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初識AXI quad SPI
自《PG153 AXI Quad SPI v3.2》
支持：
Legacy Mode
standard mode: 準SPI通常就稱SPI，它是一種串行外設接口規範，有4根通信腳：SCK （時鐘）, CS（片選）, MOSI（主出從入）, MISO（主入從出）。
Dual/Quad SPI Mode:
在標準模式下，支持高達32個從站，這是非常靈活的指標。本文對於手冊中的詳細技術細節不做過多闡述，有興趣的自行深入閱讀研究。
該SPI IP能幹神馬呢？
完成如下這樣一個應用場景：
所需要實現的需求用例爲：
利用AXI quad SPI 實現SPI外設控制器
實現SPI外設控制器驅動
實現多SPI從設備掛載在SPI總線
實現用戶空間訪問多從SPI物理從設備
從軟件分層的視角來看，上述的需求需要實現下面的訪問層級：
爲什麼要研究這個呢？實際用ZYNQ芯片做產品時，很有可能外部有多個SPI從設備芯片需要利用Linux訪問，你或許會說ZYNQ的PS端不是自帶了兩個SPI控制器嗎？但有時候項目中這兩個SPI對應的引腳可能用做其他用途了，而一個複雜的項目中又不得不使用多個SPI從設備芯片時，本文所討論的話題就能很好的解決這樣的需求場景了。通過本文，你會發現，原來ZYNQ的SPI IP是如此靈活好用！
本文目的實戰描述，如何一步一步從PL端設計：
block design
約束
綜合
導出
乃至PS端：
SPI驅動配置
設備樹修改
系統編譯部署
設備驅動測試
按照這個流程，那麼第一步需要設計PL端與PS端的配置，且看：
AXI Quad SPI 之配置
從IP catalog中按下圖從ip庫中添加如下IP：
ZYNQ7 processing System
AXI interconnect
AXI Quad SPI(可根據需要添加多個)
Processing System Reset（添加ZYNQ7 processing System 點自動連線會自動添加，當然也可以手動添加）
Concat
Block設計圖
使能ZYNQ7 processing System的時鐘PL Fabric clocks,用以驅動PL端的IP：
使能M AXI GP0接口如下：
雙擊AXI interconnect，設置2主1從：
雙擊axi_quad_spi_0設置如下，設置4個從設備（最多可支持32個從設備，PS端內置的SPI控制器1個最多支持3個從設備，從這一點可看出該IP的靈活性）
同樣將axi_quad_spi_1設置爲2個從設備接口。
然後按照前面的連線圖，將各塊連接好，做過硬件的盆友會比較適應，這就像畫原理圖一樣，就將各IP建立了邏輯連接關係了。除此之外，對於一個ZYNQ的板子而言，你還需要做如下的PS端設置：
DDR RAM設置，根據自身的板子的內存芯片以及內存大小進行設置
Peripheral IO外設設置，比如SD卡，UART,QUAD SPI Flash,erthernet等
clock時鐘系統設置，根據板子的情況進行設置CPU、DDR時鐘頻率、IO時鐘等
......
至於這些怎麼配置，比較常見這裏就不贅述了。
對於AXI quad SPI外設還有一個很重要的配置，就是其地址範圍：
該地址最終將導出到設備樹描述文件，用於SPI控制器驅動訪問，從而讓SPI控制器驅動得以與該IP通過AXI總線進行通信。
導出硬件文件
點擊open elaborated design ，然後打開io ports進行管腳分配，這需要根據各自的硬件實際情況進行設置，比如我是這樣設置的：
電平標準
是否上拉
驅動能力
.....
然後點擊Run synthesis進行綜合，成功之後點擊生成bit stream。再點擊export hardware,得到.hdf文件，這個文件用於構建內核。
將得到的硬件描述hdf文件以及bitstream文件拷貝至內核編譯文件夾下：
配置編譯內核
運行命令讀取硬件描述文件：
petalinux-config --get-hw-description ../base.sdk
注：這裏將hdf文件以及.bit文件放置在petalinux編譯路徑的上級目錄的base.sdk，根據習慣可自行設置，只有上述命令傳入的路徑正確即可。
等待一段時間後，可得到一個配置界面，用於配置內核源、u-boot源、Image 等配置。
根據實際情況配置好後，退出配置並保存配置。使用過的會比較熟悉，這裏不贅述了。
配置設備樹
編輯用戶設備樹文件，用戶設備樹文件在下面路徑中：
./project-spec/meta-user/recipes-bsp/device-tree/files/system-user.dtsi
配置設備樹如下：
/include/ "system-conf.dtsi"
/ {
};
&axi_quad_spi_0 {
status = "okay";
clock-names = "axi_clk", "axi4_clk", "spi_clk";
clocks = <&clkc 15>, <&clkc 15>, <&clkc 15>;
spi0_dev_0@0 {
compatible = "spidev";
reg = <0>;
spi-max-frequency = <500000>;
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
};
spi0_dev_1@1 {
compatible = "spidev";
reg = <1>;
spi-max-frequency = <500000>;
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
};
spi0_dev_2@2 {
compatible = "spidev";
reg = <2>;
spi-max-frequency = <500000>;
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
};
spi0_dev_3@3 {
compatible = "spidev";
reg = <3>;
spi-max-frequency = <500000>;
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
};
};
&axi_quad_spi_1 {
status = "okay";
clock-names = "axi_clk", "axi4_clk", "spi_clk";
clocks = <&clkc 15>, <&clkc 15>, <&clkc 15>;
spi1_dev_0@0 {
compatible = "spidev";
reg = <0>;
spi-max-frequency = <500000>;
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
};
spi1_dev_1@1 {
compatible = "spidev";
reg = <1>;
spi-max-frequency = <500000>;
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
};
};
這裏直接使用內置spidev兼容從設備驅動，當然如果需要自己定義一個SPI設備驅動也是非常容易的，但是對於大部分普通的SPI從芯片而言直接使用spidev設備驅動即可，只需要在讀寫時按照芯片手冊協議進行訪問即可。
配置內核
運行下面命令進行內核配置：
petalinux-config -c kernel
內核配置
對於本應用而言，需要配置SPI驅動：
Device Drivers --->
+-SPI support--->
配置如下：
這裏調試中遇到一個奇怪的問題,CONFIG_SUSPEND需要禁止，否則控制器驅動加載不成功，目前還沒有深入研究爲什麼不成功，猜想可能是主控制器驅動關於SUSPEND功能還不支持或者有bug，如果有哪位大神知道怎麼解決請求留言指點。
Power management options --->
Suspend to RAM and standby
功能管理配置
退出並保存配置，然後運行下面命令編譯系統：
petalinux-build
等待編譯成功後，運行下面命令將bitstream文件包進BOOT.bin中。
petalipackage --boot --fsbl ./images/linux/zynq_fsbl.elf --fpga ../base.sdk/design_1_wrapper.bit --u-boot --force
將得到下面的輸出信息，表示操作成功：
INFO: File in BOOT BIN: "/home/zynq/ALINX/spi_ip/ax_peta/images/linux/zynq_fsbl.elf"
INFO: File in BOOT BIN: "/home/zynq/ALINX/spi_ip/base.sdk/design_1_wrapper.bit"
INFO: File in BOOT BIN: "/home/zynq/ALINX/spi_ip/ax_peta/images/linux/u-boot.elf"
INFO: Generating zynq binary package BOOT.BIN...
INFO: Binary is ready.
WARNING: Unable to access the TFTPBOOT folder /tftpboot!!!
WARNING: Skip file copy to TFTPBOOT folder!!!
注：/home/zynq/ALINX/spi_ip/ax_peta 是本文工程的目錄
測試SPI從設備
編寫驅動測試程序，代碼如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
int len;
unsigned char buf[10];
unsigned char tmp;
/* 驗證輸入參數個數 */
if(3 != argc)
{
printf("none para\n");
return -1;
}
/* 打開輸入的設備文件, 獲取文件句柄 */
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if(fd < 0)
{
/* 打開文件失敗 */
printf("Can't open file %s\r\n", argv[1]);
return -1;
}
int i = 0;
int j = 0;
len =strlen(argv[2]);
for(i=0;i<len;i++)
{
if(argv[2][i]>='0' && argv[2][i]<='9')
{
tmp = argv[2][i] - '0';
}
else if(argv[2][i]>='a' && argv[2][i]<='f')
{
tmp = argv[2][i] - 'a'+10;
}
else if(argv[2][i]>='A' && argv[2][i]<='F')
{
tmp = argv[2][i] - 'A'+10;
}
else
{
printf("Invalid input parameters \r\n");
return -1;
}
if(i%2==0)
buf[j] = tmp<<4;
else
{
buf[j] += tmp;
j++;
}
}
len = j;
printf("Test wr:");
for(i=0;i<len;i++)
printf(" %x",buf[i]);
write(fd, &buf[0], len);
printf("\n");
/* 操作結束後關閉文件 */
close(fd);
return 0;
}
編譯：
arm-linux-gnueabihf-gcc test.c -o test
將編譯所得的BOOT.BIN以及image.ub文件拷貝至製作好的SD的BOOT區，test文件拷貝至/home下。然後插上SD卡上電運行電路板：
登錄控制檯後，運行ls /dev查看spidev設備是否加載成功：
可見spedev1.0、spidev1.1以及spidev2.0--spidev2.3加載成功，與預期一樣。
然後運行測試程序：
root@ax_peta:/run/media/mmcblk0p2/home#./test /dev/spidev1.0 78aa
Test wr: 78 aa
用示波器或者邏輯分析儀觀察對應引腳，將出現正確的SPI通信波形。
總結一下
至此，就基本實現了從PS端Linux用戶空間訪問PL端的SPI從設備了。當然實際項目中還有很多細節需要進一步研究：
CPOL/CPHA 組合四種模式設置
SPI通信速率設置
從設備應用協議程序編寫
AXI Quad SPI FIFO特性的深入應用
AXI Quad SPI 其他模式及細節研究等
對於這些更細節的內容，相信在將基本框架搭建成功後，只要深入細緻研究都不會有太大的難度。從本文可看出，ZYNQ之所以如此靈活好用，是其廠家或者第三方提供了大量成熟可供使用的IP以及配套的驅動程序。如有興趣嘗試用來開發項目，相信你會很快喜歡上這個體系的芯片，真的可以做到片上即可實現系統這一目標！
—END—
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