教你通过SPI接MCU实现拓展CAN接口（第一部分：SOC侧基于SPI的CAN）（附程序源代码）

本文参考：

1、【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.81.pdf

首先科普一下：

1、SPI

SPI是什么？SPI即Serial Peripheral Interface—串行外设接口，我刚接触它的时候想过：为什么它叫这个名字？是不是当时世界上没有串行外设接口呢？

其实并不是，在SPI推出之前，已经存在其他类型的串行接口，例如，RS-232和I²C（Inter-Integrated Circuit）都是在SPI之前开发和使用的串行通信协议。

2、CAN

CAN是什么？CAN即Controller Area Network—控制器局域网，它由Bosch（博世）公司在20世纪80年代开发，旨在解决汽车电子控制单元（ECU）之间的通信问题。

目前CAN广泛应用于汽车电子系统、工业自动化、医疗设备、工程机械等领域。

需求：

本人从事的领域内CAN基本上是必需的，基本每个产品都会用到并且很依赖它，而一些SOC原生只支持1路或2路CAN，数量达不到要求，更有甚者原生CAN本身有问题，会丢帧或错帧，或是压根就没有CAN。

遇到这个问题，我们自己有一套解决方案来应对，那就是本文的主题：通过SPI接MCU实现拓展CAN接口，接下来就让我跟大家详细描述下我们是如何实现的吧！

硬件平台：rockchip（瑞芯微）rv1126

一、创建spi设备

需要先配置设备树devicetree，可以看到kernel/arch/arm/boot/dts/rv1126.dtsi里已经有spi控制器的设备树配置了，我们只需要在对应的dts里进行适配修改即可。

假设我用到的是spi0，它在rv1126.dtsi里的内容如下：

在dts里进行适配，如下：

详细分析下适配部分：

如果需要使用该设备节点，status必须设成okay，

然后创建1个spi0节点的子节点，即spidev@00，其中spidev为节点名称，00为设备地址，

子节点的内容有3项，第1个是compatible = "rockchip,spidev";

1）compatible属性也叫做“兼容性”属性，这是非常重要的一个属性！compatible属性的值是一个字符串列表，内核加载时，会根据这个compatible值在内核里匹配和它一致的驱动。

2）reg属性一般用于描述设备地址空间资源信息，一般都是某个外设的寄存器地址范围信息，它的值一般是（address，length）对，且受到父节点#address-cells和#size-cells这2个参数值的限制，#address-cells的值意为reg属性中address这个数据所占用的字长，#size-cells的值意为reg属性中length这个数据所占用的字长，所以reg=<0x0>；的意思是spidev@00这个设备的首地址相对于父节点（spi@ff450000）的首地址偏移量是0，也就是0xff450000。

3）spi-max-frequency属性的值即为该spi设备的最大工作频率为0x4c4b40，转换成十进制为5000000（5M）。

二、编写SPI驱动代码

上面就是设备树的配置内容，接下来就是内核驱动了，Linux下SPI的驱动框架有分层，包括主机驱动和设备驱动，可以这样理解：对于裸机MCU来说SPI驱动是很简单的，通过调用SPI库函数实现对SPI控制器的配置，再根据SPI外设情况匹配对应的读写接口函数，SPI驱动就全部写完了。在SOC上要做的其实也是一样的事情，只是内核把“通过调用SPI库函数实现对SPI控制器的配置”归为主机驱动，把“根据SPI外设情况匹配对应的读写接口函数”归为设备驱动而已。

SDK已经默认有了主机驱动，代码路径在kernel/drivers/spi/，其中spi.c为SPI核心层代码，spi-xxx.c为具体平台对应的SPI控制器驱动程序，在本项目工程代码中spicandev.c即为SPI设备驱动文件。

三、基于SPI协议继续封装

在这一层（spicanprotocol）我们将spi的数据封装成了SOC与MCU之间spi-can通讯协议要求的样子，对于MCU这一侧来说最上层就是SPI，而对于SOC这一侧来说最上层是CAN，所以SOC端还需要继续封装，于是便有了CanManager这一层，用于将spi协议数据封成API接口给应用调用。

为了模拟CAN数据的收发，我们应该从硬件层面出发，比较SPI与CAN的不同：CAN存在一组发送/接收的缓冲区，故可以在内存中开辟一块区域作为发送/接收缓冲区，并且缓冲区施行的是“先进先出”策略，当缓冲区满的时候，替换最早进入缓冲区的数据。最开始我们想到的是用循环链表来实现这个模型，为什么采用循环链表？因为方便实现“当缓冲区满的时候，替换最早进入缓冲区的数据”这一需求。

假设有一个容量为200帧CAN数据的内存区域，将其用循环链表组织在一起用作接收缓冲区，设定2个指针A、B，A指针指向最早进入缓冲区的待接收数据，B指针指向最晚进入缓冲区的待接收数据，存在一个无限循环的CAN接收/发送线程，不停地轮询请求数据，并将数据被放入接收缓冲区，原本共同指向同一个默认节点的A、B指针中的B指针朝前挪了若干“步”，“有进也有出”，系统也不停地从接收缓冲区接收数据，意味着A指针也在不停地朝前挪，若进的速度比出的速度大，那可能就会造成数据被覆盖，此时在B的“逼迫”下，A不得不加快朝前挪。而CAN发送没有设置缓冲区的概念。

有了设计构思，于是我们便开始写代码实现它。结果，按照该方案构建的SPI-CAN接口在实际使用中出现了丢帧的情况，于是我们不得不更改设计。在领导的指点下，我们用了kfifo即linux内核无锁队列，不用自己造轮子，直接用成熟方案真是香，后面稍微调整下，spi-can就能稳定使用了。

如上内容相关程序源码已上传BAIDU网pan，有需要请通过链接查看：

链接：https://pan.baidu.com/s/1dwJKySWPLMScBdTaBeQhDA 

提取码: 78tr

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作者：大卡车司机