Merge tag 'dm-pull-29oct19' of git://git.denx.de/u-boot-dm
[oweals/u-boot.git] / doc / driver-model / spi-howto.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
2
3 How to port a SPI driver to driver model
4 ========================================
5
6 Here is a rough step-by-step guide. It is based around converting the
7 exynos SPI driver to driver model (DM) and the example code is based
8 around U-Boot v2014.10-rc2 (commit be9f643). This has been updated for
9 v2015.04.
10
11 It is quite long since it includes actual code examples.
12
13 Before driver model, SPI drivers have their own private structure which
14 contains 'struct spi_slave'. With driver model, 'struct spi_slave' still
15 exists, but now it is 'per-child data' for the SPI bus. Each child of the
16 SPI bus is a SPI slave. The information that was stored in the
17 driver-specific slave structure can now be port in private data for the
18 SPI bus.
19
20 For example, struct tegra_spi_slave looks like this:
21
22 .. code-block:: c
23
24         struct tegra_spi_slave {
25                 struct spi_slave slave;
26                 struct tegra_spi_ctrl *ctrl;
27         };
28
29 In this case 'slave' will be in per-child data, and 'ctrl' will be in the
30 SPI's buses private data.
31
32
33 How long does this take?
34 ------------------------
35
36 You should be able to complete this within 2 hours, including testing but
37 excluding preparing the patches. The API is basically the same as before
38 with only minor changes:
39
40 - methods to set speed and mode are separated out
41 - cs_info is used to get information on a chip select
42
43
44 Enable driver mode for SPI and SPI flash
45 ----------------------------------------
46
47 Add these to your board config:
48
49 * CONFIG_DM_SPI
50 * CONFIG_DM_SPI_FLASH
51
52
53 Add the skeleton
54 ----------------
55
56 Put this code at the bottom of your existing driver file:
57
58 .. code-block:: c
59
60         struct spi_slave *spi_setup_slave(unsigned int busnum, unsigned int cs,
61                                           unsigned int max_hz, unsigned int mode)
62         {
63                 return NULL;
64         }
65
66         struct spi_slave *spi_setup_slave_fdt(const void *blob, int slave_node,
67                                               int spi_node)
68         {
69                 return NULL;
70         }
71
72         static int exynos_spi_ofdata_to_platdata(struct udevice *dev)
73         {
74                 return -ENODEV;
75         }
76
77         static int exynos_spi_probe(struct udevice *dev)
78         {
79                 return -ENODEV;
80         }
81
82         static int exynos_spi_remove(struct udevice *dev)
83         {
84                 return -ENODEV;
85         }
86
87         static int exynos_spi_claim_bus(struct udevice *dev)
88         {
89
90                 return -ENODEV;
91         }
92
93         static int exynos_spi_release_bus(struct udevice *dev)
94         {
95
96                 return -ENODEV;
97         }
98
99         static int exynos_spi_xfer(struct udevice *dev, unsigned int bitlen,
100                                    const void *dout, void *din, unsigned long flags)
101         {
102
103                 return -ENODEV;
104         }
105
106         static int exynos_spi_set_speed(struct udevice *dev, uint speed)
107         {
108                 return -ENODEV;
109         }
110
111         static int exynos_spi_set_mode(struct udevice *dev, uint mode)
112         {
113                 return -ENODEV;
114         }
115
116         static int exynos_cs_info(struct udevice *bus, uint cs,
117                                   struct spi_cs_info *info)
118         {
119                 return -EINVAL;
120         }
121
122         static const struct dm_spi_ops exynos_spi_ops = {
123                 .claim_bus      = exynos_spi_claim_bus,
124                 .release_bus    = exynos_spi_release_bus,
125                 .xfer           = exynos_spi_xfer,
126                 .set_speed      = exynos_spi_set_speed,
127                 .set_mode       = exynos_spi_set_mode,
128                 .cs_info        = exynos_cs_info,
129         };
130
131         static const struct udevice_id exynos_spi_ids[] = {
132                 { .compatible = "samsung,exynos-spi" },
133                 { }
134         };
135
136         U_BOOT_DRIVER(exynos_spi) = {
137                 .name   = "exynos_spi",
138                 .id     = UCLASS_SPI,
139                 .of_match = exynos_spi_ids,
140                 .ops    = &exynos_spi_ops,
141                 .ofdata_to_platdata = exynos_spi_ofdata_to_platdata,
142                 .probe  = exynos_spi_probe,
143                 .remove = exynos_spi_remove,
144         };
145
146
147 Replace 'exynos' in the above code with your driver name
148 --------------------------------------------------------
149
150
151 #ifdef out all of the code in your driver except for the above
152 --------------------------------------------------------------
153
154 This will allow you to get it building, which means you can work
155 incrementally. Since all the methods return an error initially, there is
156 less chance that you will accidentally leave something in.
157
158 Also, even though your conversion is basically a rewrite, it might help
159 reviewers if you leave functions in the same place in the file,
160 particularly for large drivers.
161
162
163 Add some includes
164 -----------------
165
166 Add these includes to your driver:
167
168 .. code-block:: c
169
170         #include <dm.h>
171         #include <errno.h>
172
173
174 Build
175 -----
176
177 At this point you should be able to build U-Boot for your board with the
178 empty SPI driver. You still have empty methods in your driver, but we will
179 write these one by one.
180
181 Set up your platform data structure
182 -----------------------------------
183
184 This will hold the information your driver to operate, like its hardware
185 address or maximum frequency.
186
187 You may already have a struct like this, or you may need to create one
188 from some of the #defines or global variables in the driver.
189
190 Note that this information is not the run-time information. It should not
191 include state that changes. It should be fixed throughout the live of
192 U-Boot. Run-time information comes later.
193
194 Here is what was in the exynos spi driver:
195
196 .. code-block:: c
197
198         struct spi_bus {
199                 enum periph_id periph_id;
200                 s32 frequency;          /* Default clock frequency, -1 for none */
201                 struct exynos_spi *regs;
202                 int inited;             /* 1 if this bus is ready for use */
203                 int node;
204                 uint deactivate_delay_us;       /* Delay to wait after deactivate */
205         };
206
207 Of these, inited is handled by DM and node is the device tree node, which
208 DM tells you. The name is not quite right. So in this case we would use:
209
210 .. code-block:: c
211
212         struct exynos_spi_platdata {
213                 enum periph_id periph_id;
214                 s32 frequency;          /* Default clock frequency, -1 for none */
215                 struct exynos_spi *regs;
216                 uint deactivate_delay_us;       /* Delay to wait after deactivate */
217         };
218
219
220 Write ofdata_to_platdata() [for device tree only]
221 -------------------------------------------------
222
223 This method will convert information in the device tree node into a C
224 structure in your driver (called platform data). If you are not using
225 device tree, go to 8b.
226
227 DM will automatically allocate the struct for us when we are using device
228 tree, but we need to tell it the size:
229
230 .. code-block:: c
231
232         U_BOOT_DRIVER(spi_exynos) = {
233         ...
234                 .platdata_auto_alloc_size = sizeof(struct exynos_spi_platdata),
235
236
237 Here is a sample function. It gets a pointer to the platform data and
238 fills in the fields from device tree.
239
240 .. code-block:: c
241
242         static int exynos_spi_ofdata_to_platdata(struct udevice *bus)
243         {
244                 struct exynos_spi_platdata *plat = bus->platdata;
245                 const void *blob = gd->fdt_blob;
246                 int node = dev_of_offset(bus);
247
248                 plat->regs = (struct exynos_spi *)fdtdec_get_addr(blob, node, "reg");
249                 plat->periph_id = pinmux_decode_periph_id(blob, node);
250
251                 if (plat->periph_id == PERIPH_ID_NONE) {
252                         debug("%s: Invalid peripheral ID %d\n", __func__,
253                                 plat->periph_id);
254                         return -FDT_ERR_NOTFOUND;
255                 }
256
257                 /* Use 500KHz as a suitable default */
258                 plat->frequency = fdtdec_get_int(blob, node, "spi-max-frequency",
259                                                 500000);
260                 plat->deactivate_delay_us = fdtdec_get_int(blob, node,
261                                                 "spi-deactivate-delay", 0);
262                 debug("%s: regs=%p, periph_id=%d, max-frequency=%d, deactivate_delay=%d\n",
263                       __func__, plat->regs, plat->periph_id, plat->frequency,
264                       plat->deactivate_delay_us);
265
266                 return 0;
267         }
268
269
270 Add the platform data [non-device-tree only]
271 --------------------------------------------
272
273 Specify this data in a U_BOOT_DEVICE() declaration in your board file:
274
275 .. code-block:: c
276
277         struct exynos_spi_platdata platdata_spi0 = {
278                 .periph_id = ...
279                 .frequency = ...
280                 .regs = ...
281                 .deactivate_delay_us = ...
282         };
283
284         U_BOOT_DEVICE(board_spi0) = {
285                 .name = "exynos_spi",
286                 .platdata = &platdata_spi0,
287         };
288
289 You will unfortunately need to put the struct definition into a header file
290 in this case so that your board file can use it.
291
292
293 Add the device private data
294 ---------------------------
295
296 Most devices have some private data which they use to keep track of things
297 while active. This is the run-time information and needs to be stored in
298 a structure. There is probably a structure in the driver that includes a
299 'struct spi_slave', so you can use that.
300
301 .. code-block:: c
302
303         struct exynos_spi_slave {
304                 struct spi_slave slave;
305                 struct exynos_spi *regs;
306                 unsigned int freq;              /* Default frequency */
307                 unsigned int mode;
308                 enum periph_id periph_id;       /* Peripheral ID for this device */
309                 unsigned int fifo_size;
310                 int skip_preamble;
311                 struct spi_bus *bus;            /* Pointer to our SPI bus info */
312                 ulong last_transaction_us;      /* Time of last transaction end */
313         };
314
315
316 We should rename this to make its purpose more obvious, and get rid of
317 the slave structure, so we have:
318
319 .. code-block:: c
320
321         struct exynos_spi_priv {
322                 struct exynos_spi *regs;
323                 unsigned int freq;              /* Default frequency */
324                 unsigned int mode;
325                 enum periph_id periph_id;       /* Peripheral ID for this device */
326                 unsigned int fifo_size;
327                 int skip_preamble;
328                 ulong last_transaction_us;      /* Time of last transaction end */
329         };
330
331
332 DM can auto-allocate this also:
333
334 .. code-block:: c
335
336         U_BOOT_DRIVER(spi_exynos) = {
337         ...
338                 .priv_auto_alloc_size = sizeof(struct exynos_spi_priv),
339
340
341 Note that this is created before the probe method is called, and destroyed
342 after the remove method is called. It will be zeroed when the probe
343 method is called.
344
345
346 Add the probe() and remove() methods
347 ------------------------------------
348
349 Note: It's a good idea to build repeatedly as you are working, to avoid a
350 huge amount of work getting things compiling at the end.
351
352 The probe method is supposed to set up the hardware. U-Boot used to use
353 spi_setup_slave() to do this. So take a look at this function and see
354 what you can copy out to set things up.
355
356 .. code-block:: c
357
358         static int exynos_spi_probe(struct udevice *bus)
359         {
360                 struct exynos_spi_platdata *plat = dev_get_platdata(bus);
361                 struct exynos_spi_priv *priv = dev_get_priv(bus);
362
363                 priv->regs = plat->regs;
364                 if (plat->periph_id == PERIPH_ID_SPI1 ||
365                     plat->periph_id == PERIPH_ID_SPI2)
366                         priv->fifo_size = 64;
367                 else
368                         priv->fifo_size = 256;
369
370                 priv->skip_preamble = 0;
371                 priv->last_transaction_us = timer_get_us();
372                 priv->freq = plat->frequency;
373                 priv->periph_id = plat->periph_id;
374
375                 return 0;
376         }
377
378 This implementation doesn't actually touch the hardware, which is somewhat
379 unusual for a driver. In this case we will do that when the device is
380 claimed by something that wants to use the SPI bus.
381
382 For remove we could shut down the clocks, but in this case there is
383 nothing to do. DM frees any memory that it allocated, so we can just
384 remove exynos_spi_remove() and its reference in U_BOOT_DRIVER.
385
386
387 Implement set_speed()
388 ---------------------
389
390 This should set up clocks so that the SPI bus is running at the right
391 speed. With the old API spi_claim_bus() would normally do this and several
392 of the following functions, so let's look at that function:
393
394 .. code-block:: c
395
396         int spi_claim_bus(struct spi_slave *slave)
397         {
398                 struct exynos_spi_slave *spi_slave = to_exynos_spi(slave);
399                 struct exynos_spi *regs = spi_slave->regs;
400                 u32 reg = 0;
401                 int ret;
402
403                 ret = set_spi_clk(spi_slave->periph_id,
404                                                 spi_slave->freq);
405                 if (ret < 0) {
406                         debug("%s: Failed to setup spi clock\n", __func__);
407                         return ret;
408                 }
409
410                 exynos_pinmux_config(spi_slave->periph_id, PINMUX_FLAG_NONE);
411
412                 spi_flush_fifo(slave);
413
414                 reg = readl(&regs->ch_cfg);
415                 reg &= ~(SPI_CH_CPHA_B | SPI_CH_CPOL_L);
416
417                 if (spi_slave->mode & SPI_CPHA)
418                         reg |= SPI_CH_CPHA_B;
419
420                 if (spi_slave->mode & SPI_CPOL)
421                         reg |= SPI_CH_CPOL_L;
422
423                 writel(reg, &regs->ch_cfg);
424                 writel(SPI_FB_DELAY_180, &regs->fb_clk);
425
426                 return 0;
427         }
428
429
430 It sets up the speed, mode, pinmux, feedback delay and clears the FIFOs.
431 With DM these will happen in separate methods.
432
433
434 Here is an example for the speed part:
435
436 .. code-block:: c
437
438         static int exynos_spi_set_speed(struct udevice *bus, uint speed)
439         {
440                 struct exynos_spi_platdata *plat = bus->platdata;
441                 struct exynos_spi_priv *priv = dev_get_priv(bus);
442                 int ret;
443
444                 if (speed > plat->frequency)
445                         speed = plat->frequency;
446                 ret = set_spi_clk(priv->periph_id, speed);
447                 if (ret)
448                         return ret;
449                 priv->freq = speed;
450                 debug("%s: regs=%p, speed=%d\n", __func__, priv->regs, priv->freq);
451
452                 return 0;
453         }
454
455
456 Implement set_mode()
457 --------------------
458
459 This should adjust the SPI mode (polarity, etc.). Again this code probably
460 comes from the old spi_claim_bus(). Here is an example:
461
462 .. code-block:: c
463
464         static int exynos_spi_set_mode(struct udevice *bus, uint mode)
465         {
466                 struct exynos_spi_priv *priv = dev_get_priv(bus);
467                 uint32_t reg;
468
469                 reg = readl(&priv->regs->ch_cfg);
470                 reg &= ~(SPI_CH_CPHA_B | SPI_CH_CPOL_L);
471
472                 if (mode & SPI_CPHA)
473                         reg |= SPI_CH_CPHA_B;
474
475                 if (mode & SPI_CPOL)
476                         reg |= SPI_CH_CPOL_L;
477
478                 writel(reg, &priv->regs->ch_cfg);
479                 priv->mode = mode;
480                 debug("%s: regs=%p, mode=%d\n", __func__, priv->regs, priv->mode);
481
482                 return 0;
483         }
484
485
486 Implement claim_bus()
487 ---------------------
488
489 This is where a client wants to make use of the bus, so claims it first.
490 At this point we need to make sure everything is set up ready for data
491 transfer. Note that this function is wholly internal to the driver - at
492 present the SPI uclass never calls it.
493
494 Here again we look at the old claim function and see some code that is
495 needed. It is anything unrelated to speed and mode:
496
497 .. code-block:: c
498
499         static int exynos_spi_claim_bus(struct udevice *bus)
500         {
501                 struct exynos_spi_priv *priv = dev_get_priv(bus);
502
503                 exynos_pinmux_config(priv->periph_id, PINMUX_FLAG_NONE);
504                 spi_flush_fifo(priv->regs);
505
506                 writel(SPI_FB_DELAY_180, &priv->regs->fb_clk);
507
508                 return 0;
509         }
510
511 The spi_flush_fifo() function is in the removed part of the code, so we
512 need to expose it again (perhaps with an #endif before it and '#if 0'
513 after it). It only needs access to priv->regs which is why we have
514 passed that in:
515
516 .. code-block:: c
517
518         /**
519          * Flush spi tx, rx fifos and reset the SPI controller
520          *
521          * @param regs  Pointer to SPI registers
522          */
523         static void spi_flush_fifo(struct exynos_spi *regs)
524         {
525                 clrsetbits_le32(&regs->ch_cfg, SPI_CH_HS_EN, SPI_CH_RST);
526                 clrbits_le32(&regs->ch_cfg, SPI_CH_RST);
527                 setbits_le32(&regs->ch_cfg, SPI_TX_CH_ON | SPI_RX_CH_ON);
528         }
529
530
531 Implement release_bus()
532 -----------------------
533
534 This releases the bus - in our example the old code in spi_release_bus()
535 is a call to spi_flush_fifo, so we add:
536
537 .. code-block:: c
538
539         static int exynos_spi_release_bus(struct udevice *bus)
540         {
541                 struct exynos_spi_priv *priv = dev_get_priv(bus);
542
543                 spi_flush_fifo(priv->regs);
544
545                 return 0;
546         }
547
548
549 Implement xfer()
550 ----------------
551
552 This is the final method that we need to create, and it is where all the
553 work happens. The method parameters are the same as the old spi_xfer() with
554 the addition of a 'struct udevice' so conversion is pretty easy. Start
555 by copying the contents of spi_xfer() to your new xfer() method and proceed
556 from there.
557
558 If (flags & SPI_XFER_BEGIN) is non-zero then xfer() normally calls an
559 activate function, something like this:
560
561 .. code-block:: c
562
563         void spi_cs_activate(struct spi_slave *slave)
564         {
565                 struct exynos_spi_slave *spi_slave = to_exynos_spi(slave);
566
567                 /* If it's too soon to do another transaction, wait */
568                 if (spi_slave->bus->deactivate_delay_us &&
569                     spi_slave->last_transaction_us) {
570                         ulong delay_us;         /* The delay completed so far */
571                         delay_us = timer_get_us() - spi_slave->last_transaction_us;
572                         if (delay_us < spi_slave->bus->deactivate_delay_us)
573                                 udelay(spi_slave->bus->deactivate_delay_us - delay_us);
574                 }
575
576                 clrbits_le32(&spi_slave->regs->cs_reg, SPI_SLAVE_SIG_INACT);
577                 debug("Activate CS, bus %d\n", spi_slave->slave.bus);
578                 spi_slave->skip_preamble = spi_slave->mode & SPI_PREAMBLE;
579         }
580
581 The new version looks like this:
582
583 .. code-block:: c
584
585         static void spi_cs_activate(struct udevice *dev)
586         {
587                 struct udevice *bus = dev->parent;
588                 struct exynos_spi_platdata *pdata = dev_get_platdata(bus);
589                 struct exynos_spi_priv *priv = dev_get_priv(bus);
590
591                 /* If it's too soon to do another transaction, wait */
592                 if (pdata->deactivate_delay_us &&
593                     priv->last_transaction_us) {
594                         ulong delay_us;         /* The delay completed so far */
595                         delay_us = timer_get_us() - priv->last_transaction_us;
596                         if (delay_us < pdata->deactivate_delay_us)
597                                 udelay(pdata->deactivate_delay_us - delay_us);
598                 }
599
600                 clrbits_le32(&priv->regs->cs_reg, SPI_SLAVE_SIG_INACT);
601                 debug("Activate CS, bus '%s'\n", bus->name);
602                 priv->skip_preamble = priv->mode & SPI_PREAMBLE;
603         }
604
605 All we have really done here is change the pointers and print the device name
606 instead of the bus number. Other local static functions can be treated in
607 the same way.
608
609
610 Set up the per-child data and child pre-probe function
611 ------------------------------------------------------
612
613 To minimise the pain and complexity of the SPI subsystem while the driver
614 model change-over is in place, struct spi_slave is used to reference a
615 SPI bus slave, even though that slave is actually a struct udevice. In fact
616 struct spi_slave is the device's child data. We need to make sure this space
617 is available. It is possible to allocate more space that struct spi_slave
618 needs, but this is the minimum.
619
620 .. code-block:: c
621
622         U_BOOT_DRIVER(exynos_spi) = {
623         ...
624                 .per_child_auto_alloc_size      = sizeof(struct spi_slave),
625         }
626
627
628 Optional: Set up cs_info() if you want it
629 -----------------------------------------
630
631 Sometimes it is useful to know whether a SPI chip select is valid, but this
632 is not obvious from outside the driver. In this case you can provide a
633 method for cs_info() to deal with this. If you don't provide it, then the
634 device tree will be used to determine what chip selects are valid.
635
636 Return -EINVAL if the supplied chip select is invalid, or 0 if it is valid.
637 If you don't provide the cs_info() method, 0 is assumed for all chip selects
638 that do not appear in the device tree.
639
640
641 Test it
642 -------
643
644 Now that you have the code written and it compiles, try testing it using
645 the 'sf test' command. You may need to enable CONFIG_CMD_SF_TEST for your
646 board.
647
648
649 Prepare patches and send them to the mailing lists
650 --------------------------------------------------
651
652 You can use 'tools/patman/patman' to prepare, check and send patches for
653 your work. See tools/patman/README for details.
654
655 A little note about SPI uclass features
656 ---------------------------------------
657
658 The SPI uclass keeps some information about each device 'dev' on the bus:
659
660    struct dm_spi_slave_platdata:
661      This is device_get_parent_platdata(dev).
662      This is where the chip select number is stored, along with
663      the default bus speed and mode. It is automatically read
664      from the device tree in spi_child_post_bind(). It must not
665      be changed at run-time after being set up because platform
666      data is supposed to be immutable at run-time.
667    struct spi_slave:
668      This is device_get_parentdata(dev).
669      Already mentioned above. It holds run-time information about
670      the device.
671
672 There are also some SPI uclass methods that get called behind the scenes:
673
674    spi_post_bind():
675      Called when a new bus is bound.
676      This scans the device tree for devices on the bus, and binds
677      each one. This in turn causes spi_child_post_bind() to be
678      called for each, which reads the device tree information
679      into the parent (per-child) platform data.
680    spi_child_post_bind():
681      Called when a new child is bound.
682      As mentioned above this reads the device tree information
683      into the per-child platform data
684    spi_child_pre_probe():
685      Called before a new child is probed.
686      This sets up the mode and speed in struct spi_slave by
687      copying it from the parent's platform data for this child.
688      It also sets the 'dev' pointer, needed to permit passing
689      'struct spi_slave' around the place without needing a
690      separate 'struct udevice' pointer.
691
692 The above housekeeping makes it easier to write your SPI driver.