RK3568驱动指南｜第十六篇 SPI-第192章 mcp2515驱动编写：完善write和read函数

瑞芯微RK3568芯片是一款定位中高端的通用型SOC，采用22nm制程工艺，搭载一颗四核Cortex-A55处理器和Mali G52 2EE 图形处理器。RK3568 支持4K 解码和 1080P 编码，支持SATA/PCIE/USB3.0 外围接口。RK3568内置独立NPU，可用于轻量级人工智能应用。RK3568 支持安卓 11 和 linux 系统，主要面向物联网网关、NVR 存储、工控平板、工业检测、工控盒、卡拉 OK、云终端、车载中控等行业。

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1. 第192章 mcp2515驱动编写：完善write和read函数

在上个章节中对mcp2515的工作模式进行了修改，从配置模式修改为了环回模式，而在本章节将会继续对mcp2515的驱动程序进行完善，加入mcp2515的写函数和读函数，从而实现数据的发送和接收。

192.1 编写mcp2515写函数

MCP2515有三个发送缓冲器，每个发送缓冲器都具有14字节的内存空间，每个发送缓冲器的控制由TXBnCTRL寄存器管理，该寄存器决定了何时发送报文以及发送时的报文状态。该寄存器的具体内容如下所示：

需要通过该寄存器将缓冲器优先级设置为最高，缓冲器优先级由bit1-0两位所决定，当设置为11时，该发送缓冲器具有最高的发送优先级，可以通过以下代码进行设置：

#define TXB0CTRL 0x30   //发送缓冲器控制寄存器地址          mcp2515_change_regbit(TXB0CTRL, 0x03, 0x03);   //只对该寄存器低两位进行修改，修改值为0x03

发送缓冲器控制寄存器TXBnCTRL为发送缓冲器的第一个字节，接下来的5个字节用来装载标准和扩展标识符以及其他报文仲裁信息。最后的8个字节用于装载等待发送报文的8个可能的数据字节，这13个字节数据由用户空间所传递，且地址是连续的，间隔为一个字节，所以可以通过以下代码进行设置：

char w_kbuf[13] = {0};
int ret;// 从用户空间复制数据到内核缓冲区
ret = copy_from_user(w_kbuf, buf, size);
if (ret) {printk("copy_from_user w_kbuf is error\n");return -1;
}// 将数据写入MCP2515寄存器
for (i = 0; i < sizeof(w_kbuf); i++) {mcp2515_write_reg(0x31 + i, w_kbuf[i]);
}

数据设置完成之后，需要将TXBnCTRL寄存器的bit3设置为1，从而启动相应缓冲器的报文发送，TXBnCTRL寄存器就是上面修改发送缓冲器优先级的寄存器，具体设置代码如下所示：

 #define TXB0CTRL 0x30   //发送缓冲器控制寄存器地址
mcp2515_change_regbit(TXB0CTRL, 0x08, 0x08);   //只对该寄存器bit3进行修改，将bit3设置为1

在报文发送成功后，CANINTF.TXnIF寄存器将会被置1，该寄存器内容如下所示：

可以通过该寄存器来判断报文是否发送成功，由于使用的是缓冲器为0，所以这里要判断的位位bit2，判断完成之后，需要对该寄存器进行手动清零，具体判断代码如下所示：

#define CANINTF 0x2c // 等待发送完成
while (!(mcp2515_read_reg(CANINTF) & (1 << 2)));// 清除发送完成标志
mcp2515_change_regbit(CANINTF, 0x04, 0x00);

至此，关于mcp2515写函数的相关知识就总结完成了，可以将上面讲解的代码整理成一个完整的函数，具体内容如下所示：

#define TXB0CTRL 0x30   //发送缓冲器控制寄存器地址
#define CANINTF 0x2c // 写设备操作函数
ssize_t mcp2515_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset) {char w_kbuf[13] = {0};int ret;int i;// 设置TXB0CTRL寄存器的部分位mcp2515_change_regbit(TXB0CTRL, 0x03, 0x03);// 从用户空间复制数据到内核缓冲区ret = copy_from_user(w_kbuf, buf, size);if (ret) {printk("copy_from_user w_kbuf is error\n");return -1;}// 将数据写入MCP2515寄存器for (i = 0; i < sizeof(w_kbuf); i++) {mcp2515_write_reg(0x31 + i, w_kbuf[i]);}// 设置TXB0CTRL寄存器的部分位，启动发送mcp2515_change_regbit(TXB0CTRL, 0x08, 0x08);// 等待发送完成while (!(mcp2515_read_reg(CANINTF) & (1 << 2)));// 清除发送完成标志mcp2515_change_regbit(CANINTF, 0x04, 0x00);return size;
}

192.2编写mcp2515读函数

在上个小节中编写了mcp2515的写函数，在本小节将编写mcp2515的读函数。

MCP2515 具有两个全接收缓冲器，当数据报文传送至某一接收缓冲器时，与该接收缓冲器对应的CANINTF.RXnIF位将置1，可以通过CANINTF.RXnIF寄存器的值来判断是否接收完成，CANINTF寄存器内容在上一节已经列出，这里不再重复，具体判断代码如下所示：

#define CANINTF 0x2c // 等待接收缓冲区满标志位被设置
while (!(mcp2515_read_reg(CANINTF) & (1 << 0)));

然后编写读数据相关的代码，接收缓冲器与发送寄存器相匹配，前5个字节用来装载标准和扩展标识符以及其他报文仲裁信息，最后的8个字节用于装载等待发送报文的8个可能的数据字节，且地址是连续的，间隔为一个字节，接收缓冲器0的标准标识符高位寄存器地址为0x61，所以可以通过以下代码进行设置：

    char r_kbuf[13] = {0};  // 内核缓冲区，用于存储从设备读取的数据int i;// 从接收缓冲区读取数据到内核缓冲区for (i = 0; i < sizeof(r_kbuf); i++) {r_kbuf[i] = mcp2515_read_reg(0x61 + i);}

数据传送完成之后需要对CANINTF.RXnIF寄存器清零，并且使用copy_to_user传输到用户空间，具体代码如下所示：

 // 清除接收缓冲区满标志位mcp2515_change_regbit(CANINTF, 0x01, 0x00);// 将内核缓冲区的数据复制到用户缓冲区ret = copy_to_user(buf, r_kbuf, size);if (ret) {printk("copy_to_user r_kbuf is error\n");return -1;  // 返回-1表示复制数据失败}

至此，关于mcp2515读函数的相关知识就总结完成了，可以将上面讲解的代码整理成一个完整的函数，具体内容如下所示：

#define CANINTF 0x2c // 读设备操作函数，从设备读取数据到用户缓冲区
ssize_t mcp2515_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset) {char r_kbuf[13] = {0};  // 内核缓冲区，用于存储从设备读取的数据int i;int ret;// 等待接收缓冲区满标志位被设置while (!(mcp2515_read_reg(CANINTF) & (1 << 0)));// 从接收缓冲区读取数据到内核缓冲区for (i = 0; i < sizeof(r_kbuf); i++) {r_kbuf[i] = mcp2515_read_reg(0x61 + i);}// 清除接收缓冲区满标志位mcp2515_change_regbit(CANINTF, 0x01, 0x00);// 将内核缓冲区的数据复制到用户缓冲区ret = copy_to_user(buf, r_kbuf, size);if (ret) {printk("copy_to_user r_kbuf is error\n");return -1;  // 返回-1表示复制数据失败}return 0;  // 返回0表示成功读取数据
}

192.3 实验程序编写

192.3.1 编写驱动程序

本实验驱动对应的网盘路径为：iTOP-3568开发板\03_【iTOP-RK3568开发板】指南教程\02_Linux驱动配套资料\04_Linux驱动程序\118_mcp2515_06\。

本实验将以191章编写完成的驱动程序为基础，添加了本章节完善的mcp2515的读和写函数，编写完成的mcp2515.c代码如下所示：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/spi/spi.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/uaccess.h>#define CNF1 0x2a                    // 寄存器定义
#define CNF2 0x29
#define CNF3 0x28
#define RXB0CTRL 0x60
#define CANINTE 0x2b
#define CANCTRL 0xf                    // CAN控制寄存器#define TXB0CTRL 0x30   //发送缓冲器控制寄存器地址
#define CANINTF 0x2c dev_t dev_num; // 设备号
struct cdev mcp2515_cdev; // 字符设备结构体
struct class *mcp2515_class; // 设备类
struct device *mcp2515_device; // 设备
struct spi_device *spi_dev; // SPI设备指针// MCP2515芯片复位函数
void mcp2515_reset(void){int ret;char write_buf[] = {0xc0}; // 复位指令0x11000000即0xc0ret = spi_write(spi_dev, write_buf, sizeof(write_buf)); // 发送复位命令if(ret < 0){printk("spi_write is error\n"); // 打印错误信息}
}// MCP2515读寄存器函数
char mcp2515_read_reg(char reg) {char write_buf[] = {0x03, reg};  // SPI写缓冲区写入SPI读指令0x03char read_buf;                   // SPI读缓冲区int ret;ret = spi_write_then_read(spi_dev, write_buf, sizeof(write_buf), &read_buf, sizeof(read_buf));  // 调用SPI写读函数if (ret < 0) {printk("spi_write_then_read error\n");return ret;}return read_buf;
}//  MCP2515写寄存器函数
void mcp2515_write_reg(char reg, char value) {int ret;char write_buf[] = {0x02, reg, value};  // SPI写缓冲区，用于发送写寄存器命令ret = spi_write(spi_dev, write_buf, sizeof(write_buf));  // 发送SPI写命令if (ret < 0) {printk("mcp2515_write_reg error\n");}
}// MCP2515修改寄存器位函数
void mcp2515_change_regbit(char reg, char mask, char value) {int ret;char write_buf[] = { 0x05, reg, mask, value };  // SPI写缓冲区，用于发送修改寄存器位命令ret = spi_write(spi_dev, write_buf, sizeof(write_buf));  // 发送SPI写命令if (ret < 0) {printk("mcp2515_change_regbit error\n");}
}// 打开设备文件的回调函数
int mcp2515_open(struct inode *inode, struct file *file) {return 0; // 返回成功
}// 读设备操作函数，从设备读取数据到用户缓冲区
ssize_t mcp2515_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset) {char r_kbuf[13] = {0};  // 内核缓冲区，用于存储从设备读取的数据int i;int ret;// 等待接收缓冲区满标志位被设置while (!(mcp2515_read_reg(CANINTF) & (1 << 0)));// 从接收缓冲区读取数据到内核缓冲区for (i = 0; i < sizeof(r_kbuf); i++) {r_kbuf[i] = mcp2515_read_reg(0x61 + i);}// 清除接收缓冲区满标志位mcp2515_change_regbit(CANINTF, 0x01, 0x00);// 将内核缓冲区的数据复制到用户缓冲区ret = copy_to_user(buf, r_kbuf, size);if (ret) {printk("copy_to_user r_kbuf is error\n");return -1;  // 返回-1表示复制数据失败}return 0;  // 返回0表示成功读取数据
}// 写设备操作函数
ssize_t mcp2515_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset) {char w_kbuf[13] = {0};int ret;int i;// 设置TXB0CTRL寄存器的部分位mcp2515_change_regbit(TXB0CTRL, 0x03, 0x03);// 从用户空间复制数据到内核缓冲区ret = copy_from_user(w_kbuf, buf, size);if (ret) {printk("copy_from_user w_kbuf is error\n");return -1;}// 将数据写入MCP2515寄存器for (i = 0; i < sizeof(w_kbuf); i++) {mcp2515_write_reg(0x31 + i, w_kbuf[i]);}// 设置TXB0CTRL寄存器的部分位，启动发送mcp2515_change_regbit(TXB0CTRL, 0x08, 0x08);// 等待发送完成while (!(mcp2515_read_reg(CANINTF) & (1 << 2)));// 清除发送完成标志mcp2515_change_regbit(CANINTF, 0x04, 0x00);return size;
}// 关闭设备文件的回调函数
int mcp2515_release(struct inode *inode, struct file *file) {return 0; // 返回成功
}// 设备文件操作集合
struct file_operations mcp2515_fops = {.open = mcp2515_open,.read = mcp2515_read,.write = mcp2515_write,.release = mcp2515_release,
};// MCP2515设备初始化函数
int mcp2515_probe(struct spi_device *spi) {int ret, value;printk("This is mcp2515_probe\n");spi_dev = spi; // 保存SPI设备指针// 分配字符设备号ret = alloc_chrdev_region(&dev_num, 0, 1, "mcp2515");if (ret < 0) {printk("alloc_chrdev_region error\n");}// 初始化字符设备cdev_init(&mcp2515_cdev, &mcp2515_fops);mcp2515_cdev.owner = THIS_MODULE;// 添加字符设备ret = cdev_add(&mcp2515_cdev, dev_num, 1);if (ret < 0) {printk("cdev_add error\n");return -1;}// 创建设备类mcp2515_class = class_create(THIS_MODULE, "spi_to_can");if (IS_ERR(mcp2515_class)) {printk("mcp2515_class error\n");return PTR_ERR(mcp2515_class);}// 创建设备mcp2515_device = device_create(mcp2515_class, NULL, dev_num, NULL, "mcp2515");if (IS_ERR(mcp2515_device)) {printk("mcp2515_device error\n");return PTR_ERR(mcp2515_device);}mcp2515_reset();             // 复位MCP2515设备value = mcp2515_read_reg(0x0e);  // 读取寄存器值printk("value is %x\n", value);  // 打印读取的值mcp2515_write_reg(CNF1, 0x01);  // 写入寄存器配置值mcp2515_write_reg(CNF2, 0xb1);mcp2515_write_reg(CNF3, 0x05);mcp2515_write_reg(RXB0CTRL, 0x60);mcp2515_write_reg(CANINTE, 0x05);mcp2515_change_regbit(CANCTRL, 0xe0, 0x40);value = mcp2515_read_reg(0x0e);  // 读取寄存器值printk("value is %x\n", value);  // 打印读取的值return 0; // 返回成功
}// MCP2515 SPI设备的移除函数
static int mcp2515_remove(struct spi_device *spi) {device_destroy(mcp2515_class, dev_num);class_destroy(mcp2515_class);cdev_del(&mcp2515_cdev);unregister_chrdev_region(dev_num, 1);return 0;
}// MCP2515设备匹配表,用于设备树匹配
static const struct of_device_id mcp2515_of_match_table[] = {{ .compatible = "my-mcp2515" },{}
};// MCP2515设备ID匹配表,用于总线匹配
static const struct spi_device_id mcp2515_id_table[] = {{ "mcp2515", 0 },{}
};// MCP2515 SPI驱动结构体
static struct spi_driver spi_mcp2515 = {.probe = mcp2515_probe, // 探测函数.remove = mcp2515_remove, // 移除函数.driver = {.name = "mcp2515", // 驱动名称.owner = THIS_MODULE, // 所属模块.of_match_table = mcp2515_of_match_table, // 设备树匹配表
},.id_table = mcp2515_id_table, // 设备ID匹配表
};// 驱动初始化函数
static int __init mcp2515_init(void)
{int ret;// 注册SPI驱动ret = spi_register_driver(&spi_mcp2515);if (ret < 0) {// 注册失败,打印错误信息printk("spi_register_driver error\n");return ret;}return ret;
}// 驱动退出函数
static void __exit mcp2515_exit(void)
{// 注销SPI驱动spi_unregister_driver(&spi_mcp2515);
}module_init(mcp2515_init);
module_exit(mcp2515_exit);MODULE_LICENSE("GPL");

192.3.2 编写测试APP

本实验测试APP对应的网盘路径为：iTOP-3568开发板\03_【iTOP-RK3568开发板】指南教程\02_Linux驱动配套资料\04_Linux驱动程序\118_mcp2515_06\。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>// 主函数，程序入口点
int main(int argc, char *argv[]){int fd;  // 文件描述符int i;   // 循环变量// 写缓冲区，包含13个字节的数据，将发送到MCP2515char w_buf[13]= {0x66,0x08,0x22,0x33,0x08,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08};// 读缓冲区，用于接收从MCP2515读取的数据char r_buf[13] = {0};// 打开MCP2515设备文件，获取文件描述符fd = open("/dev/mcp2515", O_RDWR);if(fd < 0){// 打开设备文件失败，打印错误信息并返回printf("open /dev/mcp2515 error \n");return -1;}// 将写缓冲区的数据写入设备write(fd, w_buf, sizeof(w_buf));// 从设备读取数据到读缓冲区read(fd, r_buf, sizeof(r_buf));// 打印读缓冲区的数据for(i = 0; i < 13; i++){printf("r_buf[%d] is %d\n", i, r_buf[i]);}// 关闭设备文件close(fd);return 0;  // 返回0表示程序正常结束
}

上述测试app代码中第13行表示要发送给mcp2515的13个字节的数据，其中前5个字节用来装载标准和扩展标识符以及其他报文仲裁信息，最后的8个字节用于装载等待发送报文的8个可能的数据字节，第一个字节发送缓冲器标准标识符高位、第三个字节发送缓冲器扩展标识符高位、第四个字节发送缓冲器扩展标识符低位可以随意设置，这里设置的是0x66、0x22、0x33。

第二个字节为发送缓冲器标准标识符低位，该寄存器的具体内容如下所示：

其中bit3代表扩展标识符的使能位，这里需要设置为1进行使能，换算成16进制为0x08。

第5个字节为发送缓冲器数据长度码，该寄存器内容如下所示：

其中bit6需要设置为0，表示发送的报文为数据帧。而要发送的数据为8个字节，所以bit3-bit0需要设置为8，换算成16进制为0x08。

至此，关于前5个字节内容的设置就讲解完成了，而后8个字节为要发送的数据，这里随意取值即可。

192.4 运行测试

192.4.1 编译驱动程序

在上一小节中的mcp2515.c代码同一目录下创建 Makefile 文件，Makefile 文件内容如下所示：

export ARCH=arm64#设置平台架构
export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-#交叉编译器前缀
obj-m += mcp2505.o    #此处要和你的驱动源文件同名
KDIR :=/home/topeet/Linux/linux_sdk/kernel    #这里是你的内核目录                                                                                                                            
PWD ?= $(shell pwd)
all:make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules    #make操作
clean:make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean    #make clean操作

对于Makefile的内容注释已在上图添加，保存退出之后，来到存放mcp2515.c和Makefile文件目录下，如下图所示：

然后使用命令“make”进行驱动的编译，编译完成如下图所示：

编译完生成ft5x06_driver.ko目标文件，如下图所示：

至此驱动模块就编译成功了。

192.4.2 编译应用程序

首先进行应用程序的编译，因为测试APP是要在开发板上运行的，所以需要aarch64-linux-gnu-gcc来编译，输入以下命令，编译完成以后会生成一个app的可执行程序，如下图所示：

 aarch64-linux-gnu-gcc app.c -o app

然后将编译完成的可执行程序拷贝到开发板上.

192.4.2 运行测试

在进行实验之前，首先要确保开发板烧写的是我们在186.1小节中编译出来的boot.img。开发板启动之后，然后使用以下命令进行驱动模块的加载，如下图所示：

insmod mcp2515.ko

然后使用“./app”运行上一小节中编译的可执行程序，运行结果如下所示：

可以看到可执行程序运行之后会将传输的13位数据依次打印出来，这里打印的是10进制，换算成16进制之后与0x66,0x08,0x22,0x33,0x08,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08相匹配，证明编写的mcp2515读函数和写函数可以正常工作。

最后使用以下命令进行驱动模块的卸载，如下图所示：

rmmod mcp2515.ko

由于没有在remove卸载函数中添加打印相关内容，所以使用rmmod命令卸载驱动之后，没有任何打印。

至此，MCP2515读函数和写函数测试实验就完成了。