第五阶段SPI 数据通路分三个小节数据结构 → 入队 → 消息泵。5.1 数据结构spi_transfer 和 spi_messagespi_transfer —— 单个传输段structspi_transfer{constvoid*tx_buf;// 发什么NULL 发全零void*rx_buf;// 收到哪NULL 丢掉收到的数据unsignedlen;// 多少字节u32 speed_hz;// 本次传输的时钟0 用设备的默认值u8 bits_per_word;// 字长0 用设备的默认值unsignedcs_change:1;// 传输完后是否翻转 CSu16 delay_usecs;// 传输完后延时多少微秒structlist_headtransfer_list;// 知识点3挂在 spi_message.transfers 链表上};spi_message —— 一组 transfer 的原子包裹structspi_message{structlist_headtransfers;// 知识点3transfer 链表锚点structspi_device*spi;// 发给哪个设备void(*complete)(void*context);// 知识点2完成后的回调函数void*context;// 回调的参数unsignedframe_length;// 预计传输总字节数unsignedactual_length;// 实际传输了多少字节intstatus;// 0成功负数失败structlist_headqueue;// 知识点3挂在 master-queue 上的挂钩};两者的关系一个spi_message包含多个spi_transfer。CS 在一个 message 的所有 transfer 之间保持拉低原子操作。spi_message ┌──────────────────────────────────────────┐ │ transfers (锚点) │ │ ├── spi_transfer[0] │ │ │ tx_buf 命令(1字节) │ │ │ rx_buf NULL │ │ │ cs_change 0 ← CS 不变 │ │ │ │ │ ├── spi_transfer[1] │ │ │ tx_buf 地址(3字节) │ │ │ rx_buf NULL │ │ │ cs_change 0 ← CS 不变 │ │ │ │ │ └── spi_transfer[2] │ │ tx_buf NULL │ │ rx_buf 数据(256字节) │ │ cs_change 1 ← 传完翻转CS │ │ │ │ spi → spi0.0 (Flash) │ │ complete 完成回调 │ │ status -EINPROGRESS → 0 │ └──────────────────────────────────────────┘ CLK 波形: CS: ‾‾‾\_________________________/‾‾‾ transfer[0] transfer[1] transfer[2] 发送命令 发送地址 接收数据类比spi_message 是一个快递包裹。spi_transfer 是包裹里的每件物品。CS 是正在送货中的标志——所有物品搬完之前标志不撤。5.2 入队路径spi_sync → 消息挂到 master-queue完整路径spi_sync(spi,message)└──__spi_sync(spi,message)├── 构造 completion信号量 ├── message-completespi_complete ← 完成回调醒来的时候调这个 ├── message-contextdone ← 回调的参数 ├──__spi_queued_transfer(spi,msg)← 消息入队 ├──__spi_pump_messages(master)← 马上尝试发送 └──wait_for_completion(done)← 阻塞等传输完成 │ │...消息泵处理中...│ └── spi_finalize_current_message └── message-complete(context)spi_complete(done)└──complete(done)→ 唤醒 wait_for_completion逐行解读staticint__spi_sync(structspi_device*spi,structspi_message*message){DECLARE_COMPLETION_ONSTACK(done);intstatus;structspi_master*masterspi-master;unsignedlongflags;status__spi_validate(spi,message);if(status!0)returnstatus;message-completespi_complete;message-contextdone;message-spispi;SPI_STATISTICS_INCREMENT_FIELD(master-statistics,spi_sync);SPI_STATISTICS_INCREMENT_FIELD(spi-statistics,spi_sync);/* If were not using the legacy transfer method then we will * try to transfer in the calling context so special case. * This code would be less tricky if we could remove the * support for driver implemented message queues. */if(master-transferspi_queued_transfer){spin_lock_irqsave(master-bus_lock_spinlock,flags);trace_spi_message_submit(message);status__spi_queued_transfer(spi,message,false);spin_unlock_irqrestore(master-bus_lock_spinlock,flags);}else{statusspi_async_locked(spi,message);}if(status0){/* Push out the messages in the calling context if we * can. */if(master-transferspi_queued_transfer){SPI_STATISTICS_INCREMENT_FIELD(master-statistics,spi_sync_immediate);SPI_STATISTICS_INCREMENT_FIELD(spi-statistics,spi_sync_immediate);__spi_pump_messages(master,false);}wait_for_completion(done);statusmessage-status;}message-contextNULL;returnstatus;}第 1 步构造信号量DECLARE_COMPLETION_ONSTACK(done);// 栈上分配一个 completioncompletion 是一个信号量——用来让一个线程等待另一个线程完成某事。类比你快递寄出去了回家等。快递员送到后按门铃。你听到门铃去开门。——completion 就是这门铃。第 2 步设置完成回调message-completespi_complete;// 知识点2函数指针message-contextdone;// 传进回调的参数spi_complete内部就一行staticvoidspi_complete(void*arg){complete(arg);// 唤醒在当前 completion 上等待的线程}第 3 步消息入队__spi_queued_transfer(spi,message,false);// ↑ need_pump false下面手动触发第二阶段学过的函数——list_add_tail(msg-queue, master-queue)。第 4 步立即尝试发送__spi_pump_messages(master,false);不用等 kthread_worker 被唤醒——直接在调用者线程上下文中尝试发一次。如果传送带闲着!master-busy马上开始传输。如果正忙它入队了就行。第 5 步阻塞等待wait_for_completion(done);调用者在这里睡觉。等到消息泵处理完消息调用spi_complete才能醒来继续往下执行。// 醒来后statusmessage-status;// 0 成功负数 失败message-contextNULL;returnstatus;同步 vs 异步spi_sync: spi_async: 入队 入队 立即尝试发送 不等待 wait_for_completion阻塞 直接返回 传输完成 ← 醒来 传输完成 → 回调通知 返回结果spi_sync 内部调了 spi_async 的入队逻辑加了一个 completion 等待。异步是地基同步是异步 睡觉。__spi_queued_transfer —— 把消息挂到货架上staticint__spi_queued_transfer(structspi_device*spi,structspi_message*msg,bool need_pump){structspi_master*masterspi-master;spin_lock_irqsave(master-queue_lock,flags);// ① 拿锁关中断if(!master-running){// ② 队列停了spin_unlock_irqrestore(master-queue_lock,flags);return-ESHUTDOWN;// 快递站关门了}msg-actual_length0;// ③ 清零实际传输字节数msg-status-EINPROGRESS;// ④ 标记传输进行中list_add_tail(msg-queue,master-queue);// ⑤ 包裹放货架if(!master-busyneed_pump)// ⑥ 快递员闲着kthread_queue_work(master-kworker,// ⑦ 拍醒他master-pump_messages);spin_unlock_irqrestore(master-queue_lock,flags);// ⑧ 放锁return0;}逐行解读① spin_lock_irqsave拿自旋锁 关本地 CPU 中断。和之前 Q3 讲的一样——中断上下文可能同时调这个函数必须用 spinlock。② !master-running队列被关了比如控制器正在注销。拒绝新消息。③ actual_length 0还没传任何字节。④ status -EINPROGRESSwait_for_completion醒来后会读message-status。传输完成时spi_finalize_current_message把它改成 0成功或负数失败。现在是进行中。⑤ list_add_tail知识点 3——消息挂到master-queue链表尾部。FIFO 队列先来先发。⑥ !master-busy need_pumpbusy为 true 说明当前正在传输另一个消息。这时不需要唤醒快递员——他正在送别的包裹送完会在__spi_pump_messages里回头检查货架自动发现你刚放的新消息。⑦ kthread_queue_work提交pump_messages任务到kworker唤醒kworker_task线程。__spi_pump_messages —— 发动机段落 A入队检查lines 1104-1162spin_lock_irqsave(master-queue_lock,flags);// 检查1正在处理消息直接返回if(master-cur_msg){spin_unlock_irqrestore(master-queue_lock,flags);return;// 上一个包裹还没送完这次不用管}// 检查2正在空闲清理中延后到 kthread 处理if(master-idling){kthread_queue_work(master-kworker,master-pump_messages);return;}// 检查3队列空了if(list_empty(master-queue)||!master-running){if(!master-busy){return;// 货架空着我也闲着 → 直接走}// busytrue 但队列空了 → 传输刚完成做收尾工作master-busyfalse;// ... unprepare_transfer_hardware关掉时钟、释放硬件资源return;}关键逻辑busy和队列状态是两件事。busytrue队列空 最后一个消息刚传完需要收尾。段落 B从货架上取货lines 1164-1173// 取队列头最早挂上去的消息master-cur_msglist_first_entry(master-queue,structspi_message,queue);// 知识点13从 list_head 反推出 spi_message// 从队列中移除list_del_init(master-cur_msg-queue);// 标记传送带正在使用中if(master-busy)was_busytrue;// 上一个消息还在处理不太可能但兼容elsemaster-busytrue;// 传送带我占了spin_unlock_irqrestore(master-queue_lock,flags);段落 C发送消息lines 1175-1236mutex_lock(master-io_mutex);// 拿 IO 锁保护传输过程// ① 第一次传输准备硬件if(!was_busymaster-prepare_transfer_hardware)master-prepare_transfer_hardware(master);// 知识点2函数指针// 类比快递员出发前检查车胎、打火// ② 控制器驱动的准备回调if(master-prepare_message)master-prepare_message(master,master-cur_msg);// 知识点2控制器驱动可以在这里做消息级别的准备// 比如配置 DMA 描述符、设置 CS// ③ DMA 映射retspi_map_msg(master,master-cur_msg);// 把 tx_buf/rx_buf 映射成 DMA 地址// 如果有设备不支持 DMA走 PIO 路径跳过这个// ④ 传输核心中的核心retmaster-transfer_one_message(master,master-cur_msg);// 知识点2函数指针调用// 默认实现 spi_transfer_one_message// → 遍历 msg-transfers 链表// → 对每个 transfer 调用 master-transfer_one// → spi_imx_transfer → DMA/PIO → spi_imx_isr → spi_finalize_current_messageout:mutex_unlock(master-io_mutex);关键传输完成后谁再次调用消息泵master-transfer_one_message内部比如spi_imx_transfer在传输完成后调用spi_finalize_current_messagevoidspi_finalize_current_message(structspi_master*master){msgmaster-cur_msg;master-cur_msgNULL;master-busyfalse;// ← 传送带空闲了msg-status0;// 成功msg-actual_lengthxxx;// 实际传输字节数msg-complete(msg-context);// ← 知识点2调用 spi_complete → 唤醒等待者// ← 这里再次调用 __spi_pump_messages检查货架上有没有新包裹spi_idle_runtime_pm(master);// 内部可能调 __spi_pump_messages}这就是之前的 Q3 答案——快递员送完一个包裹回头检查货架发现有新包裹就继续送。货架空了才下班。完整时序线程1调用者 kworker_task快递员 ─────────── ──────────── spi_sync(msg) ├── __spi_queued_transfer → 入队 ├── __spi_pump_messages spi_pump_messages │ └── 取 msg → busytrue ← 被唤醒 │ └── transfer_one_message ├── spi_imx_transfer │ └── DMA开始 │ └── 写寄存器 → 等中断 │ │ └── wait_for_completion 睡觉 ← CPU 切走线程1睡眠 中断来了 → spi_imx_isr └── spi_finalize_current_message ├── msg-complete 唤醒线程1 └── __spi_pump_messages 检查下一条 队列空 → busyfalse → 下班睡觉 线程1醒来message-status 0 返回 spi_sync → 数据已传输完成Q1L1spi_transfer和spi_message是什么关系一个spi_message包含多个spi_transfer时CS 片选信号在 transfer 之间怎么变化哪个字段决定了这个行为spi_message包含多个spi_transferCS 在一个 message 的所有 transfer 之间保持拉低原子操作。cs_change:1决定这个行为cs_change 0默认CS 在一个 message 的所有 transfer 之间保持拉低。cs_change 1当前 transfer 传完后CS短暂拉高再拉低再传下一个 transfer。cs_change只在 transfer 结束时检查——在spi_transfer_one_message的第 1045 行if(xfer-cs_change){if(list_is_last(xfer-transfer_list,msg-transfers))keep_cstrue;// 最后一个 transferCS 保持拉低elsespi_set_cs(msg-spi,false);// CS 拉高udelay(10);spi_set_cs(msg-spi,true);// CS 拉低}Q2L2spi_sync中wait_for_completion(done)在睡觉等待。谁在什么时候唤醒它message-complete和message-context在这场睡觉和醒来中各自扮演什么角色在传数完数据后通过spi_finalize_current_message的mesg-complete(mesg-context);来唤醒它“这两个字段是谁设的”。答案在第 ② 步// __spi_sync 中设置message-completespi_complete;// ← 函数指针唤醒函数message-contextdone;// ← 传给唤醒函数的参数complete是怎么叫醒门铃context是叫醒哪个哪个 completion 对象。spi_complete被调用时拿到done调用complete(done)——这个done正是spi_sync在wait_for_completion(done)等的那个。Q3L3__spi_pump_messages发送完当前消息后什么时候会去取下一个消息假如队列里有 3 个消息在排队画出发送这 3 个消息的完整时序图标注每次上下文切换、每次__spi_pump_messages调用是谁触发的。时间 → msg1 到达(kworker) msg2 到达 msg3 到达 │ │ │ ├─ __spi_pump_messages │ │ │ └─ transfer_one(msg1) │ │ │ └─ DMA开始... │ │ │ │ │ │ DMA完成 → ISR │ │ │ └─ spi_finalize(msg1) │ │ │ ├─ ⑤ 提交 pump → __spi_pump_messages ← 第1次自动触发 │ │ ├─ transfer_one(msg2) │ │ │ └─ 发 msg2... │ │ │ │ └─ ⑥ complete(done1) → 唤醒线程A │ 线程A醒来msg1 done │ │ │ │ 线程B: spi_sync(msg3) │ │ ├─ 入队 msg3 │ │ ├─ __spi_pump_messages │ │ │ cur_msg ! NULL! → return不做事 │ │ └─ wait_for_completion(done3) 睡觉 │ │ │ │ DMA完成 → ISR │ │ └─ spi_finalize(msg2) │ │ ├─ ⑤ 提交 pump → __spi_pump_messages ← 第2次自动触发 │ │ │ ├─ 取 msg3! │ │ │ └─ transfer_one(msg3) │ │ └─ ⑥ complete(done2) → 唤醒线程B? NO │ │ done2 是谁msg2 的等待者 │ │ │ DMA完成 → ISR │ └─ spi_finalize(msg3) │ ├─ ⑤ 提交 pump → 队列空busyfalse下班 │ └─ ⑥ complete(done3) → 唤醒线程B 线程B醒来msg3 done关键点消息谁触发的__spi_pump_messagesmsg1spi_sync调用者线程手动触发msg2spi_finalize_current_message(msg1)里的kthread_queue_workmsg3spi_finalize_current_message(msg2)里的kthread_queue_work从 msg2 开始每处理完一个消息自动触发下一个。不需要调用者再手动触发。调用者在第二步__spi_pump_messages发现cur_msg ! NULL快递员正忙直接去睡觉。醒来时消息已经被自动泵处理完了。
