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(zhuān)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(lèi)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)少占用引腳少I(mǎi)2C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(xiàn)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(huà)用戶(hù)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(mǎn)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(fǎng)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(lèi)一類(lèi)是全局控制寄存器比如中斷狀態(tài)、復(fù)位控制另一類(lèi)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(xiāo)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(xún)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(xún)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(xiàn)對(duì)比路線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(hù)態(tài)通過(guò)open/read/write/ioctl訪(fǎng)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(fǎng)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(fǎng)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(xiàn)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(huà)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(xiàn)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(huà)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(xiàn)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(mǎn)滿(mǎn)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(mǎn)滿(mǎn)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(hù)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(lèi)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(lài)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(xiàn)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(xiàn)纜/布線(xiàn)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(xiàn)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(mǎn)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(lèi)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(guān)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(zhuān)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(lèi)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(lèi)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(xiàn)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(lèi)。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(xiàn)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(hù)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(huà)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