?在安卓/Linux主機上經(jīng)常會遇到CPU原生SPI/I2C/GPIO Master資源通道不夠或者功性能不滿足實際產(chǎn)品需求的情況，基于USB2.0高速USB轉(zhuǎn)接芯片CH347，配合廠商提供的USB轉(zhuǎn)MPSI（Multi Peripheral Serial Line）Master總線驅(qū)動（CH34X-MSPI-Master）可輕松實現(xiàn)為系統(tǒng)擴展SPI和I2C總線、GPIO Expander、中斷信號等。

該驅(qū)動軟件正常工作后，會在系統(tǒng)下創(chuàng)建新的SPI和I2C Master，擁有獨立的bus num，原SPI和I2C器件的設(shè)備驅(qū)動可直接掛載到該總線上，無需任何修改。驅(qū)動會同時創(chuàng)建GPIO相關(guān)資源，各GPIO可通過sysfs文件系統(tǒng)或應(yīng)用層軟件直接訪問，也可以由其他設(shè)備驅(qū)動申請該GPIO的訪問權(quán)以及申請GPIO對應(yīng)中斷號并注冊中斷服務(wù)程序。

應(yīng)用框圖：

CH347是一款高速USB總線轉(zhuǎn)接芯片，通過USB總線提供異步串口、I2C同步串行接口、SPI同步串行接口和JTAG接口等。本方案僅使用到CH347的高速SPI、I2C串行總線，以及GPIO功能，使用串口功能需要單獨使用CH343SER串口驅(qū)動，使用JTAG功能或SPI和I2C的非總線模式應(yīng)用可使用CH341PAR多功能USB設(shè)備驅(qū)動。

驅(qū)動特點：

1、支持CH347與CH341總線轉(zhuǎn)接芯片；

2、支持SPI、I2C、GPIO、IRQ等接口和功能擴展；

3、支持SPI、I2C的bus總線號、GPIO編號、IRQ中斷號的動態(tài)分配以及靜態(tài)指定；

4、支持自動綁定spi通用設(shè)備驅(qū)動，創(chuàng)建/dev/spidev*；

驅(qū)動概述

該Master驅(qū)動支持在Linux/安卓主機上，使用USB轉(zhuǎn)串口/JTAG/SPI/I2C/GPIO轉(zhuǎn)換芯片CH347，和USB轉(zhuǎn)串口/SPI/I2C/GPIO轉(zhuǎn)換芯片CH341。

驅(qū)動僅支持SPI/I2C/GPIO接口，該文檔主要介紹CH347芯片的相關(guān)特性。

CH347 SPI接口

SPI接口特性：

SPI模式0/1/2/3

SPI時鐘頻率60MHz/30MHz/15MHz/7.5MHz/3.75MHz/1.875MHz/937.5KHz/468.75KHz

MSB/LSB傳輸

8位/16位傳輸

2路片選

片選高/低有效

CH347 I2C接口

CH347支持4種I2C時鐘：20kHz，100kHz，400kHz和750kHz。該驅(qū)動會默認將I2C的時鐘初始化為100KHz，當前不支持動態(tài)修改該時鐘頻率，若需要修改可以在ch34x_mpsi_i2c_init函數(shù)中修改。

在Linux上增加對器件的驅(qū)動支持十分方便，只需要將該器件的設(shè)備驅(qū)動綁定到此Master驅(qū)動生成的總線下即可。舉例：

modprobe bmi160_i2c
echo "bmi160 0x68" > /sys/bus/i2c/devices/i2c-$DEV/new_device

或

modprobe tcs3472
echo "tcs3472 0x29" > /sys/bus/i2c/devices/i2c-$DEV/new_device

驅(qū)動創(chuàng)建的I2C設(shè)備文件在/sys/bus/i2c/devices/i2c-$DEV/ 目錄下

CH347 GPIO接口

CH347的硬件接口支持GPIO0~GPIO7，考慮到部分引腳被SPI和I2C的接口占用了，此驅(qū)動僅開放支持了GPIO4，GPIO6和GPIO7。

驅(qū)動操作說明

• 使用“make”或者其他方式編譯此驅(qū)動，如果動態(tài)編譯成功會生成“ch34x_mpsi_master.ko”驅(qū)動模塊
• 使用“sudo make load”或“sudo insmod ch34x_mpsi_master.ko”動態(tài)加載驅(qū)動，使用此方式加載SPI總線號和GPIO起始序號會自動分配，也可以通過增加參數(shù)進行指定。
• 如：“sudo insmod ch34x_mpsi_master.ko spi_bus_num=3 gpio_base_num=60”
• 使用“sudo make unload”或“sudo rmmod ch34x_mpsi_master.ko”卸載驅(qū)動
• 使用“sudo make install”將驅(qū)動開機自動工作
• 使用“sudo make uninstall”卸載該驅(qū)動

使用此驅(qū)動，需要確認CH347/CH341已經(jīng)插入主機并且工作正常，可以使用“l(fā)susb”或“dmesg”指令來確定，CH347/CH341的廠商VID是0x1A86。

如果芯片工作正常，可以使用“l(fā)s /sys/class/master”，“l(fā)s /sys/class/gpio”指令確認設(shè)備節(jié)點路徑。

用戶空間訪問

使用SPI接口

一旦驅(qū)動加載成功，默認會提供2個關(guān)聯(lián)到這個新的SPI Bus的SPI Slave設(shè)備，以CH347為例：

/dev/spidev0.0
/dev/spidev0.1

根據(jù)設(shè)備名稱規(guī)則 /dev/spidev.，是驅(qū)動自動選擇的總線號， 是芯片指定引腳的片選信號。

自linux內(nèi)核5.15開始綁定到spidev驅(qū)動需要主動bind使/dev目錄下設(shè)備可用，如bus 0下slave 1：

# echo spidev > /sys/class/spi_master/spi0/spi0.1/driver_override
# echo spi0.1 > /sys/bus/spi/drivers/spidev/bind

對所有ch34x_mpsi_master驅(qū)動管理的設(shè)備：

# for i in /sys/bus/usb/drivers/mpsi-ch34x/*/spi_master/spi*/spi*.*; do echo spidev > $i/driver_override; echo $(basename $i) > /sys/bus/spi/drivers/spidev/bind; done

標準I/O函數(shù)如 open, ioctl 和close 可以直接和該spi slave進行通訊，打開SPI設(shè)備：

int spi = open("/dev/spidev0.0", O_RDWR));

設(shè)備打開成功后，可以使用 ioctl函數(shù)修改SPI配置和傳輸數(shù)據(jù)等。

uint8_t mode = SPI_MODE_0;
uint8_t lsb = SPI_LSB_FIRST;
...
ioctl(spi, SPI_IOC_WR_MODE, &mode);
ioctl(spi, SPI_IOC_WR_LSB_FIRST, &lsb);

函數(shù) ioctl傳輸數(shù)據(jù)示例：

uint8_t *mosi; // output data
uint8_t *miso; // input data
...
// fill mosi with output data
...
struct spi_ioc_transfer spi_trans;
memset(&spi_trans, 0, sizeof(spi_trans));
?
spi_trans.tx_buf = (unsigned long) mosi;
spi_trans.rx_buf = (unsigned long) miso;
spi_trans.len = len;
?
int status = ioctl (spi, SPI_IOC_MESSAGE(1), &spi_trans);
?
// use input data in miso

掛載SPI NOR FLASH作為MTD存儲設(shè)備

舉例：flash器件掛載到bus 0 chip 0（spi0.0）

# echo spi0.0 > /sys/bus/spi/drivers/spidev/unbind
# echo spi-nor > /sys/bus/spi/devices/spi0.0/driver_override
# echo spi0.0 > /sys/bus/spi/drivers/spi-nor/bind

注：為方便用戶使用，該驅(qū)動默認會創(chuàng)建spidev設(shè)備，用戶可以使用上面的命令主動解綁與spidev的綁定，或者undefine在ch34x_mpsi_master_spi.c文件中的“SPIDEV”宏定義。

使用GPIO接口

用戶空間方位GPIO，可以使用sysfs，對驅(qū)動支持的GPIO，可在如下系統(tǒng)目錄下查看。

/sys/class/gpio/

是定義在驅(qū)動變量 ch347_board_config中的GPIO名稱 ，目錄包含

• value 文件用于配置或讀取GPIO電平
• edge文件用于配置GPIO中斷使能以及中斷類型
• direction文件用于改變支持雙向GPIO的引腳方向

注：對文件的讀寫操作，用戶需要指定的讀寫權(quán)限。

當前支持的中斷類型包括：

• rising 上升沿中斷
• falling 下降沿中斷
• both 雙邊沿中斷

打開GPIO

使用GPIO前，需要先打開value文件

int  fd;
?
if ((fd = open("/sys/class/gpio/value", O_RDWR)) == -1) 
{
   perror("open");
   return -1;
}

是GPIO的名稱

設(shè)置GPIO方向

配置GPIO方向為input或output，可在root權(quán)限下簡單地寫入in或out字符串到direction文件。

echo out > /sys/class/gpio/gpio4/direction

設(shè)置GPIO輸出

文件value打開后，可使用標準I/O函數(shù)進行讀寫，配置GPIO輸出電平，可簡單使用write函數(shù)，寫入后GPIO會立刻輸出指定電平。

if (write(fd, value ? "1" : "0", 1) == -1) 
{
   perror ("write");
    return -1;
}

讀取GPIO電平

讀取GPIO電平，可簡單使用read函數(shù)：

char buf;
?
if (read(fd, &buf, 1) == -1) 
{
   perror("read");
   return -1;
}
?
value = (buf == '0') ? 0 : 1;

每一次讀操作后，需要將文件位置指針需要重新定位到首字節(jié)。

if (lseek(fd, 0, SEEK_SET) == -1) {
   perror("lseek");
   return -1;
}

使用GPIO中斷

完整的使用GPIO中斷功能的驅(qū)動例程：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
?
#define GPIO_NUMBER 509 /* modify with actual gpio number */
?
static irqreturn_t gpio_interrupt(int irq, void *dev_id)
{
    printk("gpio_interrupt callback.n");
?
    return IRQ_HANDLED;
}
?
static int __init ch34x_gpio_init(void)
{
    unsigned long flags = IRQF_TRIGGER_FALLING;
    int ret;
    int irq;
?
    irq = gpio_to_irq(GPIO_NUMBER);
    printk("irq: %dn", irq);
    ret = gpio_request(GPIO_NUMBER, "gpioint");
    if (ret) {
        printk("gpio_request failed.n");
        goto exit;
    }
    ret = gpio_direction_input(GPIO_NUMBER);
    if (ret) {
        printk("gpio_direction_input failed.n");
        gpio_free(GPIO_NUMBER);
        goto exit;
    }
    irq_set_irq_type(irq, flags);
    ret = request_irq(irq, gpio_interrupt, 0, "gpio_handler", NULL);
    printk("%s - request_irq = %d result = %dn", __func__, irq, ret);
?
exit:
    return ret;
}
?
static void __exit ch34x_gpio_exit(void)
{
    int irq;
?
    irq = gpio_to_irq(GPIO_NUMBER);
    free_irq(irq, NULL);
    gpio_free(GPIO_NUMBER);
    printk("gpio driver exit.n");
}
?
module_init(ch34x_gpio_init);
module_exit(ch34x_gpio_exit);
?
MODULE_LICENSE("GPL");
?

注：該驅(qū)動默認會創(chuàng)建gpio設(shè)備，若需要在內(nèi)核中使用中斷功能，需要undefine在ch34x_mpsi_master_gpio.c中定義的“SYSFS_GPIO”宏。

CH341支持3種工作模式

模式0: [串口]

模式1: [SPI+ I2C + GPIO]

模式2: [打印口]

CH347支持4種模式

模式0: [串口* 2] VCP/CDC 驅(qū)動模式

模式1: [SPI + I2C + 串口* 1] VCP 驅(qū)動模式

模式2: [SPI + I2C + 串口* 1] HID 驅(qū)動模式

模式3: [JTAG + 串口* 1] VCP 驅(qū)動模式

該驅(qū)動只可工作在 ch341 模式1 或 ch347 模式1

有技術(shù)問題，可以發(fā)郵件至技術(shù)郵箱: tech@wch.cn