一 管腳
SPI以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，需要至少4根線，事實上3根也可以（單向傳輸時）:
（1）SDO – 主設備數據輸出，從設備數據輸入
（2）SDI – 主設備數據輸入，從設備數據輸出
（3）SCLK – 時鐘信號，由主設備產生
（4）CS – 從設備使能信號，由主設備控制
二四種工作方式
SPI輸出串行同步時鐘極性和相位可以進行配置，時鐘極性（CPOL）對傳輸協議沒有重大的影響。
如果 CPOL=0，串行同步時鐘的空閒狀態爲低電平；如果CPOL=1，串行同步時鐘的空閒狀態爲高電平。
時鐘相位（CPHA）能夠配置用於選擇兩種不同的傳輸協議之一進行數據傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時鐘的第一個跳變沿（上升或下降）數據被採樣；如果CPHA=1，在串行同步時鐘的第二個跳變沿（上升或下降）數據被採樣。SPI主模塊和與之通信的外設備時鐘相位和極性應該一致。
SPI主模塊和與之通信的外設備時鐘相位和極性應該一致。這句話有2層意思：其一，主設備SPI時鐘和極性的配置應該由外設來決定；其二，二者的配置應該保持一致，即主設備的SDO同從設備的SDO配置一致，主設備的SDI同從設備的SDI配置一致。因爲主從設備是在SCLK的控制下，同時發送和接收數據，並通過2個雙向移位寄存器來交換數據。
它允許 MCU 以全雙工的同步串行方式, 與各種外圍設備進行高速數據通信.
在芯片中只佔用四根管腳 (Pin) 用來控制以及數據傳輸
CPOL: 時鐘極性, 表示 SPI 在空閒時, 時鐘信號是高電平還是低電平. 若 CPOL 被設爲 1, 那麼該設備在空閒時 SCK 管腳下的時鐘信號爲高電平. 當 CPOL 被設爲 0 時則正好相反.
CPHA: 時鐘相位, 表示 SPI 設備是在 SCK 管腳上的時鐘信號變爲上升沿時觸發數據採樣, 還是在時鐘信號變爲下降沿時觸發數據採樣. 若 CPHA 被設置爲 1, 則 SPI 設備在時鐘信號變爲下降沿時觸發數據採樣, 在上升沿時發送數據. 當 CPHA 被設爲 0 時也正好相反.
上圖裏的 "Mode 1, 1" 說明了本例所使用的 SPI 數據傳輸模式被設置成 CPOL = 1, CPHA = 1. 這樣, 在一個 Clock 週期內, 每個單獨的 SPI 設備都能以全雙工(Full-Duplex) 的方式, 同時發送和接收 1 bit 數據, 即相當於交換了 1 bit 大小的數據. 如果 SPI 總線的 Channel-Width 被設置成 Byte, 表示 SPI 總線上每次數據傳輸的最小單位爲 Byte, 那麼掛載在該 SPI 總線的設備每次數據傳輸的過程至少需要 8 個 Clock 週期(忽略設備的物理延遲). 因此, SPI 總線的頻率越快, Clock 週期越短, 則 SPI 設備間數據交換的速率就越快.
SPI是［單主設備（ single-master ）］通信協議，這意味着總線中的只有一支中心設備能發起通信。當SPI主設備想讀/寫［從設備］時，它首先拉低［從設備］對應的SS線（SS是低電平有效），接着開始發送工作脈衝到時鐘線上，在相應的脈衝時間上，［主設備］把信號發到MOSI實現“寫”，同時可對MISO採樣而實現“讀”
高位在前，低位在後
SPI的極性Polarity和相位Phase，最常見的寫法是CPOL和CPHA，不過也有一些其他寫法，簡單總結如下：
(1) CKPOL (Clock Polarity) = CPOL = POL = Polarity = （時鐘）極性
(2) CKPHA (Clock Phase) = CPHA = PHA = Phase = （時鐘）相位
(3) SCK=SCLK=SPI的時鐘
(4) Edge=邊沿，即時鐘電平變化的時刻，即上升沿(rising edge)或者下降沿(falling edge)
對於一個時鐘週期內，有兩個edge，分別稱爲：
(1)Leading edge=前一個邊沿=第一個邊沿，對於開始電壓是1，那麼就是1變成0的時候，對於開始電壓是0，那麼就是0變成1的時候；
(2)Trailing edge=後一個邊沿=第二個邊沿，對於開始電壓是1，那麼就是0變成1的時候（即在第一次1變成0之後，纔可能有後面的0變成1），對於開始電壓是0，那麼就是1變成0的時候；
本博文采用如下用法：
極性=CPOL
相位=CPHA
SCLK=時鐘
第一個邊沿和第二個邊沿
CPOL和CPHA，分別都可以是0或時1，對應的四種組合就是：
下面詳細介紹。
先說什麼是SCLK時鐘的空閒時刻，其就是當SCLK在發送8個bit比特數據之前和之後的狀態，於此對應的，SCLK在發送數據的時候，就是正常的工作的時候，有效active的時刻了。其英文精簡解釋爲：Clock Polarity = IDLE state of SCK。
SPI的CPOL，表示當SCLK空閒idle的時候，其電平的值是低電平0還是高電平1：
CPOL=0，時鐘空閒idle時候的電平是低電平，所以當SCLK有效的時候，就是高電平，就是所謂的active-high；
CPOL=1，時鐘空閒idle時候的電平是高電平，所以當SCLK有效的時候，就是低電平，就是所謂的active-low；
從上圖中可以看出，(CPOL=0)的SCK 波形，它有（傳輸）8 個脈衝，而在脈衝傳輸前和完成後都保持在【低電平狀態】。此時的狀態就是時鐘的空閒狀態或無效狀態，因爲此時沒有脈衝，也就不會有數據傳輸。同理得出，（CPOL=）1 的圖，時鐘的空閒狀態或無效狀態時SCK 是保持【高電平的】。
首先說明一點，capture strobe = latch = read = sample，都是表示數據採樣，數據有效的時刻。相位，對應着數據採樣是在第幾個邊沿（edge），是第一個邊沿還是第二個邊沿，0對應着第一個邊沿，1對應着第二個邊沿。
對於：
CPHA=0，表示第一個邊沿：
對於CPOL=0，idle時候的是低電平，第一個邊沿就是從低變到高，所以是上升沿；
對於CPOL=1，idle時候的是高電平，第一個邊沿就是從高變到低，所以是下降沿；
CPHA=1，表示第二個邊沿：
對於CPOL=0，idle時候的是低電平，第二個邊沿就是從高變到低，所以是下降沿；
對於CPOL=1，idle時候的是高電平，第一個邊沿就是從低變到高，所以是上升沿；
我們看上面的圖，發現數據 SI 是對應 SCK 的第一個時鐘沿，再仔細看，數據是在SCK的第一個時鐘邊沿保持穩定【數據被採樣捕獲】，在下一個邊沿改變【SCK 的下降沿數據改變】因此我們得出結論：該系列FLASH 是【數據在第一個時鐘沿被採樣捕獲】或【數據在SPCK 起始邊沿捕獲，在SPCK 下一個邊沿改變】
如果起始的SCLK的電平是0，那麼CPOL=0，如果是1，那麼CPOL=1，然後看數據採樣時刻，即時序圖數據線上的數據那個矩形區域的中間所對應的位置，對應到上面SCLK時鐘的位置，對應着是第一個邊沿或是第二個邊沿，即CPHA是0或1。（對應的是上升沿還是還是下降沿，要根據對應的CPOL的值，才能確定）。
（1）如何判斷CPOL：SCLK的空閒時候的電壓，是0還是1，決定了CPOL是0還是1；
（2）如何判斷CPHA：而數據採樣時刻對應着的SCLK的電平，是第一個邊沿還是第二個邊沿，對應着CPHA爲0還是1。
SCLK的極性，相位，邊沿之間的內在邏輯
最後來看一下S3C2440的SPI的CPOL和CPHA，結合前面講的理論知識，下面的圖就很好理解啦！
SPI概述
SPI是英語Serial Peripheral interface的縮寫，顧名思義就是串行外圍設備接口，是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應用在 EEPROM，FLASH，實時時鐘，AD轉換器，還有數字信號處理器和數字信號解碼器之間。SPI是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，並且在芯片的管腳上只佔用四根線，節約了芯片的管腳，同時爲PCB的佈局上節省空間，提供方便。
SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，需要4根線，事實上3根也可以。也是所有基於SPI的設備共有的，它們是SDI(數據輸入)，SDO(數據輸出)，SCLK(時鐘)，CS(片選)。
MOSI(SDO)：主器件數據輸出，從器件數據輸入。
MISO(SDI)：主器件數據輸入，從器件數據輸出。
SCLK ：時鐘信號，由主器件產生。
CS：從器件使能信號，由主器件控制。
其中CS是控制芯片是否被選中的，也就是說只有片選信號爲預先規定的使能信號時（高電位或低電位），對此芯片的操作纔有效，這就允許在同一總線上連接多個SPI設備成爲可能。需要注意的是，在具體的應用中，當一條SPI總線上連接有多個設備時，SPI本身的CS有可能被其他的GPIO腳代替，即每個設備的CS腳被連接到處理器端不同的GPIO，通過操作不同的GPIO口來控制具體的需要操作的SPI設備，減少各個SPI設備間的干擾。
SPI是串行通訊協議，也就是說數據是一位一位從MSB或者LSB開始傳輸的，這就是SCK時鐘線存在的原因，由SCK提供時鐘脈衝，MISO、MOSI則基於此脈衝完成數據傳輸。 SPI支持4-32bits的串行數據傳輸，支持MSB和LSB，每次數據傳輸時當從設備的大小端發生變化時需要重新設置SPI Master的大小端。
2 Linux SPI驅動總體架構
在2.6的linux內核中，SPI的驅動架構可以分爲如下三個層次：SPI 核心層、SPI控制器驅動層和SPI設備驅動層。
Linux 中SPI驅動代碼位於drivers/spi目錄。
2.1 SPI核心層
SPI核心層是Linux的SPI核心部分，提供了核心數據結構的定義、SPI控制器驅動和設備驅動的註冊、註銷管理等API。其爲硬件平臺無關層，向下屏蔽了物理總線控制器的差異，定義了統一的訪問策略和接口；其向上提供了統一的接口，以便SPI設備驅動通過總線控制器進行數據收發。
Linux中，SPI核心層的代碼位於driver/spi/ spi.c。由於該層是平臺無關層，本文將不再敘述，有興趣可以查閱相關資料。
2.2 SPI控制器驅動層
SPI控制器驅動層，每種處理器平臺都有自己的控制器驅動，屬於平臺移植相關層。它的職責是爲系統中每條SPI總線實現相應的讀寫方法。在物理上，每個SPI控制器可以連接若干個SPI從設備。
在系統開機時，SPI控制器驅動被首先裝載。一個控制器驅動用於支持一條特定的SPI總線的讀寫。一個控制器驅動可以用數據結構struct spi_master來描述。
在include/liunx/spi/spi.h文件中，在數據結構struct spi_master定義如下：
struct spi_master {
struct device dev;
s16 bus_num;
u16 num_chipselect;
int (*setup)(struct spi_device *spi);
int (*transfer)(struct spi_device *spi, struct spi_message *mesg);
void (*cleanup)(struct spi_device *spi);
};
bus_num爲該控制器對應的SPI總線號。
num_chipselect 控制器支持的片選數量，即能支持多少個spi設備
setup函數是設置SPI總線的模式，時鐘等的初始化函數， 針對設備設置SPI的工作時鐘及數據傳輸模式等。在spi_add_device函數中調用。
transfer函數是實現SPI總線讀寫方法的函數。實現數據的雙向傳輸，可能會睡眠
cleanup註銷時候調用
2.3 SPI設備驅動層
SPI設備驅動層爲用戶接口層，其爲用戶提供了通過SPI總線訪問具體設備的接口。
SPI設備驅動層可以用兩個模塊來描述，struct spi_driver和struct spi_device。
相關的數據結構如下：
struct spi_driver {
int (*probe)(struct spi_device *spi);
int (*remove)(struct spi_device *spi);
void (*shutdown)(struct spi_device *spi);
int (*suspend)(struct spi_device *spi, pm_message_t mesg);
int (*resume)(struct spi_device *spi);
struct device_driver driver;
};
Driver是爲device服務的，spi_driver註冊時會掃描SPI bus上的設備，進行驅動和設備的綁定，probe函數用於驅動和設備匹配時被調用。從上面的結構體註釋中我們可以知道，SPI的通信是通過消息隊列機制，而不是像I2C那樣通過與從設備進行對話的方式。
struct spi_device {
struct device dev;
struct spi_master *master;
u32 max_speed_hz;
u8 chip_select;
u8 mode;
u8 bits_per_word;
int irq;
void *controller_state;
void *controller_data;
char modalias[32];
};
.modalias = "m25p10",
.mode =SPI_MODE_0, //CPOL=0, CPHA=0 此處選擇具體數據傳輸模式
.max_speed_hz = 10000000, //最大的spi時鐘頻率
/* Connected to SPI-0 as 1st Slave */
.bus_num = 0, //設備連接在spi控制器0上
.chip_select = 0, //片選線號，在S5PC100的控制器驅動中沒有使用它作爲片選的依據，而是選擇了下文controller_data裏的方法。
.controller_data = &smdk_spi0_csi[0],
通常來說spi_device對應着SPI總線上某個特定的slave。並且spi_device封裝了一個spi_master結構體。spi_device結構體包含了私有的特定的slave設備特性，包括它最大的頻率，片選那個，輸入輸出模式等等
4 spi_device以下一系列的操作是在platform板文件中完成！
spi_device的板信息用spi_board_info結構體來描述：
struct spi_board_info {
charmodalias[SPI_NAME_SIZE];
const void*platform_data;
void*controller_data;
intirq;
u32max_speed_hz;
u16bus_num;
u16chip_select;
u8mode;
};
這個結構體記錄了SPI外設使用的主機控制器序號、片選信號、數據比特率、SPI傳輸方式等
構建的操作是以下的兩個步驟：
1.
static struct spi_board_info s3c_spi_devs[] __initdata = {
{
.modalias = "m25p10a",
.mode = SPI_MODE_0,
.max_speed_hz = 1000000,
.bus_num = 0,
.chip_select = 0,
.controller_data = &smdk_spi0_csi[SMDK_MMCSPI_CS],
},
};
2.
而這個info在init函數調用的時候會初始化：
spi_register_board_info(s3c_spi_devs,ARRAY_SIZE(s3c_spi_devs));
spi_register_board_info(s3c_spi_devs,ARRAY_SIZE(s3c_spi_devs));//註冊spi_board_info。這個代碼會把spi_board_info註冊到鏈表board_list上。spi_device封裝了一個spi_master結構體，事實上spi_master的註冊會在spi_register_board_info之後，spi_master註冊的過程中會調用scan_boardinfo掃描board_list，找到掛接在它上面的spi設備，然後創建並註冊spi_device。
至此spi_device就構建並註冊完成了！！！！！！！！！！！！！
5 spi_driver的構建與註冊
driver有幾個重要的結構體：spi_driver、spi_transfer、spi_message
driver有幾個重要的函數 ：spi_message_init、spi_message_add_tail、spi_sync
//spi_driver的構建
static struct spi_driver m25p80_driver = {
.driver = {
.name ="m25p80",
.bus =&spi_bus_type,
.owner = THIS_MODULE,
},
.probe = m25p_probe,
.remove =__devexit_p(m25p_remove),
};
//spidriver的註冊
spi_register_driver(&m25p80_driver);
在有匹配的spi_device時，會調用m25p_probe
probe裏完成了spi_transfer、spi_message的構建；
spi_message_init、spi_message_add_tail、spi_sync、spi_write_then_read函數的調用
例如：
*/
static int m25p10a_read( struct m25p10a *flash, loff_t from,
size_t len, char *buf )
{
int r_count = 0, i;
struct spi_transfer st[2];
struct spi_message msg;
spi_message_init( &msg );
memset( st, 0, sizeof(st) );
flash->cmd[0] = CMD_READ_BYTES;
flash->cmd[1] = from >> 16;
flash->cmd[2] = from >> 8;
flash->cmd[3] = from;
st[ 0 ].tx_buf = flash->cmd;
st[ 0 ].len = CMD_SZ;
spi_message_add_tail( &st[0], &msg );
st[ 1 ].rx_buf = buf;
st[ 1 ].len = len;
spi_message_add_tail( &st[1], &msg );
mutex_lock( &flash->lock );
/* Wait until finished previous write command. */
if (wait_till_ready(flash)) {
mutex_unlock( &flash->lock );
return -1;
}
spi_sync( flash->spi, &msg );
r_count = msg.actual_length - CMD_SZ;
printk( "in (%s): read %d bytes\n", __func__, r_count );
for( i = 0; i < r_count; i++ ) {
printk( "0x%02x\n", buf[ i ] );
}
mutex_unlock( &flash->lock );
return 0;
}
static int m25p10a_write( struct m25p10a *flash, loff_t to,
size_t len, const char *buf )
{
int w_count = 0, i, page_offset;
struct spi_transfer st[2];
struct spi_message msg;
write_enable( flash ); //寫使能
spi_message_init( &msg );
memset( st, 0, sizeof(st) );
flash->cmd[0] = CMD_PAGE_PROGRAM;
flash->cmd[1] = to >> 16;
flash->cmd[2] = to >> 8;
flash->cmd[3] = to;
st[ 0 ].tx_buf = flash->cmd;
st[ 0 ].len = CMD_SZ;
//填充spi_transfer，將transfer放在隊列後面
spi_message_add_tail( &st[0], &msg );
st[ 1 ].tx_buf = buf;
st[ 1 ].len = len;
spi_message_add_tail( &st[1], &msg );
spi_sync( flash->spi, &msg ); 調用spi_master發送spi_message
return 0;
}
static int m25p10a_probe(struct spi_device *spi)
{
int ret = 0;
struct m25p10a *flash;
char buf[ 256 ];
flash = kzalloc( sizeof(struct m25p10a), GFP_KERNEL );
flash->spi = spi;
/* save flash as driver's private data */
spi_set_drvdata( spi, flash );
memset( buf, 0x7, 256 );
m25p10a_write( flash, 0, 20, buf); //0地址寫入20個7
memset( buf, 0, 256 );
m25p10a_read( flash, 0, 25, buf ); //0地址讀出25個數
return 0;
}