它們不僅用于存儲配置參數和校準數據，還常用于固件更新和存儲關鍵的系統信息
而SPI（Serial Peripheral Interface，串行外圍設備接口）作為一種高速、全雙工、同步的通信協議，由于其簡單易用和占用芯片管腳少的特性，成為EEPROM連接的主要接口之一
本文將詳細介紹如何在Linux系統下開發和應用基于SPI接口的EEPROM驅動
SPI總線概述 SPI總線是由Motorola在其MC68HCXX系列處理器上首先定義的，主要用于EEPROM、FLASH存儲器、實時時鐘、AD轉換器以及數字信號處理器和數字信號解碼器之間的通信
SPI總線在芯片的管腳上只占用四根線：MOSI（主設備數據輸出，從設備數據輸入）、MISO（主設備數據輸入，從設備數據輸出）、CLK（時鐘信號，由主設備產生）和nCS（從設備使能信號，由主設備控制）
這種設計不僅節約了芯片的管腳，還為PCB的布局節省了空間
SPI總線傳輸數據采用高位在前（MSB first），低位在后的方式
在CLK的下降沿上數據改變，而在上升沿時一位數據被存入移位寄存器
一個SPI時鐘周期內會完成以下操作： 1. 主設備通過MOSI線發送1位數據，同時從設備通過MOSI線讀取這1位數據
2. 從設備通過MISO線發送1位數據，同時主設備通過MISO線讀取這1位數據
主設備和從設備各有一個移位寄存器，這兩個移位寄存器連接成環狀
依照CLK的變化，數據以MSB first的方式依次移出主設備寄存器和從設備寄存器，并依次移入從設備寄存器和主設備寄存器
當寄存器中的內容全部移出時，相當于完成了兩個寄存器內容的交換
SPI總線傳輸一共有四種模式，分別由時鐘極性（CPOL）和時鐘相位（CPHA）來定義
這四種模式決定了時鐘信號空閑狀態的電平和數據是在時鐘的上升沿還是下降沿被采樣
其中，模式0（CPOL=0, CPHA=0）和模式3（CPOL=1, CPHA=1）較為常用
Linux SPI框架 Linux系統對SPI設備提供了良好的支持，其SPI驅動程序從邏輯上可以分為三個部分：SPI核心（SPI Core）、SPI控制器驅動（SPI Master Driver）和SPI設備驅動（SPI Device Driver）
1.SPI核心（SPI Core）： SPI Core是Linux內核用來維護和管理SPI設備的核心部分
它提供操作接口函數，允許SPI主控制器、SPI驅動和SPI設備在初始化時在SPI Core中進行注冊，并在退出時進行注銷
2.SPI控制器驅動（SPI Master Driver）： SPI Master Driver針對不同類型的SPI控制器硬件，實現SPI總線的硬件訪問操作
它通過接口函數向SPI Core注冊一個控制器
3.SPI設備驅動（SPI Device Driver）： SPI Device Driver是對應于SPI設備端的驅動程序，通過接口函數向SPI Core進行注冊
它的作用是將SPI設備掛接到SPI總線上
EEPROM SPI驅動開發 在Linux系統下開發EEPROM SPI驅動，通常需要參考EEPROM的具體數據手冊，并基于Linux提供的SPI框架進行開發
以下以AT25M02 EEPROM為例，詳細介紹驅動開發的步驟
AT25M02 EEPROM簡介 AT25M02是一款2Mbit（262,144 x 8）的SPI串行EEPROM，適用于許多低功率和低壓操作必不可少的工業和商業應用
它支持SPI模式0（0,0）和模式3（1,1），具有5MHz的時鐘速率和256字節的頁模式，尋址方式為24位
驅動開發步驟 1.設備樹配置： 在Linux系統中，EEPROM通過設備樹（Device Tree）進行配置
首先，在SPI節點的子節點中添加EEPROM節點，并根據EEPROM的數據手冊和驅動程序進行配置
例如： dts &spi0{ is-decoded-cs=<0>; num-cs=<1>; status=okay; eeprom: eeprom-at25m02@0 { compatible=atmel,at25; spi-max-frequency=<5000000>; // 5MHz reg=<0>; // 在 drivers/misc/eeprom/at25.c 和 include/linux/spi/eeprom.h 中定義 at25,addr-mode=<4>; // address bits: 24 bit at25,page-size=<256>; // Page: 256 Byte at25,byte-len=<262144>; // 262144bytes (2-Mbit) }; }; 2.驅動程序開發： Linux內核已經提供了EEPROM設備的通用驅動程序，位于`drivers/misc/eeprom`目錄下
對于SPI接口的EEPROM，重點關注`at25.c`文件
該文件定義了一些操作指令和參數，如寫使能、讀狀態寄存器、寫狀態寄存器、讀字節（s）和寫字節（s）/扇區等
驅動程序提供了以下接口函數： -`at25_bin_read()` -`at25_bin_write()` -`at25_ee_read()` -`at25_ee_write()` -`at25_mem_read()` -`at25_mem_write()` -`at25_np_to_chip()` -`at25_probe()` -`at25_remove()` 在`at25_driver`結構體中的`driver`成員中增加`of_match_table`，該表定義了與設備樹中兼容的設備匹配信息
例如： c static const structof_device_id at25_of_match【】 ={ { .compatible = atmel,at25,}, {}, }; MODULE_DEVICE_TABLE(of, at25_of_match); static struct spi_driver at25_driver ={ .driver ={ .name = at25, .owner =THIS_MODULE, .of_match_table = at25_of_match, }, .probe = at25_probe, .remove = at25_remove, }; module_spi_driver(at25_driver); MODULE_DESCRIPTION(Driver for most SPI EEPROMs); MODULE_AUTHOR(David Brownell); MODULE_LICENSE(GPL); MODULE_ALIAS(spi:at25); 3
