max6875: Discard obsolete detect method
[safe/jmp/linux-2.6] / Documentation / spi / spi-summary
index c6152d1..deab51d 100644 (file)
@@ -1,28 +1,32 @@
 Overview of Linux kernel SPI support
 ====================================
 
-02-Dec-2005
+21-May-2007
 
 What is SPI?
 ------------
 The "Serial Peripheral Interface" (SPI) is a synchronous four wire serial
 link used to connect microcontrollers to sensors, memory, and peripherals.
+It's a simple "de facto" standard, not complicated enough to acquire a
+standardization body.  SPI uses a master/slave configuration.
 
-The three signal wires hold a clock (SCLK, often on the order of 10 MHz),
+The three signal wires hold a clock (SCK, often on the order of 10 MHz),
 and parallel data lines with "Master Out, Slave In" (MOSI) or "Master In,
 Slave Out" (MISO) signals.  (Other names are also used.)  There are four
 clocking modes through which data is exchanged; mode-0 and mode-3 are most
 commonly used.  Each clock cycle shifts data out and data in; the clock
-doesn't cycle except when there is data to shift.
+doesn't cycle except when there is a data bit to shift.  Not all data bits
+are used though; not every protocol uses those full duplex capabilities.
 
-SPI masters may use a "chip select" line to activate a given SPI slave
+SPI masters use a fourth "chip select" line to activate a given SPI slave
 device, so those three signal wires may be connected to several chips
-in parallel.  All SPI slaves support chipselects.  Some devices have
+in parallel.  All SPI slaves support chipselects; they are usually active
+low signals, labeled nCSx for slave 'x' (e.g. nCS0).  Some devices have
 other signals, often including an interrupt to the master.
 
-Unlike serial busses like USB or SMBUS, even low level protocols for
+Unlike serial busses like USB or SMBus, even low level protocols for
 SPI slave functions are usually not interoperable between vendors
-(except for cases like SPI memory chips).
+(except for commodities like SPI memory chips).
 
   - SPI may be used for request/response style device protocols, as with
     touchscreen sensors and memory chips.
@@ -33,6 +37,11 @@ SPI slave functions are usually not interoperable between vendors
   - Some devices may use eight bit words.  Others may different word
     lengths, such as streams of 12-bit or 20-bit digital samples.
 
+  - Words are usually sent with their most significant bit (MSB) first,
+    but sometimes the least significant bit (LSB) goes first instead.
+
+  - Sometimes SPI is used to daisy-chain devices, like shift registers.
+
 In the same way, SPI slaves will only rarely support any kind of automatic
 discovery/enumeration protocol.  The tree of slave devices accessible from
 a given SPI master will normally be set up manually, with configuration
@@ -44,6 +53,14 @@ half-duplex SPI, for request/response protocols), SSP ("Synchronous
 Serial Protocol"), PSP ("Programmable Serial Protocol"), and other
 related protocols.
 
+Some chips eliminate a signal line by combining MOSI and MISO, and
+limiting themselves to half-duplex at the hardware level.  In fact
+some SPI chips have this signal mode as a strapping option.  These
+can be accessed using the same programming interface as SPI, but of
+course they won't handle full duplex transfers.  You may find such
+chips described as using "three wire" signaling: SCK, data, nCSx.
+(That data line is sometimes called MOMI or SISO.)
+
 Microcontrollers often support both master and slave sides of the SPI
 protocol.  This document (and Linux) currently only supports the master
 side of SPI interactions.
@@ -74,11 +91,45 @@ interfaces with SPI modes.  Given SPI support, they could use MMC or SD
 cards without needing a special purpose MMC/SD/SDIO controller.
 
 
+I'm confused.  What are these four SPI "clock modes"?
+-----------------------------------------------------
+It's easy to be confused here, and the vendor documentation you'll
+find isn't necessarily helpful.  The four modes combine two mode bits:
+
+ - CPOL indicates the initial clock polarity.  CPOL=0 means the
+   clock starts low, so the first (leading) edge is rising, and
+   the second (trailing) edge is falling.  CPOL=1 means the clock
+   starts high, so the first (leading) edge is falling.
+
+ - CPHA indicates the clock phase used to sample data; CPHA=0 says
+   sample on the leading edge, CPHA=1 means the trailing edge.
+
+   Since the signal needs to stablize before it's sampled, CPHA=0
+   implies that its data is written half a clock before the first
+   clock edge.  The chipselect may have made it become available.
+
+Chip specs won't always say "uses SPI mode X" in as many words,
+but their timing diagrams will make the CPOL and CPHA modes clear.
+
+In the SPI mode number, CPOL is the high order bit and CPHA is the
+low order bit.  So when a chip's timing diagram shows the clock
+starting low (CPOL=0) and data stabilized for sampling during the
+trailing clock edge (CPHA=1), that's SPI mode 1.
+
+Note that the clock mode is relevant as soon as the chipselect goes
+active.  So the master must set the clock to inactive before selecting
+a slave, and the slave can tell the chosen polarity by sampling the
+clock level when its select line goes active.  That's why many devices
+support for example both modes 0 and 3:  they don't care about polarity,
+and alway clock data in/out on rising clock edges.
+
+
 How do these driver programming interfaces work?
 ------------------------------------------------
 The <linux/spi/spi.h> header file includes kerneldoc, as does the
-main source code, and you should certainly read that.  This is just
-an overview, so you get the big picture before the details.
+main source code, and you should certainly read that chapter of the
+kernel API document.  This is just an overview, so you get the big
+picture before those details.
 
 SPI requests always go into I/O queues.  Requests for a given SPI device
 are always executed in FIFO order, and complete asynchronously through
@@ -88,7 +139,7 @@ a command and then reading its response.
 
 There are two types of SPI driver, here called:
 
-  Controller drivers ... these are often built in to System-On-Chip
+  Controller drivers ... controllers may be built in to System-On-Chip
        processors, and often support both Master and Slave roles.
        These drivers touch hardware registers and may use DMA.
        Or they can be PIO bitbangers, needing just GPIO pins.
@@ -108,22 +159,33 @@ those two types of driver.  At this writing, Linux has no slave side
 programming interface.
 
 There is a minimal core of SPI programming interfaces, focussing on
-using driver model to connect controller and protocol drivers using
+using the driver model to connect controller and protocol drivers using
 device tables provided by board specific initialization code.  SPI
 shows up in sysfs in several locations:
 
-   /sys/devices/.../CTLR/spiB.C ... spi_device for on bus "B",
+   /sys/devices/.../CTLR ... physical node for a given SPI controller
+
+   /sys/devices/.../CTLR/spiB.C ... spi_device on bus "B",
        chipselect C, accessed through CTLR.
 
-   /sys/bus/spi/devices/spiB.C ... symlink to the physical
-       spiB-C device
+   /sys/bus/spi/devices/spiB.C ... symlink to that physical
+       .../CTLR/spiB.C device
+
+   /sys/devices/.../CTLR/spiB.C/modalias ... identifies the driver
+       that should be used with this device (for hotplug/coldplug)
 
    /sys/bus/spi/drivers/D ... driver for one or more spi*.* devices
 
-   /sys/class/spi_master/spiB ... class device for the controller
-       managing bus "B".  All the spiB.* devices share the same
+   /sys/class/spi_master/spiB ... symlink (or actual device node) to
+       a logical node which could hold class related state for the
+       controller managing bus "B".  All spiB.* devices share one
        physical SPI bus segment, with SCLK, MOSI, and MISO.
 
+Note that the actual location of the controller's class state depends
+on whether you enabled CONFIG_SYSFS_DEPRECATED or not.  At this time,
+the only class-specific state is the bus number ("B" in "spiB"), so
+those /sys/class entries are only useful to quickly identify busses.
+
 
 How does board-specific init code declare SPI devices?
 ------------------------------------------------------
@@ -148,12 +210,12 @@ board should normally be set up and registered.
 
 So for example arch/.../mach-*/board-*.c files might have code like:
 
-       #include <asm/arch/spi.h>       /* for mysoc_spi_data */
+       #include <mach/spi.h>   /* for mysoc_spi_data */
 
        /* if your mach-* infrastructure doesn't support kernels that can
         * run on multiple boards, pdata wouldn't benefit from "__init".
         */
-       static struct mysoc_spi_data __init pdata = { ... };
+       static struct mysoc_spi_data __initdata pdata = { ... };
 
        static __init board_init(void)
        {
@@ -165,7 +227,7 @@ So for example arch/.../mach-*/board-*.c files might have code like:
 
 And SOC-specific utility code might look something like:
 
-       #include <asm/arch/spi.h>
+       #include <mach/spi.h>
 
        static struct platform_device spi2 = { ... };
 
@@ -237,7 +299,7 @@ The board_info should provide enough information to let the system work
 without the chip's driver being loaded.  The most troublesome aspect of
 that is likely the SPI_CS_HIGH bit in the spi_device.mode field, since
 sharing a bus with a device that interprets chipselect "backwards" is
-not possible.
+not possible until the infrastructure knows how to deselect it.
 
 Then your board initialization code would register that table with the SPI
 infrastructure, so that it's available later when the SPI master controller
@@ -247,31 +309,38 @@ driver is registered:
 
 Like with other static board-specific setup, you won't unregister those.
 
+The widely used "card" style computers bundle memory, cpu, and little else
+onto a card that's maybe just thirty square centimeters.  On such systems,
+your arch/.../mach-.../board-*.c file would primarily provide information
+about the devices on the mainboard into which such a card is plugged.  That
+certainly includes SPI devices hooked up through the card connectors!
+
 
 NON-STATIC CONFIGURATIONS
 
 Developer boards often play by different rules than product boards, and one
 example is the potential need to hotplug SPI devices and/or controllers.
 
-For those cases you might need to use use spi_busnum_to_master() to look
+For those cases you might need to use spi_busnum_to_master() to look
 up the spi bus master, and will likely need spi_new_device() to provide the
 board info based on the board that was hotplugged.  Of course, you'd later
 call at least spi_unregister_device() when that board is removed.
 
+When Linux includes support for MMC/SD/SDIO/DataFlash cards through SPI, those
+configurations will also be dynamic.  Fortunately, such devices all support
+basic device identification probes, so they should hotplug normally.
+
 
 How do I write an "SPI Protocol Driver"?
 ----------------------------------------
-All SPI drivers are currently kernel drivers.  A userspace driver API
-would just be another kernel driver, probably offering some lowlevel
-access through aio_read(), aio_write(), and ioctl() calls and using the
-standard userspace sysfs mechanisms to bind to a given SPI device.
+Most SPI drivers are currently kernel drivers, but there's also support
+for userspace drivers.  Here we talk only about kernel drivers.
 
 SPI protocol drivers somewhat resemble platform device drivers:
 
        static struct spi_driver CHIP_driver = {
                .driver = {
                        .name           = "CHIP",
-                       .bus            = &spi_bus_type,
                        .owner          = THIS_MODULE,
                },
 
@@ -281,9 +350,10 @@ SPI protocol drivers somewhat resemble platform device drivers:
                .resume         = CHIP_resume,
        };
 
-The driver core will autmatically attempt to bind this driver to any SPI
+The driver core will automatically attempt to bind this driver to any SPI
 device whose board_info gave a modalias of "CHIP".  Your probe() code
-might look like this unless you're creating a class_device:
+might look like this unless you're creating a device which is managing
+a bus (appearing under /sys/class/spi_master).
 
        static int __devinit CHIP_probe(struct spi_device *spi)
        {
@@ -299,7 +369,7 @@ might look like this unless you're creating a class_device:
                chip = kzalloc(sizeof *chip, GFP_KERNEL);
                if (!chip)
                        return -ENOMEM;
-               dev_set_drvdata(&spi->dev, chip);
+               spi_set_drvdata(spi, chip);
 
                ... etc
                return 0;
@@ -307,16 +377,23 @@ might look like this unless you're creating a class_device:
 
 As soon as it enters probe(), the driver may issue I/O requests to
 the SPI device using "struct spi_message".  When remove() returns,
-the driver guarantees that it won't submit any more such messages.
+or after probe() fails, the driver guarantees that it won't submit
+any more such messages.
 
-  - An spi_message is a sequence of of protocol operations, executed
+  - An spi_message is a sequence of protocol operations, executed
     as one atomic sequence.  SPI driver controls include:
 
       + when bidirectional reads and writes start ... by how its
         sequence of spi_transfer requests is arranged;
 
+      + which I/O buffers are used ... each spi_transfer wraps a
+        buffer for each transfer direction, supporting full duplex
+        (two pointers, maybe the same one in both cases) and half
+        duplex (one pointer is NULL) transfers;
+
       + optionally defining short delays after transfers ... using
-        the spi_transfer.delay_usecs setting;
+        the spi_transfer.delay_usecs setting (this delay can be the
+        only protocol effect, if the buffer length is zero);
 
       + whether the chipselect becomes inactive after a transfer and
         any delay ... by using the spi_transfer.cs_change flag;
@@ -356,13 +433,30 @@ the driver guarantees that it won't submit any more such messages.
 Some drivers may need to modify spi_device characteristics like the
 transfer mode, wordsize, or clock rate.  This is done with spi_setup(),
 which would normally be called from probe() before the first I/O is
-done to the device.
+done to the device.  However, that can also be called at any time
+that no message is pending for that device.
 
 While "spi_device" would be the bottom boundary of the driver, the
 upper boundaries might include sysfs (especially for sensor readings),
 the input layer, ALSA, networking, MTD, the character device framework,
 or other Linux subsystems.
 
+Note that there are two types of memory your driver must manage as part
+of interacting with SPI devices.
+
+  - I/O buffers use the usual Linux rules, and must be DMA-safe.
+    You'd normally allocate them from the heap or free page pool.
+    Don't use the stack, or anything that's declared "static".
+
+  - The spi_message and spi_transfer metadata used to glue those
+    I/O buffers into a group of protocol transactions.  These can
+    be allocated anywhere it's convenient, including as part of
+    other allocate-once driver data structures.  Zero-init these.
+
+If you like, spi_message_alloc() and spi_message_free() convenience
+routines are available to allocate and zero-initialize an spi_message
+with several transfers.
+
 
 How do I write an "SPI Master Controller Driver"?
 -------------------------------------------------
@@ -370,7 +464,7 @@ An SPI controller will probably be registered on the platform_bus; write
 a driver to bind to the device, whichever bus is involved.
 
 The main task of this type of driver is to provide an "spi_master".
-Use spi_alloc_master() to allocate the master, and class_get_devdata()
+Use spi_alloc_master() to allocate the master, and spi_master_get_devdata()
 to get the driver-private data allocated for that device.
 
        struct spi_master       *master;
@@ -380,28 +474,67 @@ to get the driver-private data allocated for that device.
        if (!master)
                return -ENODEV;
 
-       c = class_get_devdata(&master->cdev);
+       c = spi_master_get_devdata(master);
 
 The driver will initialize the fields of that spi_master, including the
 bus number (maybe the same as the platform device ID) and three methods
 used to interact with the SPI core and SPI protocol drivers.  It will
-also initialize its own internal state.
+also initialize its own internal state.  (See below about bus numbering
+and those methods.)
+
+After you initialize the spi_master, then use spi_register_master() to
+publish it to the rest of the system.  At that time, device nodes for
+the controller and any predeclared spi devices will be made available,
+and the driver model core will take care of binding them to drivers.
+
+If you need to remove your SPI controller driver, spi_unregister_master()
+will reverse the effect of spi_register_master().
+
+
+BUS NUMBERING
+
+Bus numbering is important, since that's how Linux identifies a given
+SPI bus (shared SCK, MOSI, MISO).  Valid bus numbers start at zero.  On
+SOC systems, the bus numbers should match the numbers defined by the chip
+manufacturer.  For example, hardware controller SPI2 would be bus number 2,
+and spi_board_info for devices connected to it would use that number.
+
+If you don't have such hardware-assigned bus number, and for some reason
+you can't just assign them, then provide a negative bus number.  That will
+then be replaced by a dynamically assigned number. You'd then need to treat
+this as a non-static configuration (see above).
+
+
+SPI MASTER METHODS
 
     master->setup(struct spi_device *spi)
        This sets up the device clock rate, SPI mode, and word sizes.
        Drivers may change the defaults provided by board_info, and then
        call spi_setup(spi) to invoke this routine.  It may sleep.
 
+       Unless each SPI slave has its own configuration registers, don't
+       change them right away ... otherwise drivers could corrupt I/O
+       that's in progress for other SPI devices.
+
+               ** BUG ALERT:  for some reason the first version of
+               ** many spi_master drivers seems to get this wrong.
+               ** When you code setup(), ASSUME that the controller
+               ** is actively processing transfers for another device.
+
     master->transfer(struct spi_device *spi, struct spi_message *message)
        This must not sleep.  Its responsibility is arrange that the
-       transfer happens and its complete() callback is issued; the two
-       will normally happen later, after other transfers complete.
+       transfer happens and its complete() callback is issued.  The two
+       will normally happen later, after other transfers complete, and
+       if the controller is idle it will need to be kickstarted.
 
     master->cleanup(struct spi_device *spi)
        Your controller driver may use spi_device.controller_state to hold
        state it dynamically associates with that device.  If you do that,
        be sure to provide the cleanup() method to free that state.
 
+
+SPI MESSAGE QUEUE
+
 The bulk of the driver will be managing the I/O queue fed by transfer().
 
 That queue could be purely conceptual.  For example, a driver used only
@@ -411,6 +544,9 @@ But the queue will probably be very real, using message->queue, PIO,
 often DMA (especially if the root filesystem is in SPI flash), and
 execution contexts like IRQ handlers, tasklets, or workqueues (such
 as keventd).  Your driver can be as fancy, or as simple, as you need.
+Such a transfer() method would normally just add the message to a
+queue, and then start some asynchronous transfer engine (unless it's
+already running).
 
 
 THANKS TO