CH9434嵌入式Linux与安卓系统驱动移植和使用教程

1 前言

CH9434是一款SPI转四串口转接芯片，提供四组全双工的9线异步串口，用于单片机/嵌入式/安卓系统扩展异步串口。提供25路GPIO，以及支持RS485收发控制引脚TNOW。本篇基于STM32MP157处理器平台，介绍CH9434在嵌入式Linux系统/安卓系统的驱动移植和使用方法。

CH9434相关资料下载链接：

CH9434评估板设计原理图，单片机端操作例程，LINUX驱动及应用例程下载

2 驱动移植流程

2.1 移植准备

1、配置系统SPI设备信息，若支持DTS设备树可以直接在DTS文件中直接定义此SPI结构体信息，如下所示：

&spi5 {
     pinctrl-names = "default","sleep";
     pinctrl-0 = <&spi5_pins_a>;
     pinctrl-1 = <&spi5_sleep_pins_a>;
     status = "okay";
     cs-gpios = <&gpioz 4 GPIO_ACTIVE_LOW>;
​
     ch9434: ch9434@1 {
     compatible = "wch,ch943x";
     reg = <0>;
     spi-max-frequency = <3000000>;
     interrupt-parent = <&gpiod>;
     interrupts = <8 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;
    };
};

对于不支持DTS设备树的系统，则需要在board源文件中定义spi0_board_info对象，如下所示：

static struct spi_board_info spi0_board_info[] __initdata = {
    {
        .modalias = "ch943x_spi",
        .platform_data = NULL,
        .max_speed_hz = 3000000,
        .bus_num = 0,
        .chip_select = 0,
        .mode = SPI_MODE_0,
        .controller_data = &spi0_csi[0],
        .irq = IRQ_EINT(8),
    }
};

2、配置IO中断引脚，确认CH9434芯片INT中断请求引脚所连接的CPU的IO口编号，此IO需支持中断功能。此编号可以直接在驱动源码ch9434.c中直接指定，也可以在如上SPI设备结构体中指定，如步骤1所示。

此外，注意有些平台上中断申请方式可能与驱动中默认实现方式不同，此时需修改ch9434.c文件中ch943x_spi_probe的相关代码

注：默认情况下请不要修改uart时钟，若确实需修改以支持部分非标波特率，可在ch943x_probe中修改：

freq = 32 *1000000 *15 / clkdiv;

2.2 静态编译驱动

（1）将驱动程序拷贝到内核目录：$kernel_srcdrivers tyserial

（2）向$kernel_srcdrivers tyserialKonfig 中添加：

config SERIAL_CH9434
tristate "SERIAL_CH9434 serial support"
depends on SPI
select SERIAL_CORE
help
    This selects support for ch9434 serial ports.

（3）向$kernel_srcdrivers tyserialMakefile 中添加：

obj-$(CONFIG_SERIAL_CH943X)+= ch9434.o

（4）运行make menuconfig，选择驱动/tty/serial下的ch9434 serial support，然后保存配置。

（5）重新编译系统

2.3 动态编译驱动—方式1

（1）拷贝驱动文件至用于添加驱动的package/kernel目录下

（2）新建模块目录，如：ch9434，然后添加相关的Makefile和Kconfig文件，通常可以从系统已有的其他驱动下拷贝然后修改

（3）运行“make menuconfig”然后选中“ ch9434 serial support”作为“modules”项

（4）单独编译模块，命令为：

make package/kernel/ch9434/compile V=s

2.4 动态编译驱动—方式2

拷贝驱动文件至宿主机工作目录，在driver目录下新增Makefile文件，如下所示：

KERN_DIR = /home/Linux-5.4 
all:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 
    $(CROSS_COMPILE)gcc -o ch9434 ch9434.c 
clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
    rm -rf modules.order
    rm -f ch9434
obj-m += ch9434.o

注意：此方式需系统下提前配置交叉编译工具链，在如上Makefile文件中修改KERN_DIR为已编译的内核目录。同时设置环境变量如下：

export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabihf
export PATH=$PATH:/home/xxx/sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin

在driver目录下直接执行make，成功时可生成ch9434.ko驱动模块。

3 加载驱动并验证

3.1 加载驱动

[root@100ask:/mnt/ch9434]# insmod ch9434.ko
[ 477.091787] ch9434: loading out-of-tree module taints kernel.
[ 477.096776] ch9434: module verification failed: signature and/or required key missing - tainting kernel
[ 477.109272] ch9434: SPI driver for spi to serial chip ch9434, etc.
[ 477.114026] ch9434: V1.00 On 2020.06.17
[ 477.123448] ch943x_spi spi0.1: change to SPI MODE 3!

3.2 查看串口节点

进入/dev目录，可以看到出现ttyWCH0、ttyWCH1、ttyWCH2和ttyWCH3设备节点，表示加载成功。

[root@100ask:/dev]# ls ttyWCH*
ttyWCH0  ttyWCH1  ttyWCH2  ttyWCH3

3.3 验证SPI通讯

ch943x_probe中会自动调用ch943x_scr_test接口，向4个串口的SPR寄存器分别写入0x55和0x66并读取寄存器值，若读取与写入的数值相匹配，则SPI接口通讯正常。

static int ch943x_scr_test(struct uart_port *port)
{
	struct ch943x_port *s = dev_get_drvdata(port->dev);

	dev_vdbg(&s->spi_dev->dev,"******Uart %d SPR Test Start******
", port->line);	
    ch943x_port_write(port, CH943X_SPR_REG,0x55);
	ch943x_port_read(port, CH943X_SPR_REG);
	ch943x_port_write(port, CH943X_SPR_REG,0x66);
	ch943x_port_read(port, CH943X_SPR_REG);
	dev_vdbg(&s->spi_dev->dev,"******Uart %d SPR Test End******
", port->line);	
	
	return 0;
}

使用前需在驱动程序中定义宏：

#define DEBUG
#define VERBOSE_DEBUG

以及修改printk内核打印等级：

[root@100ask:~]# echo 8 4 1 7 > /proc/sys/kernel/printk

加载驱动后查看内核打印信息：

[root@100ask:/mnt/ch9434]# insmod ch9434.ko
[ 477.091787] ch9434: loading out-of-tree module taints kernel.
[ 477.096776] ch9434: module verification failed: signature and/or required key missing - tainting kernel
[ 477.109272] ch9434: SPI driver for spi to serial chip ch9434, etc.
[ 477.114026] ch9434: V1.00 On 2020.06.17
[ 477.123448] ch943x_spi spi0.1: change to SPI MODE 3!
[ 477.129197] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x81, val:0x 0
[ 477.135149] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x84, val:0x 0
[ 477.141604] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x 6, val:0x 0
[ 477.148458] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 0 SPR Test Start******
[ 477.154347] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x87, val:0x55
[ 477.160705] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x 7, val:0x55
[ 477.166982] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x87, val:0x66
[ 477.173556] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x 7, val:0x66
[ 477.179305] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 0 SPR Test End******
[ 477.185633] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x91, val:0x 0
[ 477.192274] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x94, val:0x 0
[ 477.198463] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x16, val:0x 0
[ 477.209156] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 1 SPR Test Start******
[ 477.214381] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x97, val:0x55
[ 477.225183] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x17, val:0x55
[ 477.232922] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0x97, val:0x66
[ 477.241444] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x17, val:0x66
[ 477.246359] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 1 SPR Test End******
[ 477.252862] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xa1, val:0x 0
[ 477.259188] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xa4, val:0x 0
[ 477.265396] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x26, val:0x 0
[ 477.272512] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 2 SPR Test Start******
[ 477.277949] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xa7, val:0x55
[ 477.284520] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x27, val:0x55
[ 477.290761] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xa7, val:0x66
[ 477.297358] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x27, val:0x66
[ 477.303202] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 2 SPR Test End******
[ 477.309544] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xb1, val:0x 0
[ 477.315969] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xb4, val:0x 0
[ 477.322556] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x36, val:0x 0
[ 477.329200] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 3 SPR Test Start******
[ 477.334860] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xb7, val:0x55
[ 477.341359] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x37, val:0x55
[ 477.347567] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xb7, val:0x66
[ 477.354204] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x37, val:0x66
[ 477.360005] ch943x_spi spi0.1: ******Uart 3 SPR Test End******
[ 477.366257] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_write - reg:0xc8, val:0xcd
[ 477.372805] ch943x_spi spi0.1: ch943x_port_read - reg:0x48, val:0xcd
[ 477.382495] ch943x_spi spi0.1: ch943x_probe - devm_request_threaded_irq =84 result:0
[ 477.392463] cpu cpu0: Looking up cpu-supply from device tree

3.4 验证IO中断功能

驱动程序处理串口数据的发送，接收以及Modem输入中断事件均是在中断服务函数中进行，因此当SPI接口正常串口功能不正常，需检查中断功能是否正常，当执行串口发送时，驱动会自动打开串口发送中断（IETHRE），芯片的INT引脚会输出低电平请求CPU中断。在打开调试开关时，正常情况下可观察到中断服务函数运行的打印信息。此外，也可以手动给CPU的IO口拉高/拉低，测试中断是否能正常应。

4 功能测试

编译demo目录下tty_test_ch9434.c得到可执行目标程序app，运行演示：

./app -D /dev/ttyWCH0 -S 115200 -v
//参数含义
-D --device  tty device to use
-S --speed  uart speed
-v --verbose  verbose (show rx buffer)
-f --hardflow  open hardware flowcontrol
-R --rs485  enable rs485 function
-s --savefile  save rx data to file

4.1 串口收发

（1）串口发送数据流程为：应用软件调用write方法—>驱动接收请求并将数据拷贝至串口circ_buf，打开串口发送空中断（IER寄存器IETHRE位）->执行中断服务函数->判断为发送空中断时执行ch943x_handle_tx函数，从circ_buf中拷贝数据，通过SPI发送函数，将数据写入到串口发送FIFO寄存器->发送完成再次触发空中断，当circ_buf仍有数据则继续发送，否则关闭发送空中断。

（2）串口接收数据流程为：芯片RXD引脚收到串口数据后->执行中断服务函数->判断IIR中断类型为接收数据超时或接收数据可用时执行ch943x_handle_rx函数->读取FIFO长度，通过SPI读取函数，从串口接收FIFO寄存器读取数据并拷贝至串口circ_buf->退出中断->通过应用层有数据可读，应用软件调用read方法读数据。

串口收发流程图：

​

通过串口向PC收发数据测试：

串口发送0x00-0xFF/接收0x61-0x64

​

4.2 使用MODEM功能

引脚介绍：

​

编辑

MODEM输出测试方法： 程序中设置MODEM信号输出后，可以直接用万用表测试信号电压，也可以将9434评估板串口的输出引脚连接USB转串口模块（如CH342）的MODEM输入引脚，CH342的USB端连接PC；打开串口调试工具，通断发送端连接，接收端可观察数据变化。

​

MODEM输入测试方法：

进入开发板系统，由PC端串口输出，调试工具中开启DTR和RTS，CH9434串口输入：

​

接收端运行应用程序，输入“g”获取modem状态：

[root@100ask:/mnt/ch9434/demo]# ./app -D /dev/ttyWCH0 -S 115200 -v
press s to set modem, z to clear modem, g to get modem,b to send break, w to write, r to read, q for quit.
g
DSR Active!
CTS Active!
press s to set modem, z to clear modem, g to get modem,b to send break, w to write, r to read, q for quit.

4.3 硬件流控

串口流控功能使能是将 MCR寄存器的AFE位置1，CH9434 将自动进行硬件流控。芯片将自动根据 FIFO 大小对流控引脚进行操作。启用自动流控后，CTS 有效时芯片串口将连续发送数据，CTS 引脚无效时，串口最多发送8 字节数据后停止发送。RTS 在触发 FIFO 达到设定的流控字节数目后自动失效。

FCR 寄存器的 RECVTG1 和 RECVTG0 位用于设置接收 FIFO 的中断和硬件流控制的触发点，00 对应256 个字节，即接收满256 个字节产生接收数据可用的中断，并在使能硬件流控制时自动无效 RTS 引脚，01 对应512 个字节，10 对应1024 个字节，11 对应1285 个字节。

PC发送端串口工具设置开启流控制：

​

接收端运行应用程序：

​

4.4 GPIO测试

CH9434 支持部分引脚复用为 GPIO 功能，最多支持25 路，每个 IO 都可以独立设置方向、上拉电阻和下拉电阻配置。启用 GPIO 功能后，将自动失效该 IO 其他复用功能。GPIO 功能在设置时需要注意该 IO 原来功能的模式，设置时需要注意 DIR、PD、PU 等 IO 寄存器的顺序防止 IO 出现“抖动”。

GPIO输出测试：

测试方法：以GPIO0为例，该IO默认复用为CTS0；将该IO配置输出高/低电平，此时默认功能将失效。 添加代码：

/* gpio test */
ret = libtty_gpioenable(fd, 0, 1);
	if (ret != 0) {
	printf("libtty_gpioenable error.
");
	exit(0);
}

ret = libtty_gpiopullup(fd, 0, 1);
	if (ret != 0) {
	printf("libtty_gpiopullup error.
");
	exit(0);
}

ret = libtty_gpiodir(fd, 0, 1);
	if (ret != 0) {
	printf("libtty_gpiodir error.
");
	exit(0);
}

ret = libtty_gpioset(fd, 0, 1);
	if (ret != 0) {
	printf("libtty_gpioset error.
");
	exit(0);
}

使用万用表查看GPIO0输出电平 输出低电平：

​

输出高电平：

​

GPIO输入测试：

测试方法：以GPIO11为例，配置为输入模式，gpioval表示IO值，1个字节表示8个IO，将对应IO交替接地和3.3V引脚，运行应用程序查看输入值。

测试代码：

ret = libtty_gpioenable(fd, 1, 1);
if (ret != 0) 
    exit(0);

ret = libtty_gpiopullup(fd, 1, 0);
if (ret != 0) 
    exit(0);

ret = libtty_gpiodir(fd, 1, 0);
if (ret != 0) 
    exit(0);

ret = libtty_gpioget(fd, 1, &gpioval);
if (ret != 0) 
    exit(0);
else 
    printf("gpioval = 0x%02x 
", gpioval);

GPIO11即GPIO1_4，输入高电平时，gpioval应等于11111111B；输入低电平时，gpioval应等于11110111B 。

测试结果：

GPIO11接地：gpioval = 0xf7

GPIO11接3.3V：gpioval = 0xff

4.5 RS485串口测试

CH9434 串口提供 RS485 切换引脚 TNOW，引脚功能与其他功能复用，当启用 TNOW 功能后，将自动失效原 MODEM 信号功能。TNOW 还支持极性调节，以适应不同的极性使用场景。

添加代码：

char rs485 = 1;

ret = libtty_rs485set(fd, rs485);
if (ret != 0) {
	printf("libtty_rs485set %s error.
", rs485 ? "enable": "disable");
	exit(0);
}

测试方法： 连接CH9434评估板P2和P4（参照原理图），使用RS485传输；连接串口0和串口1对应的RS485引脚（P9和P15），串口0发送0x00~0x0FF，串口1接收显示：

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审核编辑：汤梓红