图 Linux中的SPI通信框架

在Linux中，SPI通信的实现涉及到多层软件框架：

• 应用层（User Space）: 在这一层，用户可以编写应用程序来与SPI设备通信。应用程序通过系统调用、库函数或特定的API与驱动层进行交互。
• spidev驱动: 位于用户空间与核心空间之间，它提供了一个用户空间接口，使应用程序能够直接与SPI设备进行交互。通过spidev.c文件实现。
• 特定的SPI设备驱动: 针对特定的SPI外设（如传感器或通信模块），开发人员可能需要编写或使用特定的设备驱动。
• SPI核心（spi core）: 这是SPI框架的核心部分，负责协调并管理所有的SPI控制器和设备驱动。它为上层提供统一的API，并把上层的请求转发给相应的SPI控制器驱动。
• SPI控制器驱动: 这是为SPI控制器硬件编写的驱动程序。它实现了与特定SPI控制器硬件进行通信的所有底层细节。这一层将SPI核心的请求转化为对硬件的实际操作。
• 硬件层：
• SPI控制器硬件: 这是实现SPI协议的硬件模块，负责在物理层面与外部设备进行通讯。
• SPI外设设备: 这是与控制器进行通信的外部设备，例如：传感器、存储器等。
  

总的来说，开发人员可以在用户空间与内核空间中开发SPI的驱动程序。用户空间的应用程序与SPI设备通信时，它首先通过spidev或特定的设备驱动与SPI核心进行交互，然后SPI核心将请求转发给相应的SPI控制器驱动，控制器驱动进一步处理这些请求并与硬件进行通信。内核空间中的驱动程序时会直接与SPI内核通讯。在这两个空间开发SPI驱动程序有其各自的特点和应用场景及利弊：

• 在用户空间开发SPI驱动程序：在用户空间开发意味着使用如spidev这样的接口来与SPI设备进行交互。用户空间驱动程序更像是应用程序，它使用系统调用或库来访问硬件。
• 利：开发简单: 对于新手来说，用户空间的开发通常更简单，更不容易出错。隔离性: 如果驱动程序出现错误，它不太可能影响到整个系统。
• 弊：功能限制: 某些低级或特定的硬件功能可能不容易在用户空间访问。性能限制: 由于需要进行多次的上下文切换和系统调用，用户空间的驱动程序可能不如内核空间的驱动程序那么高效。

• 在内核空间开发SPI驱动程序：在内核空间开发驱动程序意味着您直接在Linux内核中编写和运行代码。这通常涉及到为特定的SPI设备编写或修改内核模块。
• 利：性能： 由于少了用户空间到内核空间的上下文切换，通常可以实现更高的性能。功能全面: 内核空间允许完全访问所有硬件功能，不受限制。
• 弊：开发复杂度： 内核编程通常比用户空间编程更复杂，有更多的陷阱。安全风险: 错误的内核驱动可能导致系统崩溃或其他不稳定的行为。开发周期: 每次更改都需要重新编译和加载内核模块，这可能使开发过程变慢。

Linux中的SPI通信实现是一个多层次的结构，从用户空间到硬件层，每一层都有其特定的功能和责任。这种分层的设计使得SPI的实现既灵活又模块化，允许开发人员针对特定的应用和硬件环境进行优化和定制。而在用户空间和内核空间中开发SPI驱动程序的选择，需要根据具体的应用需求、性能要求和开发复杂度来权衡。无论选择哪种方式，理解整个SPI通信的软件框架都是至关重要的，它不仅可以帮助开发人员更高效地编写代码，还能确保整个系统的稳定性和可靠性。