Linux 驱动学习笔记（部分）

Linux 驱动学习笔记：SPI 驱动、module、ioctl、mmap 与 LCD 时序

最近在整理嵌入式 Linux 驱动时，把几个容易混淆的点串了一遍：SPI 驱动里的 spi_write_then_read、spi_message/spi_transfer，内核模块里的 module 和 module_platform_driver，字符设备驱动里的 ioctl、mmap，以及 LCD 时序。下面按"从外设驱动到用户空间接口"的顺序整理一下。

一、SPI 驱动：从简单读写到 spi_message

1. spi_write_then_read

spi_write_then_read 是内核提供的 SPI 辅助接口，适合"先发命令、再读数据"的场景。

复制代码

ret = spi_write_then_read(padxl345_spi, tx, 2, NULL, 0);

它的意思是：

参数	含义
`padxl345_spi`	SPI 设备指针
`tx`	发送缓冲区
`2`	发送 2 字节
`NULL`	不接收数据
`0`	接收 0 字节

如果 rx 为 NULL、n_rx 为 0，相当于只写不读。这种场景其实也可以直接用 spi_write()，语义更清晰。

2. spi_message + spi_transfer

更通用的 SPI 传输方式是使用 spi_message 和 spi_transfer。

复制代码

unsigned char tx[7] = {0};
unsigned char rx[7] = {0};

struct spi_message sendmsg;
struct spi_transfer transfer = {
    .tx_buf = tx,
    .rx_buf = rx,
    .len = 7,
    .delay_usecs = 20,
};

spi_message_init(&sendmsg);

tx[0] = (0x32 | (0x1 << 7) | (0x1 << 6));

spi_message_add_tail(&transfer, &sendmsg);

ret = spi_sync(padxl345_spi, &sendmsg);

这里：

0x32 是 ADXL345 的 DATAX0 寄存器地址；
0x1 << 7 表示读操作；
0x1 << 6 表示多字节连续读；
所以 tx[0] = 0xF2，表示从 DATAX0 开始连续读取三轴数据。

spi_sync() 会阻塞等待整个 SPI 事务完成。

二、module 与 module_platform_driver

1. module 是什么

Linux 内核模块是可以动态加载、卸载的内核代码，驱动通常就是以内核模块的形式存在。

复制代码

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

模块和普通用户程序不同：

对比	用户程序	内核模块
入口	`main()`	`module_init()`
退出	`return`	`module_exit()`
打印	`printf()`	`printk()`
内存分配	`malloc()`	`kmalloc()`

2. module_platform_driver

module_platform_driver 是一个简化宏，用来替代手写的 module_init / module_exit。

复制代码

module_platform_driver(my_driver);

它大致等价于：

复制代码

static int __init my_driver_init(void)
{
    return platform_driver_register(&my_driver);
}
module_init(my_driver_init);

static void __exit my_driver_exit(void)
{
    platform_driver_unregister(&my_driver);
}
module_exit(my_driver_exit);

platform_driver 通常用于 SoC 片上外设，比如 LCD、UART、PWM、GPIO 控制器等。

如果是 SPI 从设备驱动，比如 ADXL345、OLED，则通常使用 module_spi_driver。

三、ioctl：用户空间控制设备

read/write 适合传输数据流，ioctl 更适合发送控制命令。

用户空间调用：

复制代码

ioctl(fd, MY_CMD_SET_RANGE, &range);

驱动中实现：

复制代码

static long my_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    switch (cmd) {
    case MY_CMD_SET_RANGE:
        if (copy_from_user(&range, (int __user *)arg, sizeof(range)))
            return -EFAULT;
        /* 配置设备 */
        break;

    case MY_CMD_GET_ID:
        if (copy_to_user((int __user *)arg, &devid, sizeof(devid)))
            return -EFAULT;
        break;

    default:
        return -ENOTTY;
    }
    return 0;
}

命令码通常使用 <linux/ioctl.h> 中的宏定义：

复制代码

#define MY_MAGIC 'M'

#define MY_CMD_RESET   _IO(MY_MAGIC, 0)
#define MY_CMD_SET     _IOW(MY_MAGIC, 1, int)
#define MY_CMD_GET     _IOR(MY_MAGIC, 2, int)
#define MY_CMD_RDWR    _IOWR(MY_MAGIC, 3, int)

这里的读/写方向是从用户空间视角看的：

宏	含义
`_IO`	无参数
`_IOW`	用户向内核写数据
`_IOR`	内核向用户读数据
`_IOWR`	双向传输

四、mmap：用户空间直接访问设备内存

mmap 可以把内核物理内存或设备内存映射到用户空间，适合帧缓冲、DMA 缓冲区、寄存器空间等大数据场景。

用户空间：

复制代码

void *addr = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE,
                  MAP_SHARED, fd, 0);

驱动中实现 .mmap：

复制代码

static int my_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{
    unsigned long size = vma->vm_end - vma->vm_start;
    unsigned long pfn;

    if (size > BUFFER_SIZE)
        return -EINVAL;

    pfn = virt_to_phys(kbuf) >> PAGE_SHIFT;

    vma->vm_flags |= VM_IO | VM_DONTEXPAND | VM_DONTDUMP;
    vma->vm_page_prot = pgprot_writecombine(vma->vm_page_prot);

    return remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, pfn, size,
                           vma->vm_page_prot);
}

remap_pfn_range() 负责把物理页映射到用户 VMA。

相比 read/write，mmap 可以避免反复 copy_from_user/copy_to_user，在 LCD 帧缓冲、摄像头采集、ADC 批量采样等场景下效率更高。

五、LCD 时序：PCLK、HSYNC、VSYNC、DE

LCD 时序本质上是告诉 LCD 控制器什么时候发一帧、什么时候发一行、什么时候发有效像素。

常见信号：

信号	作用
PCLK	像素时钟，每个周期传输一个像素
HSYNC	行同步，表示一行开始
VSYNC	帧同步，表示一帧开始
DE	数据使能，高电平时 RGB 数据有效

一行完整时序：

复制代码

HSYNC → HBP → 有效像素 → HFP

一帧完整时序：

复制代码

VSYNC → VBP → 有效行 → VFP

像素时钟计算：

复制代码

PCLK = HTotal × VTotal × 刷新率
HTotal = HSW + HBP + HACT + HFP
VTotal = VSW + VBP + VACT + VFP

例如 800×480@60Hz，如果：

复制代码

HTotal = 800 + 40 + 88 + 128 = 1056
VTotal = 480 + 10 + 33 + 2   = 525

则：

复制代码

PCLK ≈ 1056 × 525 × 60 ≈ 33.3 MHz

IMX6ULL 的 eLCDIF 控制器就是按这些参数配置的，具体数值必须参考屏幕规格书。

六、小结

这几个知识点可以串成一条驱动学习线：

SPI 驱动 ：用 spi_write_then_read 做简单寄存器读写，用 spi_message/spi_transfer 做复杂传输；
内核模块 ：module_init/module_exit 是基础，module_platform_driver、module_spi_driver 是封装；
字符设备接口 ：read/write 传数据，ioctl 发控制命令，mmap 做零拷贝内存映射；
LCD 驱动：重点理解 PCLK、HSYNC、VSYNC、DE 以及前后廊参数。