Merge branch 'master' of git://git.denx.de/u-boot-spi
[platform/kernel/u-boot.git] / doc / driver-model / spi-howto.txt
1 How to port a SPI driver to driver model
2 ========================================
3
4 Here is a rough step-by-step guide. It is based around converting the
5 exynos SPI driver to driver model (DM) and the example code is based
6 around U-Boot v2014.10-rc2 (commit be9f643). This has been updated for
7 v2015.04.
8
9 It is quite long since it includes actual code examples.
10
11 Before driver model, SPI drivers have their own private structure which
12 contains 'struct spi_slave'. With driver model, 'struct spi_slave' still
13 exists, but now it is 'per-child data' for the SPI bus. Each child of the
14 SPI bus is a SPI slave. The information that was stored in the
15 driver-specific slave structure can now be port in private data for the
16 SPI bus.
17
18 For example, struct tegra_spi_slave looks like this:
19
20 struct tegra_spi_slave {
21         struct spi_slave slave;
22         struct tegra_spi_ctrl *ctrl;
23 };
24
25 In this case 'slave' will be in per-child data, and 'ctrl' will be in the
26 SPI's buses private data.
27
28
29 0. How long does this take?
30
31 You should be able to complete this within 2 hours, including testing but
32 excluding preparing the patches. The API is basically the same as before
33 with only minor changes:
34
35 - methods to set speed and mode are separated out
36 - cs_info is used to get information on a chip select
37
38
39 1. Enable driver mode for SPI and SPI flash
40
41 Add these to your board config:
42
43 CONFIG_DM_SPI
44 CONFIG_DM_SPI_FLASH
45
46
47 2. Add the skeleton
48
49 Put this code at the bottom of your existing driver file:
50
51 struct spi_slave *spi_setup_slave(unsigned int busnum, unsigned int cs,
52                         unsigned int max_hz, unsigned int mode)
53 {
54         return NULL;
55 }
56
57 struct spi_slave *spi_setup_slave_fdt(const void *blob, int slave_node,
58                                       int spi_node)
59 {
60         return NULL;
61 }
62
63 static int exynos_spi_ofdata_to_platdata(struct udevice *dev)
64 {
65         return -ENODEV;
66 }
67
68 static int exynos_spi_probe(struct udevice *dev)
69 {
70         return -ENODEV;
71 }
72
73 static int exynos_spi_remove(struct udevice *dev)
74 {
75         return -ENODEV;
76 }
77
78 static int exynos_spi_claim_bus(struct udevice *dev)
79 {
80
81         return -ENODEV;
82 }
83
84 static int exynos_spi_release_bus(struct udevice *dev)
85 {
86
87         return -ENODEV;
88 }
89
90 static int exynos_spi_xfer(struct udevice *dev, unsigned int bitlen,
91                             const void *dout, void *din, unsigned long flags)
92 {
93
94         return -ENODEV;
95 }
96
97 static int exynos_spi_set_speed(struct udevice *dev, uint speed)
98 {
99         return -ENODEV;
100 }
101
102 static int exynos_spi_set_mode(struct udevice *dev, uint mode)
103 {
104         return -ENODEV;
105 }
106
107 static int exynos_cs_info(struct udevice *bus, uint cs,
108                           struct spi_cs_info *info)
109 {
110         return -ENODEV;
111 }
112
113 static const struct dm_spi_ops exynos_spi_ops = {
114         .claim_bus      = exynos_spi_claim_bus,
115         .release_bus    = exynos_spi_release_bus,
116         .xfer           = exynos_spi_xfer,
117         .set_speed      = exynos_spi_set_speed,
118         .set_mode       = exynos_spi_set_mode,
119         .cs_info        = exynos_cs_info,
120 };
121
122 static const struct udevice_id exynos_spi_ids[] = {
123         { .compatible = "samsung,exynos-spi" },
124         { }
125 };
126
127 U_BOOT_DRIVER(exynos_spi) = {
128         .name   = "exynos_spi",
129         .id     = UCLASS_SPI,
130         .of_match = exynos_spi_ids,
131         .ops    = &exynos_spi_ops,
132         .ofdata_to_platdata = exynos_spi_ofdata_to_platdata,
133         .probe  = exynos_spi_probe,
134         .remove = exynos_spi_remove,
135 };
136
137
138 3. Replace 'exynos' in the above code with your driver name
139
140
141 4. #ifdef out all of the code in your driver except for the above
142
143 This will allow you to get it building, which means you can work
144 incrementally. Since all the methods return an error initially, there is
145 less chance that you will accidentally leave something in.
146
147 Also, even though your conversion is basically a rewrite, it might help
148 reviewers if you leave functions in the same place in the file,
149 particularly for large drivers.
150
151
152 5. Add some includes
153
154 Add these includes to your driver:
155
156 #include <dm.h>
157 #include <errno.h>
158
159
160 6. Build
161
162 At this point you should be able to build U-Boot for your board with the
163 empty SPI driver. You still have empty methods in your driver, but we will
164 write these one by one.
165
166 7. Set up your platform data structure
167
168 This will hold the information your driver to operate, like its hardware
169 address or maximum frequency.
170
171 You may already have a struct like this, or you may need to create one
172 from some of the #defines or global variables in the driver.
173
174 Note that this information is not the run-time information. It should not
175 include state that changes. It should be fixed throughout the live of
176 U-Boot. Run-time information comes later.
177
178 Here is what was in the exynos spi driver:
179
180 struct spi_bus {
181         enum periph_id periph_id;
182         s32 frequency;          /* Default clock frequency, -1 for none */
183         struct exynos_spi *regs;
184         int inited;             /* 1 if this bus is ready for use */
185         int node;
186         uint deactivate_delay_us;       /* Delay to wait after deactivate */
187 };
188
189 Of these, inited is handled by DM and node is the device tree node, which
190 DM tells you. The name is not quite right. So in this case we would use:
191
192 struct exynos_spi_platdata {
193         enum periph_id periph_id;
194         s32 frequency;          /* Default clock frequency, -1 for none */
195         struct exynos_spi *regs;
196         uint deactivate_delay_us;       /* Delay to wait after deactivate */
197 };
198
199
200 8a. Write ofdata_to_platdata()   [for device tree only]
201
202 This method will convert information in the device tree node into a C
203 structure in your driver (called platform data). If you are not using
204 device tree, go to 8b.
205
206 DM will automatically allocate the struct for us when we are using device
207 tree, but we need to tell it the size:
208
209 U_BOOT_DRIVER(spi_exynos) = {
210 ...
211         .platdata_auto_alloc_size = sizeof(struct exynos_spi_platdata),
212
213
214 Here is a sample function. It gets a pointer to the platform data and
215 fills in the fields from device tree.
216
217 static int exynos_spi_ofdata_to_platdata(struct udevice *bus)
218 {
219         struct exynos_spi_platdata *plat = bus->platdata;
220         const void *blob = gd->fdt_blob;
221         int node = dev_of_offset(bus);
222
223         plat->regs = (struct exynos_spi *)fdtdec_get_addr(blob, node, "reg");
224         plat->periph_id = pinmux_decode_periph_id(blob, node);
225
226         if (plat->periph_id == PERIPH_ID_NONE) {
227                 debug("%s: Invalid peripheral ID %d\n", __func__,
228                         plat->periph_id);
229                 return -FDT_ERR_NOTFOUND;
230         }
231
232         /* Use 500KHz as a suitable default */
233         plat->frequency = fdtdec_get_int(blob, node, "spi-max-frequency",
234                                         500000);
235         plat->deactivate_delay_us = fdtdec_get_int(blob, node,
236                                         "spi-deactivate-delay", 0);
237         debug("%s: regs=%p, periph_id=%d, max-frequency=%d, deactivate_delay=%d\n",
238               __func__, plat->regs, plat->periph_id, plat->frequency,
239               plat->deactivate_delay_us);
240
241         return 0;
242 }
243
244
245 8b. Add the platform data  [non-device-tree only]
246
247 Specify this data in a U_BOOT_DEVICE() declaration in your board file:
248
249 struct exynos_spi_platdata platdata_spi0 = {
250         .periph_id = ...
251         .frequency = ...
252         .regs = ...
253         .deactivate_delay_us = ...
254 };
255
256 U_BOOT_DEVICE(board_spi0) = {
257         .name = "exynos_spi",
258         .platdata = &platdata_spi0,
259 };
260
261 You will unfortunately need to put the struct definition into a header file
262 in this case so that your board file can use it.
263
264
265 9. Add the device private data
266
267 Most devices have some private data which they use to keep track of things
268 while active. This is the run-time information and needs to be stored in
269 a structure. There is probably a structure in the driver that includes a
270 'struct spi_slave', so you can use that.
271
272 struct exynos_spi_slave {
273         struct spi_slave slave;
274         struct exynos_spi *regs;
275         unsigned int freq;              /* Default frequency */
276         unsigned int mode;
277         enum periph_id periph_id;       /* Peripheral ID for this device */
278         unsigned int fifo_size;
279         int skip_preamble;
280         struct spi_bus *bus;            /* Pointer to our SPI bus info */
281         ulong last_transaction_us;      /* Time of last transaction end */
282 };
283
284
285 We should rename this to make its purpose more obvious, and get rid of
286 the slave structure, so we have:
287
288 struct exynos_spi_priv {
289         struct exynos_spi *regs;
290         unsigned int freq;              /* Default frequency */
291         unsigned int mode;
292         enum periph_id periph_id;       /* Peripheral ID for this device */
293         unsigned int fifo_size;
294         int skip_preamble;
295         ulong last_transaction_us;      /* Time of last transaction end */
296 };
297
298
299 DM can auto-allocate this also:
300
301 U_BOOT_DRIVER(spi_exynos) = {
302 ...
303         .priv_auto_alloc_size = sizeof(struct exynos_spi_priv),
304
305
306 Note that this is created before the probe method is called, and destroyed
307 after the remove method is called. It will be zeroed when the probe
308 method is called.
309
310
311 10. Add the probe() and remove() methods
312
313 Note: It's a good idea to build repeatedly as you are working, to avoid a
314 huge amount of work getting things compiling at the end.
315
316 The probe method is supposed to set up the hardware. U-Boot used to use
317 spi_setup_slave() to do this. So take a look at this function and see
318 what you can copy out to set things up.
319
320
321 static int exynos_spi_probe(struct udevice *bus)
322 {
323         struct exynos_spi_platdata *plat = dev_get_platdata(bus);
324         struct exynos_spi_priv *priv = dev_get_priv(bus);
325
326         priv->regs = plat->regs;
327         if (plat->periph_id == PERIPH_ID_SPI1 ||
328             plat->periph_id == PERIPH_ID_SPI2)
329                 priv->fifo_size = 64;
330         else
331                 priv->fifo_size = 256;
332
333         priv->skip_preamble = 0;
334         priv->last_transaction_us = timer_get_us();
335         priv->freq = plat->frequency;
336         priv->periph_id = plat->periph_id;
337
338         return 0;
339 }
340
341 This implementation doesn't actually touch the hardware, which is somewhat
342 unusual for a driver. In this case we will do that when the device is
343 claimed by something that wants to use the SPI bus.
344
345 For remove we could shut down the clocks, but in this case there is
346 nothing to do. DM frees any memory that it allocated, so we can just
347 remove exynos_spi_remove() and its reference in U_BOOT_DRIVER.
348
349
350 11. Implement set_speed()
351
352 This should set up clocks so that the SPI bus is running at the right
353 speed. With the old API spi_claim_bus() would normally do this and several
354 of the following functions, so let's look at that function:
355
356 int spi_claim_bus(struct spi_slave *slave)
357 {
358         struct exynos_spi_slave *spi_slave = to_exynos_spi(slave);
359         struct exynos_spi *regs = spi_slave->regs;
360         u32 reg = 0;
361         int ret;
362
363         ret = set_spi_clk(spi_slave->periph_id,
364                                         spi_slave->freq);
365         if (ret < 0) {
366                 debug("%s: Failed to setup spi clock\n", __func__);
367                 return ret;
368         }
369
370         exynos_pinmux_config(spi_slave->periph_id, PINMUX_FLAG_NONE);
371
372         spi_flush_fifo(slave);
373
374         reg = readl(&regs->ch_cfg);
375         reg &= ~(SPI_CH_CPHA_B | SPI_CH_CPOL_L);
376
377         if (spi_slave->mode & SPI_CPHA)
378                 reg |= SPI_CH_CPHA_B;
379
380         if (spi_slave->mode & SPI_CPOL)
381                 reg |= SPI_CH_CPOL_L;
382
383         writel(reg, &regs->ch_cfg);
384         writel(SPI_FB_DELAY_180, &regs->fb_clk);
385
386         return 0;
387 }
388
389
390 It sets up the speed, mode, pinmux, feedback delay and clears the FIFOs.
391 With DM these will happen in separate methods.
392
393
394 Here is an example for the speed part:
395
396 static int exynos_spi_set_speed(struct udevice *bus, uint speed)
397 {
398         struct exynos_spi_platdata *plat = bus->platdata;
399         struct exynos_spi_priv *priv = dev_get_priv(bus);
400         int ret;
401
402         if (speed > plat->frequency)
403                 speed = plat->frequency;
404         ret = set_spi_clk(priv->periph_id, speed);
405         if (ret)
406                 return ret;
407         priv->freq = speed;
408         debug("%s: regs=%p, speed=%d\n", __func__, priv->regs, priv->freq);
409
410         return 0;
411 }
412
413
414 12. Implement set_mode()
415
416 This should adjust the SPI mode (polarity, etc.). Again this code probably
417 comes from the old spi_claim_bus(). Here is an example:
418
419
420 static int exynos_spi_set_mode(struct udevice *bus, uint mode)
421 {
422         struct exynos_spi_priv *priv = dev_get_priv(bus);
423         uint32_t reg;
424
425         reg = readl(&priv->regs->ch_cfg);
426         reg &= ~(SPI_CH_CPHA_B | SPI_CH_CPOL_L);
427
428         if (mode & SPI_CPHA)
429                 reg |= SPI_CH_CPHA_B;
430
431         if (mode & SPI_CPOL)
432                 reg |= SPI_CH_CPOL_L;
433
434         writel(reg, &priv->regs->ch_cfg);
435         priv->mode = mode;
436         debug("%s: regs=%p, mode=%d\n", __func__, priv->regs, priv->mode);
437
438         return 0;
439 }
440
441
442 13. Implement claim_bus()
443
444 This is where a client wants to make use of the bus, so claims it first.
445 At this point we need to make sure everything is set up ready for data
446 transfer. Note that this function is wholly internal to the driver - at
447 present the SPI uclass never calls it.
448
449 Here again we look at the old claim function and see some code that is
450 needed. It is anything unrelated to speed and mode:
451
452 static int exynos_spi_claim_bus(struct udevice *bus)
453 {
454         struct exynos_spi_priv *priv = dev_get_priv(bus);
455
456         exynos_pinmux_config(priv->periph_id, PINMUX_FLAG_NONE);
457         spi_flush_fifo(priv->regs);
458
459         writel(SPI_FB_DELAY_180, &priv->regs->fb_clk);
460
461         return 0;
462 }
463
464 The spi_flush_fifo() function is in the removed part of the code, so we
465 need to expose it again (perhaps with an #endif before it and '#if 0'
466 after it). It only needs access to priv->regs which is why we have
467 passed that in:
468
469 /**
470  * Flush spi tx, rx fifos and reset the SPI controller
471  *
472  * @param regs  Pointer to SPI registers
473  */
474 static void spi_flush_fifo(struct exynos_spi *regs)
475 {
476         clrsetbits_le32(&regs->ch_cfg, SPI_CH_HS_EN, SPI_CH_RST);
477         clrbits_le32(&regs->ch_cfg, SPI_CH_RST);
478         setbits_le32(&regs->ch_cfg, SPI_TX_CH_ON | SPI_RX_CH_ON);
479 }
480
481
482 14. Implement release_bus()
483
484 This releases the bus - in our example the old code in spi_release_bus()
485 is a call to spi_flush_fifo, so we add:
486
487 static int exynos_spi_release_bus(struct udevice *bus)
488 {
489         struct exynos_spi_priv *priv = dev_get_priv(bus);
490
491         spi_flush_fifo(priv->regs);
492
493         return 0;
494 }
495
496
497 15. Implement xfer()
498
499 This is the final method that we need to create, and it is where all the
500 work happens. The method parameters are the same as the old spi_xfer() with
501 the addition of a 'struct udevice' so conversion is pretty easy. Start
502 by copying the contents of spi_xfer() to your new xfer() method and proceed
503 from there.
504
505 If (flags & SPI_XFER_BEGIN) is non-zero then xfer() normally calls an
506 activate function, something like this:
507
508 void spi_cs_activate(struct spi_slave *slave)
509 {
510         struct exynos_spi_slave *spi_slave = to_exynos_spi(slave);
511
512         /* If it's too soon to do another transaction, wait */
513         if (spi_slave->bus->deactivate_delay_us &&
514             spi_slave->last_transaction_us) {
515                 ulong delay_us;         /* The delay completed so far */
516                 delay_us = timer_get_us() - spi_slave->last_transaction_us;
517                 if (delay_us < spi_slave->bus->deactivate_delay_us)
518                         udelay(spi_slave->bus->deactivate_delay_us - delay_us);
519         }
520
521         clrbits_le32(&spi_slave->regs->cs_reg, SPI_SLAVE_SIG_INACT);
522         debug("Activate CS, bus %d\n", spi_slave->slave.bus);
523         spi_slave->skip_preamble = spi_slave->mode & SPI_PREAMBLE;
524 }
525
526 The new version looks like this:
527
528 static void spi_cs_activate(struct udevice *dev)
529 {
530         struct udevice *bus = dev->parent;
531         struct exynos_spi_platdata *pdata = dev_get_platdata(bus);
532         struct exynos_spi_priv *priv = dev_get_priv(bus);
533
534         /* If it's too soon to do another transaction, wait */
535         if (pdata->deactivate_delay_us &&
536             priv->last_transaction_us) {
537                 ulong delay_us;         /* The delay completed so far */
538                 delay_us = timer_get_us() - priv->last_transaction_us;
539                 if (delay_us < pdata->deactivate_delay_us)
540                         udelay(pdata->deactivate_delay_us - delay_us);
541         }
542
543         clrbits_le32(&priv->regs->cs_reg, SPI_SLAVE_SIG_INACT);
544         debug("Activate CS, bus '%s'\n", bus->name);
545         priv->skip_preamble = priv->mode & SPI_PREAMBLE;
546 }
547
548 All we have really done here is change the pointers and print the device name
549 instead of the bus number. Other local static functions can be treated in
550 the same way.
551
552
553 16. Set up the per-child data and child pre-probe function
554
555 To minimise the pain and complexity of the SPI subsystem while the driver
556 model change-over is in place, struct spi_slave is used to reference a
557 SPI bus slave, even though that slave is actually a struct udevice. In fact
558 struct spi_slave is the device's child data. We need to make sure this space
559 is available. It is possible to allocate more space that struct spi_slave
560 needs, but this is the minimum.
561
562 U_BOOT_DRIVER(exynos_spi) = {
563 ...
564         .per_child_auto_alloc_size      = sizeof(struct spi_slave),
565 }
566
567
568 17. Optional: Set up cs_info() if you want it
569
570 Sometimes it is useful to know whether a SPI chip select is valid, but this
571 is not obvious from outside the driver. In this case you can provide a
572 method for cs_info() to deal with this. If you don't provide it, then the
573 device tree will be used to determine what chip selects are valid.
574
575 Return -ENODEV if the supplied chip select is invalid, or 0 if it is valid.
576 If you don't provide the cs_info() method, -ENODEV is assumed for all
577 chip selects that do not appear in the device tree.
578
579
580 18. Test it
581
582 Now that you have the code written and it compiles, try testing it using
583 the 'sf test' command. You may need to enable CONFIG_CMD_SF_TEST for your
584 board.
585
586
587 19. Prepare patches and send them to the mailing lists
588
589 You can use 'tools/patman/patman' to prepare, check and send patches for
590 your work. See the README for details.
591
592 20. A little note about SPI uclass features:
593
594 The SPI uclass keeps some information about each device 'dev' on the bus:
595
596    struct dm_spi_slave_platdata - this is device_get_parent_platdata(dev)
597                 This is where the chip select number is stored, along with
598                 the default bus speed and mode. It is automatically read
599                 from the device tree in spi_child_post_bind(). It must not
600                 be changed at run-time after being set up because platform
601                 data is supposed to be immutable at run-time.
602    struct spi_slave - this is device_get_parentdata(dev)
603                 Already mentioned above. It holds run-time information about
604                 the device.
605
606 There are also some SPI uclass methods that get called behind the scenes:
607
608    spi_post_bind() - called when a new bus is bound
609                 This scans the device tree for devices on the bus, and binds
610                 each one. This in turn causes spi_child_post_bind() to be
611                 called for each, which reads the device tree information
612                 into the parent (per-child) platform data.
613    spi_child_post_bind() - called when a new child is bound
614                 As mentioned above this reads the device tree information
615                 into the per-child platform data
616    spi_child_pre_probe() - called before a new child is probed
617                 This sets up the mode and speed in struct spi_slave by
618                 copying it from the parent's platform data for this child.
619                 It also sets the 'dev' pointer, needed to permit passing
620                 'struct spi_slave' around the place without needing a
621                 separate 'struct udevice' pointer.
622
623 The above housekeeping makes it easier to write your SPI driver.