SPI_BITS 8
#define SPI_SPEED 1000000

int main(void)
{
    int fd;
    uint8_t tx_buf[3] = {0x01, 0x02, 0x03};
    uint8_t rx_buf[3] = {0};
    struct spi_ioc_transfer tr = {
        .tx_buf = (unsigned long)tx_buf,
        .rx_buf = (unsigned long)rx_buf,
        .len = 3,
        .speed_hz = SPI_SPEED,
        .bits_per_word = SPI_BITS,
        .delay_usecs = 0,
        .cs_change = 0,
        .tx_nbits = 0,
        .rx_nbits = 0,
        .word_delay_usecs = 0,
        .pad = 0,
    };

    /* 打开SPI设备 */
    fd = open(SPI_DEVICE, O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        return 1;
    }

    /* 设置SPI模式 */
    if (ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MODE, &SPI_MODE) < 0) {
        perror("ioctl: SPI_IOC_WR_MODE");
        close(fd);
        return 1;
    }

    /* 设置每字位数 */
    if (ioctl(fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &SPI_BITS) < 0) {
        perror("ioctl: SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD");
        close(fd);
        return 1;
    }

    /* 设置传输速率 */
    if (ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &SPI_SPEED) < 0) {
        perror("ioctl: SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ");
        close(fd);
        return 1;
    }

    /* 执行SPI传输 */
    if (ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &tr) < 0) {
        perror("ioctl: SPI_IOC_MESSAGE");
        close(fd);
        return 1;
    }

    /* 打印传输结果 */
    printf("发送数据: %02X %02X %02X\n", tx_buf[0], tx_buf[1], tx_buf[2]);
    printf("接收数据: %02X %02X %02X\n", rx_buf[0], rx_buf[1], rx_buf[2]);

    /* 关闭设备 */
    close(fd);

    return 0;
}

编译和运行：

bash
gcc spi_test.c -o spi_test
sudo ./spi_test

性能测试 ​

1. 传输速度测试 ​

bash
# 测试SPI传输速度
time sudo ./spidev-test -D /dev/spidev1.0 -s 10000000 -b 8 -n 10000 -p "test"

参数说明：

  • -s 10000000：设置传输速率为10MHz
  • -n 10000：传输10000次
  • -p "test"：传输的数据

2. 带宽测试 ​

bash
# 测试SPI传输带宽
sudo ./spidev-test -D /dev/spidev1.0 -s 50000000 -b 8 -n 1000000 -p "\x00" > /dev/null

调试SPI驱动 ​

1. 内核日志查看 ​

bash
# 查看SPI相关的内核日志
dmesg | grep -i spi

# 实时查看内核日志
journalctl -k -f | grep -i spi

2. 启用SPI调试 ​

bash
# 启用SPI核心调试
echo 1 > /sys/module/spi_core/parameters/debug

# 启用SPI总线驱动调试
echo 1 > /sys/module/spi_<bus-type>/parameters/debug

3. SPI调试工具 ​

  • spidev-test：内核提供的SPI测试工具
  • oscilloscope：硬件示波器，用于观察SPI信号
  • logic analyzer：逻辑分析仪，用于分析SPI通信时序

4. 调试SPI驱动的常见问题 ​

  1. 设备无法被识别

    • 检查SPI总线是否正常工作
    • 检查设备树配置是否正确
    • 检查片选信号是否正常

  2. 数据传输失败

    • 检查SPI模式（CPOL/CPHA）是否正确
    • 检查传输速率是否在设备支持范围内
    • 检查每字位数是否正确

  3. 数据传输错误

    • 检查SPI信号是否有干扰
    • 检查传输速率是否过高
    • 检查数据线连接是否可靠

  4. 驱动模块加载失败

    • 检查内核版本是否匹配
    • 检查模块依赖是否满足
    • 检查编译选项是否正确

卸载SPI驱动 ​

bash
# 卸载SPI设备驱动模块
rmmod spi_driver

# 卸载SPI总线驱动模块
rmmod spi-<bus-type>

# 卸载SPI设备接口模块
rmmod spi-dev

# 卸载SPI核心模块
rmmod spi-core

常见问题解决方案 ​

1. SPI总线冲突 ​

如果SPI设备出现总线冲突，可以通过以下方式解决：

  1. 降低传输速率：
    bash

sudo ./spidev-test -D /dev/spidev1.0 -s 5000000 -b 8


2. **检查片选信号**：
   确保片选信号在传输过程中保持稳定。

### 2. SPI模式错误

如果SPI模式配置错误，可以通过以下方式修复：

```c
// 尝试不同的SPI模式
int spi_modes[] = {SPI_MODE_0, SPI_MODE_1, SPI_MODE_2, SPI_MODE_3};
for (int i = 0; i < 4; i++) {
    if (ioctl(fd, SPI_IOC_WR_MODE, &spi_modes[i]) < 0) {
        perror("ioctl: SPI_IOC_WR_MODE");
        continue;
    }
    // 测试传输
}

3. SPI设备权限问题 ​

如果普通用户无法访问SPI设备，可以通过以下方式解决：

bash
# 添加udev规则，设置设备权限
sudo cat > /etc/udev/rules.d/99-spi-dev.rules << EOF
KERNEL=="spidev*", GROUP="spi", MODE="0660"
EOF

# 创建spi组
sudo groupadd spi

# 将用户添加到spi组
sudo usermod -aG spi $USER

# 重新加载udev规则
sudo udevadm control --reload-rules
sudo udevadm trigger

总结 ​

SPI驱动测试是确保驱动正常工作的重要步骤。通过本章介绍的编译、加载、测试和调试方法，可以有效地开发和调试SPI驱动。在测试过程中，应该注意观察内核日志，使用适当的调试工具，及时发现和解决问题。

此外，还应该根据具体SPI设备的特点，设计专门的测试用例，确保驱动在各种情况下都能正常工作。