簡(jiǎn)介基于RK3399平臺(tái)的WK2xxx系列SPI轉(zhuǎn)串口擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)源碼專為需要擴(kuò)展多路串口的嵌入式Linux開(kāi)發(fā)者、RK3399方案工程師以及正在評(píng)估串口擴(kuò)展方案的學(xué)習(xí)者準(zhǔn)備。該驅(qū)動(dòng)利用WK2114芯片通過(guò)SPI接口擴(kuò)展出4個(gè)串口可應(yīng)用在工控板卡、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、智能終端等對(duì)串口數(shù)量有較高要求的場(chǎng)景也適合相關(guān)項(xiàng)目初期驗(yàn)證使用。壓縮包內(nèi)共1個(gè)文件為1個(gè)C驅(qū)動(dòng)源文件整體約12KB代碼精簡(jiǎn)便于閱讀、移植和二次開(kāi)發(fā)可快速定位驅(qū)動(dòng)注冊(cè)與數(shù)據(jù)收發(fā)邏輯。目前已有229人學(xué)習(xí)/下載適合作為對(duì)照實(shí)現(xiàn)或排錯(cuò)參考。讀者可從中獲取WK2114的初始化時(shí)序、SPI讀寫(xiě)操作、串口回調(diào)接口封裝等核心代碼同時(shí)了解其在RK3399平臺(tái)上的驅(qū)動(dòng)組織方式為同類SPI轉(zhuǎn)串口項(xiàng)目提供直接的代碼級(jí)參考。 做嵌入式Linux的遲早會(huì)遇到一個(gè)問(wèn)題主控的UART不夠用。RK3399這顆SoC在國(guó)產(chǎn)板卡里算是明星級(jí)產(chǎn)品接口豐富但你想同時(shí)掛一堆串口設(shè)備——PLC、工業(yè)儀表、GPS模塊、多路RS485傳感器——它原生的UART資源立刻見(jiàn)底。這個(gè)項(xiàng)目的核心就是在RK3399上通過(guò)SPI總線外擴(kuò)一顆WK2114芯片把一路SPI拆出四路標(biāo)準(zhǔn)串口并且把整套驅(qū)動(dòng)整理成了獨(dú)立可移植的壓縮包。如果你手上的板子也是RK3399或者你正在用其他主控想擴(kuò)展串口數(shù)量這篇博文會(huì)把我從硬件連接、驅(qū)動(dòng)框架選型、設(shè)備樹(shù)編寫(xiě)到數(shù)據(jù)面調(diào)通的完整過(guò)程原原本本拆給你看。代碼和配置都是能直接抄作業(yè)的。1. 需求從哪來(lái)RK3399平臺(tái)為什么會(huì)缺串口RK3399原生的UART接口數(shù)量并不少算上調(diào)試串口大概有6路可用的UART控制器。聽(tīng)起來(lái)好像夠用真上項(xiàng)目你就知道了。我遇到的實(shí)際場(chǎng)景是個(gè)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)需要同時(shí)接這幾路設(shè)備一路調(diào)試串口內(nèi)核日志永遠(yuǎn)不能挪作他用一路藍(lán)牙模塊RK3399雖然常配Wi-Fi/BT combo但BT的HCI協(xié)議要占一路UART一路4G模組AT指令PPP撥號(hào)至少要占一路兩路RS485總線底下各掛七八個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)一路RS232接老式PLC數(shù)一下這已經(jīng)6路出頭了而且有些還帶流控、有些波特率還不一樣。主控原生資源被瓜分干凈再想加設(shè)備就得想別的路子。擴(kuò)展串口的三條路線對(duì)比方案優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場(chǎng)景USB轉(zhuǎn)串口如CH340/FT232即插即用Linux自帶驅(qū)動(dòng)占用USB帶寬線材多供電和信號(hào)質(zhì)量易出問(wèn)題臨時(shí)調(diào)試、桌面級(jí)設(shè)備I2C轉(zhuǎn)串口如SC16IS752接線少占用引腳少I2C速率偏低高波特率下吞吐不足低速、對(duì)帶寬不敏感的場(chǎng)景SPI轉(zhuǎn)串口如WK2114/WK2124速率高驅(qū)動(dòng)可控一片擴(kuò)4路需要寫(xiě)驅(qū)動(dòng)硬件上多一根片選和中斷嵌入式板卡、工業(yè)級(jí)產(chǎn)品我當(dāng)時(shí)直接在方案對(duì)比表里劃掉了前兩個(gè)。USB轉(zhuǎn)串口在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不可靠接頭松一下、供電波動(dòng)一下就掉線I2C那點(diǎn)帶寬跑個(gè)115200都緊張更別說(shuō)多路同時(shí)收發(fā)。SPI轉(zhuǎn)串口是正路SPI時(shí)鐘跑個(gè)幾十MHz輕松每路UART分配個(gè)1Mbps的帶寬綽綽有余而且使用Linux內(nèi)核標(biāo)準(zhǔn)serial框架的話用戶態(tài)看到的就是/dev/ttyWK0~/dev/ttyWK3和原生串口行為一致上層代碼零改動(dòng)。注意選WK2114的關(guān)鍵原因是它一片帶4路UART且支持硬件流控RTS/CTS。如果你只需要兩路可以選WK2112如果只需要單路看WK2102。整個(gè)WK21xx系列的驅(qū)動(dòng)寄存器布局基本統(tǒng)一本文的思路直接通用。2. WK2114是怎么工作的一顆SPI從機(jī)拆出四路UART搞清楚芯片工作機(jī)制是寫(xiě)驅(qū)動(dòng)前最重要的一步。我建議任何拿到新片子的人都先把數(shù)據(jù)手冊(cè)里“功能框圖”那一頁(yè)看三遍再動(dòng)手寫(xiě)代碼。2.1 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)WK2114本質(zhì)上是一個(gè)SPI從設(shè)備 4個(gè)UART控制器的橋接芯片。它內(nèi)部主要模塊是SPI從機(jī)接口通過(guò)4個(gè)引腳SPI_CLK、SPI_MOSI、SPI_MISO、SPI_CS與主控通信支持SPI Mode 0~3從機(jī)模式片選由主控控制四路UART控制器每路有獨(dú)立的發(fā)送緩沖、接收FIFO、波特率發(fā)生器、流控邏輯中斷輸出引腳INT當(dāng)任意一路UART的RX FIFO收到數(shù)據(jù)、或者TX FIFO從滿變空時(shí)INT引腳會(huì)拉低通知主控來(lái)處理主機(jī)側(cè)訪問(wèn)芯片本質(zhì)上只有兩種操作寫(xiě)寄存器和讀寄存器。SPI轉(zhuǎn)串口芯片的寄存器布局通常分兩類一類是全局控制寄存器比如中斷狀態(tài)、復(fù)位控制另一類是每路UART獨(dú)立的配置寄存器波特率分頻值、數(shù)據(jù)位格式、FIFO水位、流控開(kāi)關(guān)等。2.2 數(shù)據(jù)收發(fā)路徑我要先說(shuō)清楚一個(gè)容易懵的點(diǎn)這支芯片的收發(fā)是“寄存器式”的不是“內(nèi)存映射式”的。也就是說(shuō)SPI主機(jī)要讀某路UART收到的一個(gè)字節(jié)需要先發(fā)一個(gè)“讀X路UART RX FIFO”的命令字再等芯片把字節(jié)從MISO引腳推回來(lái)。每次收發(fā)都是一次完整的SPI事務(wù)。這就帶來(lái)一個(gè)設(shè)計(jì)取舍**軟件在中斷里單字節(jié)操作還是利用芯片F(xiàn)IFO做批量搬運(yùn)**看芯片的FIFO大小典型WK系列芯片每路UART的RX/TX FIFO大約16字節(jié)具體按型號(hào)不同如果你每次中斷只讀一個(gè)字節(jié)SPI的往返開(kāi)銷會(huì)吃掉大量CPU時(shí)間。正確做法是中斷里來(lái)一次就把FIFO能讀出來(lái)的全部搬走。2.3 硬件連接細(xì)節(jié)硬件上踩過(guò)的坑我單獨(dú)列一張表給你連接項(xiàng)建議說(shuō)明VCC3.3V看芯片手冊(cè)一般3.3V供電別接到5V上SPI_CLK主控SPI時(shí)鐘腳頻率從低往上調(diào)見(jiàn)下文調(diào)試章節(jié)SPI_MOSI/MISO主控對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)腳方向別反了MOSI對(duì)MOSISPI_CS任意GPIO或主控片選我用的GPIO軟件片選更靈活I(lǐng)NT任意GPIO中斷腳必須接否則只能輪詢晶振按手冊(cè)要求有的型號(hào)需要外部晶振有的是內(nèi)置RC如果INT腳沒(méi)接到主控驅(qū)動(dòng)就退化成純輪詢模式除非你跑在很低波特率下否則丟數(shù)據(jù)的概率非常大。這腳一定要接這是這個(gè)驅(qū)動(dòng)的“事件驅(qū)動(dòng)”核心沒(méi)有它驅(qū)動(dòng)寫(xiě)出來(lái)就是個(gè)殘廢。3. 驅(qū)動(dòng)架構(gòu)選型在8250框架里做還是自己寫(xiě)UART驅(qū)動(dòng)這是整個(gè)項(xiàng)目里最值得花時(shí)間考慮的決定。Linux內(nèi)核里支持串口設(shè)備的框架有好幾層選擇的正確與否直接影響后續(xù)開(kāi)發(fā)量。3.1 三條技術(shù)路線對(duì)比路線一利用 kernel 的 8250 框架serial8250 port ops 鉤子內(nèi)核的8250驅(qū)動(dòng)是串口驅(qū)動(dòng)的“老大哥”它實(shí)現(xiàn)了所有標(biāo)準(zhǔn)tty操作open/read/write/ioctl然后通過(guò)struct uart_port里的幾個(gè)函數(shù)指針比如start_tx、stop_tx、handle_irq來(lái)對(duì)接具體硬件。如果你想復(fù)用8250框架需要把WK2114的“SPI讀寫(xiě)某個(gè)寄存器”封裝成這些回調(diào)里的具體實(shí)現(xiàn)。路線二基于serial_core自己實(shí)現(xiàn)uart_opsserial_core是比8250更底層的串口抽象層。你寫(xiě)一個(gè)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)注冊(cè)struct uart_driver實(shí)現(xiàn)struct uart_ops里的startup、shutdown、start_tx、stop_tx、set_termios等回調(diào)函數(shù)。自由度大但樣板代碼多。路線三完全繞過(guò)內(nèi)核串口框架寫(xiě)一個(gè) misc/char 設(shè)備自己維護(hù)一個(gè)字符設(shè)備把SPI讀寫(xiě)邏輯全部包在驅(qū)動(dòng)里用戶態(tài)通過(guò)open/read/write/ioctl訪問(wèn)。優(yōu)點(diǎn)是代碼最短、最快出效果缺點(diǎn)是你得自己處理termios波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、流控自己處理poll/select自己處理內(nèi)核并行訪問(wèn)的各種鎖。做出來(lái)的東西又糙又難維護(hù)我強(qiáng)烈不建議量產(chǎn)項(xiàng)目走這條路。3.2 我的最終選擇基于 serial_core 自己實(shí)現(xiàn) uart_ops為什么不用8250框架因?yàn)?250的底層邏輯是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)16550 UART的寄存器模型寫(xiě)的它默認(rèn)芯片里有一組I/O端口通過(guò) inb/outb 或 readb/writeb 直接訪問(wèn)。WK2114是SPI寄存器操作你要把“讀一個(gè)寄存器”的動(dòng)作變成“發(fā)一筆SPI讀事務(wù)”這中間塞進(jìn)去的適配層最終會(huì)讓你改到懷疑人生。而serial_core則給你留了更大的自由度波特率怎么算、數(shù)據(jù)怎么發(fā)射、中斷怎么處理全由你的uart_ops決定。雖然樣板代碼多但每根線頭都在你手里軟硬件聯(lián)調(diào)的時(shí)候能精確控制每個(gè)環(huán)節(jié)。選型邏輯可以一句話總結(jié)如果你用的橋接芯片寄存器布局和16550高度相似那復(fù)用8250省事如果芯片有自己的寄存器模型和FIFO機(jī)制那就接受serial_core的樣板代碼自己控制關(guān)鍵路徑。3.3 設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)RK3399的設(shè)備樹(shù)里SPI主機(jī)節(jié)點(diǎn)是現(xiàn)成的。我要做的是在SPI總線下掛一顆WK2114子設(shè)備。設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)這樣寫(xiě)spi1 { status okay; pinctrl-names default; pinctrl-0 spi1_clk spi1_mosi spi1_miso; cs-gpios gpio3 17 GPIO_ACTIVE_LOW; wk2114: spi0 { compatible wk,wk2114; reg 0; spi-max-frequency 10000000; interrupt-parent gpio3; interrupts 20 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING; wk,uart-clk 48000000; wk,default-baud 115200; }; };幾個(gè)字段說(shuō)明cs-gpios把片選指定為GPIO控制而不是用SPI控制器自帶的硬件片選。這樣做的原因是軟件片選能在一次SPI傳輸前后更靈活地控制電平時(shí)序?qū)π酒想姇r(shí)序要求苛刻的場(chǎng)景非常有用。spi-max-frequency一開(kāi)始不要設(shè)太高我建議從1MHz起步確認(rèn)通信正常后再往上調(diào)。wk,uart-clk芯片內(nèi)部UART模塊的基準(zhǔn)時(shí)鐘波特率分頻值是根據(jù)它算的必須與硬件實(shí)際晶振/內(nèi)置時(shí)鐘一致否則波特率會(huì)偏。4. 驅(qū)動(dòng)骨架與數(shù)據(jù)通路從probe到tty設(shè)備這部分是核心代碼層面的拆解。我不會(huì)把完整驅(qū)動(dòng)幾百行貼上來(lái)太長(zhǎng)了但會(huì)把關(guān)鍵路徑上的函數(shù)設(shè)計(jì)思路和容易寫(xiě)錯(cuò)的點(diǎn)講透你把骨架搭起來(lái)后照著填細(xì)節(jié)即可。4.1 probe流程注冊(cè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的UART驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的入口是一個(gè)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)/spi驅(qū)動(dòng)但最終注冊(cè)的目標(biāo)是uart_driver。整體流程是spi_driver.probe觸發(fā)拿到struct spi_device解析設(shè)備樹(shù)里的wk,*自定義屬性向內(nèi)核注冊(cè)struct uart_driver名字wk_uart有4個(gè)port為這四個(gè)port填充struct uart_port包括iotype、irq、ops指向我們自己的uart_ops調(diào)用uart_add_one_port把四個(gè)port分別注冊(cè)進(jìn)tty層這一步最重要的一句話是一個(gè)uart_driver對(duì)應(yīng)多個(gè)port每個(gè)port對(duì)應(yīng)一個(gè)/dev/ttyWKx節(jié)點(diǎn)。WK2114有4路UART就注冊(cè)4個(gè)portport id 0~3硬件上對(duì)應(yīng)芯片的UART0~UART3。4.2 數(shù)據(jù)線uart_ops 里的關(guān)鍵回調(diào)serial_core在數(shù)據(jù)進(jìn)出的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)會(huì)調(diào)用我們實(shí)現(xiàn)的uart_ops這些就是數(shù)據(jù)通路的各個(gè)“閘門(mén)”。發(fā)送路徑主控 - 外設(shè)static void wk_uart_start_tx(struct uart_port *port) { struct wk_uart_port *wkport to_wk_port(port); u8 data; while (!uart_circ_empty(port-state-xmit)) { data uart_xchg_buf(port, port-state-xmit.tail, 0); wk_spi_write_byte(wkport, port-line, REG_TX_FIFO, data); uart_xmit_advance(port, 1); // 檢查T(mén)X FIFO是否滿滿了就停 if (wk_spi_read_status(wkport, port-line) TX_FULL) break; } if (!uart_circ_empty(port-state-xmit)) mod_timer(wkport-tx_timer, jiffies 1); }這段代碼的核心邏輯是從內(nèi)核的circ_xmit環(huán)形緩沖區(qū)里取數(shù)據(jù)逐個(gè)寫(xiě)入芯片的TX FIFO寄存器。寫(xiě)之前要查T(mén)X FIFO是否滿滿了就停用定時(shí)器延后再來(lái)——這樣避免卡死中斷上下文。接收路徑外設(shè) - 主控WK2114有INT引腳所以接收路徑的驅(qū)動(dòng)核心在中斷處理函數(shù)里static irqreturn_t wk_uart_irq_handler(int irq, void *dev_id) { struct wk_uart_device *wkdev dev_id; int i; for (i 0; i 4; i) { if (wk_spi_int_status(wkdev, i) RX_PENDING) { while (wk_spi_read_status(wkdev, i) RX_FIFO_NON_EMPTY) { u8 c wk_spi_read_byte(wkdev, i, REG_RX_FIFO); uart_insert_char(wkdev-ports[i], 0, 0, c, 0); } uart_write_wakeup(wkdev-ports[i]); } } return IRQ_HANDLED; }要注意的是中斷里一次性把RX FIFO讀空。這比每次中斷只讀一個(gè)字節(jié)、然后靠?jī)?nèi)核tty_flip_buffer緩沖要高效得多。芯片的RX FIFO一般只有16字節(jié)如果不及時(shí)讀空下一個(gè)字節(jié)進(jìn)來(lái)就會(huì)覆蓋丟數(shù)據(jù)。4.3 波特率計(jì)算別讓分頻器背黑鍋uart_ops里的set_termios回調(diào)負(fù)責(zé)把用戶態(tài)設(shè)置的波特率比如9600、115200轉(zhuǎn)換成芯片的分頻值。這個(gè)函數(shù)如果寫(xiě)錯(cuò)了表現(xiàn)是串口輸出的數(shù)據(jù)全是亂碼或者對(duì)面收到的波特率不對(duì)。WK2114這類芯片波特率分頻公式一般是static int wk_uart_set_baud(struct uart_port *port, unsigned int baud) { unsigned int divisor DIV_ROUND_CLOSEST(port-uartclk, 16 * baud); u8 quot_l, quot_h; if (divisor 1 || divisor 0xFFFF) return -EINVAL; quot_l divisor 0xFF; quot_h (divisor 8) 0xFF; wk_spi_write_reg(port, REG_LCR, 0x80); // 使能分頻鎖存 wk_spi_write_reg(port, REG_DLL, quot_l); wk_spi_write_reg(port, REG_DLM, quot_h); wk_spi_write_reg(port, REG_LCR, 0x03); // 8N1關(guān)閉分頻鎖存 return 0; }看到熟悉的DLL/DLM就明白了這套寄存器模型是老16550的經(jīng)典玩法。所以即便我說(shuō)“不用8250框架”芯片本身的寄存器語(yǔ)義和16550相通——這并不矛盾框架不用寄存器語(yǔ)義還是可以借鑒的。uartclk我上面設(shè)備樹(shù)里設(shè)了4800000048MHz不同WK芯片的時(shí)鐘來(lái)源不同這個(gè)值錯(cuò)了算出來(lái)的分頻值就全錯(cuò)。調(diào)波特率問(wèn)題的時(shí)候先拿邏輯分析儀抓芯片的TXD腳看實(shí)際波形頻率比什么排查都快。4.4 默認(rèn)波特率與初始化WK2114上電后UART端口并不會(huì)自動(dòng)配置到你要的波特率。必須在startup回調(diào)里做完整的初始化禁用FIFO中斷、清空FIFO、設(shè)置8N1默認(rèn)格式、設(shè)置中斷使能。static int wk_uart_startup(struct uart_port *port) { wk_spi_write_reg(port, REG_IER, 0x00); // 先關(guān)中斷防止初始化中途亂跳 wk_spi_write_reg(port, REG_FCR, 0x07); // 使能FIFO, 清空 wk_spi_write_reg(port, REG_LCR, 0x03); // 8N1 wk_uart_set_baud(port, 115200); wk_spi_write_reg(port, REG_IER, IER_RX_EN); // 開(kāi)接收中斷 if (port-irq 0) { request_irq(port-irq, wk_uart_int_handle, ...); } return 0; }startup在open()設(shè)備時(shí)被調(diào)用。每次串口被應(yīng)用重新打開(kāi)都會(huì)執(zhí)行一遍 startup 和 shutdown所以這段初始化代碼必須寫(xiě)干凈不能依賴上一次打開(kāi)時(shí)的殘留狀態(tài)。5. 實(shí)測(cè)中的攔路虎SPI時(shí)鐘、片選和FIFO溢出驅(qū)動(dòng)寫(xiě)完之后真正的硬仗才開(kāi)始。我在這塊板子上調(diào)了整整兩天遇到的三個(gè)問(wèn)題每一個(gè)都是典型中的典型。5.1 調(diào)高SPI時(shí)鐘后讀取寄存器全是0xFF現(xiàn)象spi-max-frequency設(shè)1MHz時(shí)能正常讀寫(xiě)寄存器調(diào)到10MHz之后讀回來(lái)的寄存器值全是0xFF。排查鏈路先用邏輯分析儀抓SPI總線發(fā)現(xiàn)MOSI上的數(shù)據(jù)波形明顯畸變邊沿變圓——這就是線纜/布線容性負(fù)載太重高頻下信號(hào)質(zhì)量撐不住。檢查RK3399 SPI引腳的驅(qū)動(dòng)能力配置發(fā)現(xiàn)是默認(rèn)的弱驅(qū)動(dòng)檔。在設(shè)備樹(shù)pinctrl里把SPI引腳的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度提到最高一檔波形立刻改善。更根本的做法把SPI時(shí)鐘降到5MHz配合提高驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度穩(wěn)定跑住了。注意在pinctrl-0里除了指定引腳功能spi1_clk等還要看SoC的pinconf支持不支持設(shè)置驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度spi1 { ... pinctrl-0 spi1_clk spi1_mosi spi1_miso; };如果SoC的pinctrl有pinconf-single的 bias/drive-strength 配置節(jié)點(diǎn)需要一并加上。經(jīng)驗(yàn)值SPI到轉(zhuǎn)串口芯片的走線長(zhǎng)度超過(guò)3cm時(shí)鐘頻率就別超過(guò)10MHz否則就要端接電阻。5.2 RX丟數(shù)據(jù)高波特率下頻繁溢出現(xiàn)象把外部設(shè)備波特率調(diào)到921600配合SPI時(shí)鐘10MHz連續(xù)收發(fā)100幀丟了一小半。這個(gè)坑不在芯片的FIFO而在我的中斷處理邏輯。排查鏈路一開(kāi)始懷疑是uart_insert_char被調(diào)用太慢被新的中斷打斷。打印實(shí)際中斷觸發(fā)頻率發(fā)現(xiàn)收滿一幀數(shù)據(jù)幾十字節(jié)中斷會(huì)觸發(fā)兩次以上——因?yàn)樾酒琑X FIFO是16字節(jié)幀長(zhǎng)超過(guò)16時(shí)先觸發(fā)一次中斷讀走前16字節(jié)然后剩余字節(jié)又觸發(fā)一次。問(wèn)題出在中斷觸發(fā)邊沿我設(shè)備樹(shù)里寫(xiě)的是IRQ_TYPE_EDGE_FALLING而芯片在收到16字節(jié)、FIFO非空期間INT腳一直是低電平只有清空后才會(huì)拉高。如果是沿觸發(fā)第二次中斷進(jìn)來(lái)時(shí)邊沿可能已經(jīng)被錯(cuò)過(guò)了。把中斷類型改成IRQ_TYPE_LEVEL_LOW并且在中斷處理里用while循環(huán)把FIFO讀空再返回。這樣中斷函數(shù)只在FIFO為空后退出天然不會(huì)丟字節(jié)。這是本驅(qū)動(dòng)里最關(guān)鍵的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)芯片有FIFO且FIFO數(shù)據(jù)不讀空INT不還原時(shí)一定要用電平觸發(fā)不能用邊沿觸發(fā)中斷里務(wù)必讀空FIFO。如果SPI讀比較慢還可以考慮把spi-max-frequency調(diào)到20MHz來(lái)縮短每次SPI讀的牙縫時(shí)間。5.3 與應(yīng)用層波特率不符亂碼的根因現(xiàn)象應(yīng)用層設(shè)置115200觀察波形發(fā)現(xiàn)實(shí)際是115613偏差約0.36%雖然沒(méi)超2%的容忍范圍但個(gè)別設(shè)備嚴(yán)格要求時(shí)就會(huì)亂碼。原因WK2114的基準(zhǔn)時(shí)鐘不是精確的整數(shù)分頻比。比如基準(zhǔn)時(shí)鐘48MHz想分頻出115200實(shí)際分頻值是 48000000/(16*115200)26.0417取整26后實(shí)際波特率是115384偏差0.16%。排查鏈路優(yōu)先把基準(zhǔn)時(shí)鐘選為能被常用波特率整除的值。比如12MHz、14.7456MHz、22.1184MHz這些“串口專用晶振頻率”配合芯片內(nèi)部時(shí)鐘源看支不支持。如果芯片允許外接晶體建議直接換成14.7456MHz之類的高精度頻點(diǎn)。在set_termios里計(jì)算完分頻值后回讀實(shí)際波特率并打印調(diào)試信息這樣可以快速發(fā)現(xiàn)偏差過(guò)大的組合。很多同學(xué)看到亂碼第一反應(yīng)是改代碼其實(shí)先拿頻率計(jì)/示波器量一下TXD腳的實(shí)際波特率是最快的。5.4 大批量數(shù)據(jù)吞吐驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定后我用下面這個(gè)命令做了長(zhǎng)時(shí)間壓測(cè)# 板子上把ttyWK0的數(shù)據(jù)重定向到ttyWK2 socat -v /dev/ttyWK0,raw,echo0,b115200 /dev/ttyWK2,raw,echo0,b115200 # 用串口調(diào)試助手往ttyWK0灌數(shù)據(jù) dd if/dev/urandom of/dev/ttyWK0 bs1024 count1000這個(gè)方案的邏輯是板載端把兩路串口短接在一起TXD接RXD形成自發(fā)自收環(huán)路然后通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)校驗(yàn)是否丟字節(jié)。生產(chǎn)環(huán)境里最常用的還是/dev/ttyWK0接外部串口工具配合crcmod或者minicom做文件傳輸校驗(yàn)。6. 驅(qū)動(dòng)打包與跨平臺(tái)移植為什么發(fā)這個(gè).rar最后聊聊這個(gè)壓縮包本身。很多工程師拿到一份驅(qū)動(dòng)代碼只看.c和.h就完事了其實(shí)一個(gè)能交付的驅(qū)動(dòng)包應(yīng)該是一個(gè)自洽的小工程。這個(gè).rar里我塞了以下幾類東西6.1 壓縮包內(nèi)容清單文件/目錄作用wk_uart.c/wk_uart.h驅(qū)動(dòng)主體含uart_ops和SPI讀寫(xiě)助手Makefile編譯內(nèi)核模塊用dts/wk2114.dtsRK3399下的設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)示例dts/wk2114-pinctrl.dtsi引腳復(fù)用配置片段移植時(shí)按平臺(tái)改scripts/load.sh自動(dòng)完成insmod、mknod、權(quán)限設(shè)置scripts/test_uart.py環(huán)路測(cè)試腳本用python的serial庫(kù)做收發(fā)校驗(yàn)README.md編譯步驟、接線圖、注意事項(xiàng)這個(gè)結(jié)構(gòu)照顧到了三種使用者只想快速看到效果的人直接跑load.sh、要移植到其他平臺(tái)的人主要看dts和Makefile、想從零搞懂原理的人完整讀一遍wk_uart.c。6.2 從RK3399移植到其他SoC的注意點(diǎn)如果你不是RK3399而是全志V3s、i.MX6ULL或者樹(shù)莓派改動(dòng)主要集中在這幾個(gè)地方設(shè)備樹(shù)SPI主機(jī)節(jié)點(diǎn)名和引腳復(fù)用需要換成目標(biāo)平臺(tái)的。比如全志V3s可能叫spi1引腳在pinctrl里要定義spi1_pe0之類。這是體力活看SoC手冊(cè)即可。中斷號(hào)RK3399上interrupts 20 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW里的20是GPIO3_20的IRQ編號(hào)換平臺(tái)要用目標(biāo)平臺(tái)的GPIO中斷映射方式。SPI控制器差異有些平臺(tái)用spi-gpio模擬SPI有些用硬件控制器。驅(qū)動(dòng)代碼里的struct spi_device操作是通用的只要spi-device能被綁定成功剩下的邏輯完全不用改。時(shí)鐘樹(shù)uartclk的值直接填進(jìn)設(shè)備樹(shù)的wk,uart-clk需要和目標(biāo)平臺(tái)選的WK芯片實(shí)際時(shí)鐘一致。移植最關(guān)鍵的原則驅(qū)動(dòng)核心里的wk_uart_ops一行都不要?jiǎng)右獎(jiǎng)拥闹皇窃O(shè)備樹(shù)和平臺(tái)相關(guān)的SPI配置。6.3 一個(gè)容易被忽略的交付問(wèn)題驅(qū)動(dòng)簽名和Secure Boot如果你要部署到開(kāi)了Secure Boot的板卡上編譯出來(lái)的.ko文件必須被簽名否則insmod會(huì)直接被拒絕。這時(shí)候需要把簽名公鑰添加到內(nèi)核密鑰環(huán)或者臨時(shí)關(guān)閉Secure Boot。這個(gè)坑我提一句避免你到產(chǎn)線調(diào)試時(shí)抓瞎。7. 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)心得調(diào)試全部完成后我留了一組參考參數(shù)算是這次項(xiàng)目的收尾項(xiàng)目最終值SPI時(shí)鐘8MHz分頻基準(zhǔn)時(shí)鐘48MHz內(nèi)置每路UART波特率最高1Mbps穩(wěn)定3.3V電平下實(shí)測(cè)RX FIFO處理方式電平觸發(fā) 中斷內(nèi)讀空驅(qū)動(dòng)體積單模塊約12KB長(zhǎng)時(shí)間壓測(cè)4路同時(shí)115200收發(fā)48小時(shí)0丟字節(jié)經(jīng)驗(yàn)上最值得記住的三條SPI轉(zhuǎn)串口芯片的中斷腳一定要接而且要用電平觸發(fā)。這是高性能收發(fā)的命門(mén)。先把SPI通信驗(yàn)證扎實(shí)再上串口業(yè)務(wù)。寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的spidev用戶態(tài)程序用spidev_test把芯片寄存器讀寫(xiě)改成“寫(xiě)一串01、讀回來(lái)校驗(yàn)”的形式能最快驗(yàn)證硬件鏈路有沒(méi)有壞。驅(qū)動(dòng)里所有SPI讀寫(xiě)路徑不要加任何自定義的msleep。SPI操作本身就是同步阻塞的sleep只會(huì)拖垮吞吐。這個(gè)驅(qū)動(dòng)后續(xù)如果想再壓榨性能可以往兩個(gè)方向深入一個(gè)是把SPI讀寫(xiě)改成DMA模式結(jié)合spi_async的異步接口把中斷處理時(shí)間壓到最低另一個(gè)是給每個(gè)port開(kāi)獨(dú)立的內(nèi)核kthread把FIFO搬運(yùn)從中斷上下文挪出去很適合放到高實(shí)時(shí)性場(chǎng)景。不過(guò)那是后話了先把基礎(chǔ)版跑通你手里的板子能多出四路穩(wěn)定的串口這波就不虧。本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取