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QSPI

介绍QSPI的功能和使用方法。

模块介绍​

QSPI 是SoC和外设之间的一种串行接口总线（SPI），支持4x模式。SPI有主、从两种模式，通常一个主设备（Master）和一个或多个从设备（Slave）连接。主设备选择一个从设备进行通信，完成数据交互。主设备提供时钟，读写操作都由主设备发起。K3 QSPI暂时只支持主设备模式。

功能介绍​

Linux spi驱动框架分为三部分: SPI core、SPI控制器驱动 和 SPI设备驱动。
SPI core主要作用:

  • SPI总线和 spi_master 类注册
  • SPI控制器添加和删除
  • SPI设备添加和删除
  • SPI设备驱动注册与注销

SPI控制器驱动:

  • SPI Master控制器驱动，对SPI Master控制器进行操作

SPI设备驱动

  • SPI Device驱动

源码结构介绍​

控制器驱动代码位于 drivers/spi 目录下:

|-- spi-fsl-qspi.c              #k3 qspi驱动

关键特性​

特性​

特性特性说明
通信协议支持SSP/SPI/MicroWire/PSP协议
通信频率最高频率支持102MHz, 最低频率支持30MHz
通信倍数x1/x2/x4
支持外设支持spi-nor和spi-nand

性能参数​

通信频率​

当前QSPI控制器最大支持102MHz，支持的通信频率列表：

  • 30.72MHz
  • 35.10MHz
  • 40.96MHz
  • 53.57MHz
  • 68.26MHz
  • 75MHz
  • 81.92MHz
  • 93.75MHz
  • 98.3MHz
  • 102.4MHz

通信倍速​

QSPI 通信倍速支持 x1/x2/x4。

测试方法
可通过示波器或逻辑分析仪测试 SCK 信号频率，以确认通信倍速。

配置介绍​

主要包括驱动使能配置和dts配置

CONFIG配置​

  • CONFIG_SPI 为SPI总线协议提供支持，默认值为 Y
Device Drivers
        SPI support (SPI [=y])
  • CONFIG_SPI_MEM 为简化操作SPI接口存储器设备提供支持，默认值为 Y
Device Drivers
        SPI support (SPI [=y])
                SPI memory extension (SPI_MEM [=y])
  • CONFIG_SPI_FSL_QUADSPI 为 K3 QSPI 控制器驱动提供支持，默认值为 Y
Device Drivers
        SPI support (SPI [=y])
                Freescale QSPI controller (SPI_FSL_QUADSPI [=y])

dts配置​

pinctrl​

查看方案原理图，找到 QSPI 使用的 pin 组。可参考 PINCTRL里的 pin配置定义 小节，确定 QSPI 使用的 pin 组。

假设 QSPI 可以直接采用 k3_pinctrl.dtsi 中定义 pinctrl_qspi 组。

spi 设备配置​

需要确认 SPI 设备类型，QSPI 与 SPI 设备通信频率和倍速。

设备类型​

确认 QSPI 下连接的 SPI 设备类型，是 spi-nor 还是 spi-nand。

通信频率​

QSPI 控制器和 SPI 设备最大通信速率。
当前 QSPI 控制器支持的通信频率列表见本文 性能参数 小节 的 通信频率 中的频率列表

spi 设备 dts​

以 spi nor 为例，采用最大通信频率 30MHz，发送和接收都采用 x4 通信。

// 这里需要指定一下pin所需使用的电压，这里以1V8举例，更详细信息请参考pinctrl章节
&pinctrl {
	qspi-cfg {
		qspi-0-pins {
			power-source = <1800>;
		};

        qspi-1-pins {
			power-source = <1800>;
		};
	};
};

&qspi {
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&qspi_cfg>;
	status = "okay";

	flash@0 {
		compatible = "jedec,spi-nor";
		reg = <0>;
		spi-max-frequency = <30000000>;
		m25p,fast-read;
		spi-tx-bus-width = <4>;
		spi-rx-bus-width = <4>;
		broken-flash-reset;
		status = "okay";
	};
};

dts示例​

spi-nor​

综合上述信息，QSPI 连接 spi-nor flash，nor最大通信频率为 30MHz，且采用 x4 通信。

方案 dts 配置如下

&pinctrl {
	qspi-cfg {
		qspi-0-pins {
			power-source = <1800>;
		};

        qspi-1-pins {
			power-source = <1800>;
		};
	};
};

&qspi {
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&qspi_cfg>;
	status = "okay";

	flash@0 {
		compatible = "jedec,spi-nor";
		reg = <0>;
		spi-max-frequency = <30000000>;
		m25p,fast-read;
		spi-tx-bus-width = <4>;
		spi-rx-bus-width = <4>;
		broken-flash-reset;
		status = "okay";
	};
};
spi-nand​

QSPI 连接 spi-nand flash，nand最大通信频率为30MHz，且采用 x4 通信。

方案 dts 配置可以参考 spi-nor，只用修改 flash 设备节点。

&pinctrl {
	qspi-cfg {
		qspi-0-pins {
			power-source = <1800>;
		};

        qspi-1-pins {
			power-source = <1800>;
		};
	};
};

&qspi {
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&qspi_cfg>;
	status = "okay";

	flash@0 {
		compatible = "spi-nand";
		reg = <0>;
		spi-max-frequency = <30000000>;
		m25p,fast-read;
		spi-tx-bus-width = <4>;
		spi-rx-bus-width = <4>;
		broken-flash-reset;
		status = "okay";
	};
};

接口介绍​

API介绍​

设备驱动注册与注销

int __spi_register_driver(struct module *owner, struct spi_driver *sdrv);  
void spi_unregister_driver(struct spi_driver *sdrv);

数据传输API

  • 初始化spi_message
void spi_message_init(struct spi_message *m);
  • 添加spi_transfer到spi_message的transfer列表
void spi_message_add_tail(struct spi_transfer *t, struct spi_message *m);
  • write数据
int spi_write(struct spi_device *spi, const void *buf, size_t len);
  • read数据
int spi_read(struct spi_device *spi, void *buf, size_t len);
  • 同步传输spi_message
int spi_sync(struct spi_device *spi, struct spi_message *message);

Debug介绍​

sysfs​

查看系统 SPI 总线设备和驱动信息 /sys/bus/spi

|-- devices                 // spi总线上的设备
|-- drivers                 // spi总线上注册的设备驱动
|-- drivers_autoprobe
|-- drivers_probe
`-- uevent

debugfs​

用于查看系统中 SPI 设备信息 /sys/kernel/debug/spi-nor/spi4.0

|-- capabilities
`-- params

# cat capabilities
Supported read modes by the flash
 1S-1S-1S
  opcode        0x03
  mode cycles   0
  dummy cycles  0
 1S-1S-1S (fast read)
  opcode        0x0b
  mode cycles   0
  dummy cycles  8
 1S-1S-2S
  opcode        0x3b
  mode cycles   0
  dummy cycles  8
 1S-2S-2S
  opcode        0xbb
  mode cycles   2
  dummy cycles  2
 1S-1S-4S
  opcode        0x6b
  mode cycles   0
  dummy cycles  8
 1S-4S-4S
  opcode        0xeb
  mode cycles   2
  dummy cycles  4
 4S-4S-4S
  opcode        0xeb
  mode cycles   2
  dummy cycles  2

Supported page program modes by the flash
 1S-1S-1S
  opcode        0x02

# cat params
name            gd25lq64c
id              c8 60 17 c8 60 17
size            8.00 MiB
write size      1
page size       256
address nbytes  3
flags           HAS_SR_TB | BROKEN_RESET | HAS_LOCK | HAS_16BIT_SR | NO_READ_CR | SOFT_RESET

opcodes
 read           0xeb
  dummy cycles  6
 erase          0x20
 program        0x02
 8D extension   none

protocols
 read           1S-4S-4S
 write          1S-1S-1S
 register       1S-1S-1S

erase commands
 20 (4.00 KiB) [1]
 52 (32.0 KiB) [2]
 d8 (64.0 KiB) [3]
 c7 (8.00 MiB)

sector map
 region (in hex)   | erase mask | overlaid
 ------------------+------------+----------
 00000000-007fffff |     [ 1  ] | no

测试介绍​

spi-nand/nor读写速率测试​

打开CONFIG_MTD_TESTS

Device Drivers
         Memory Technology Device (MTD) support (MTD [=y])
                MTD tests support (DANGEROUS) (MTD_TESTS [=m])

测试命令

insmod mtd_speedtest.ko dev=0   #0表示spi-nand/nor的mtd设备号

FAQ​