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I2C 概述
I2C是philips提出的外設總線.
I2C只有兩條線,一條串行數(shù)據(jù)線:SDA,一條是時鐘線SCL?，使用SCL，SDA這兩根信號線就實現(xiàn)了設備之間的數(shù)據(jù)交互，它方便了工程師的布線。
因此，I2C總線被非常廣泛地應用在EEPROM，實時鐘，小型LCD等設備與CPU的接口中。
linux下的驅動思路
在linux系統(tǒng)下編寫I2C驅動，目前主要有兩種方法，一種是把I2C設備當作一個普通的字符設備來處理，另一種是利用linux下I2C驅動體系結構來完成。下面比較下這兩種方法：
第一種方法：
優(yōu)點：思路比較直接，不需要花很多時間去了解linux中復雜的I2C子系統(tǒng)的操作方法。
缺點：
?? ?要求工程師不僅要對I2C設備的操作熟悉，而且要熟悉I2C的適配器(I2C控制器)操作。
?? ?要求工程師對I2C的設備器及I2C的設備操作方法都比較熟悉，最重要的是寫出的程序可以移植性差。
?? ?對內核的資源無法直接使用，因為內核提供的所有I2C設備器以及設備驅動都是基于I2C子系統(tǒng)的格式。
第一種方法的優(yōu)點就是第二種方法的缺點，
第一種方法的缺點就是第二種方法的優(yōu)點。
I2C架構概述
Linux的I2C體系結構分為3個組成部分：
I2C核心：I2C核心提供了I2C總線驅動和設備驅動的注冊，注銷方法，I2C通信方法(”algorithm”)上層的，與具體適配器無關的代碼以及探測設備，檢測設備地址的上層代碼等。
I2C總線驅動：I2C總線驅動是對I2C硬件體系結構中適配器端的實現(xiàn)，適配器可由CPU控制，甚至可以直接集成在CPU內部。
I2C設備驅動：I2C設備驅動(也稱為客戶驅動)是對I2C硬件體系結構中設備端的實現(xiàn)，設備一般掛接在受CPU控制的I2C適配器上，通過I2C適配器與CPU交換數(shù)據(jù)。
linux驅動中i2c驅動架構
上圖完整的描述了linux i2c驅動架構，雖然I2C硬件體系結構比較簡單，但是i2c體系結構在linux中的實現(xiàn)卻相當復雜。
那么我們如何編寫特定i2c接口器件的驅動程序？就是說上述架構中的那些部分需要我們完成，而哪些是linux內核已經(jīng)完善的或者是芯片提供商已經(jīng)提供的？
架構層次分類
第一層：提供i2c adapter的硬件驅動，探測、初始化i2c adapter（如申請i2c的io地址和中斷號），驅動soc控制的i2c adapter在硬件上產(chǎn)生信號（start、stop、ack）以及處理i2c中斷。覆蓋圖中的硬件實現(xiàn)層
第二層：提供i2c adapter的algorithm，用具體適配器的xxx_xferf()函數(shù)來填充i2c_algorithm的master_xfer函數(shù)指針，并把賦值后的i2c_algorithm再賦值給i2c_adapter的algo指針。覆蓋圖中的訪問抽象層、i2c核心層
第三層：實現(xiàn)i2c設備驅動中的i2c_driver接口，用具體的i2c device設備的attach_adapter()、detach_adapter()方法賦值給i2c_driver的成員函數(shù)指針。實現(xiàn)設備device與總線（或者叫adapter）的掛接。覆蓋圖中的driver驅動層
第四層：實現(xiàn)i2c設備所對應的具體device的驅動，i2c_driver只是實現(xiàn)設備與總線的掛接，而掛接在總線上的設備則是千差萬別的，所以要實現(xiàn)具體設備device的write()、read()、ioctl()等方法，賦值給file_operations，然后注冊字符設備（多數(shù)是字符設備）。覆蓋圖中的driver驅動層
第一層和第二層又叫i2c總線驅動(bus)，第三第四屬于i2c設備驅動(device driver)。
在linux驅動架構中，幾乎不需要驅動開發(fā)人員再添加bus，因為linux內核幾乎集成所有總線bus，如usb、pci、i2c等等。并且總線bus中的(與特定硬件相關的代碼)已由芯片提供商編寫完成，例如三星的s3c-2440平臺i2c總線bus為/drivers/i2c/buses/i2c-s3c2410.c
第三第四層與特定device相干的就需要驅動工程師來實現(xiàn)了。
Linux下I2C體系文件構架
在Linux內核源代碼中的driver目錄下包含一個i2c目錄
i2c-core.c這個文件實現(xiàn)了I2C核心的功能以及/proc/bus/i2c*接口。
??i2c-dev.c實現(xiàn)了I2C適配器設備文件的功能，每一個I2C適配器都被分配一個設備。通過適配器訪設備時的主設備號都為89，次設備號為0-255。I2c-dev.c并沒有針對特定的設備而設計，只是提供了通用的read(),write(),和ioctl()等接口，應用層可以借用這些接口訪問掛接在適配器上的I2C設備的存儲空間或寄存器，并控制I2C設備的工作方式。
busses文件夾這個文件中包含了一些I2C總線的驅動，如針對S3C2410，S3C2440，S3C6410等處理器的I2C控制器驅動為i2c-s3c2410.c.
algos文件夾實現(xiàn)了一些I2C總線適配器的algorithm.
重要的結構體
i2c_driver
[cpp]?view plain?copy
struct?i2c_driver?{??
unsigned?int?class;??
int?(*attach_adapter)(struct?i2c_adapter?*);//依附i2c_adapter函數(shù)指針??
int?(*detach_adapter)(struct?i2c_adapter?*);//脫離i2c_adapter函數(shù)指針??
int?(*probe)(struct?i2c_client?*,?const?struct?i2c_device_id?*);??
int?(*remove)(struct?i2c_client?*);??
void?(*shutdown)(struct?i2c_client?*);??
int?(*suspend)(struct?i2c_client?*,?pm_message_t?mesg);??
int?(*resume)(struct?i2c_client?*);??
void?(*alert)(struct?i2c_client?*,?unsigned?int?data);??
int?(*command)(struct?i2c_client?*client,?unsigned?int?cmd,?void*arg);//命令列表??
struct?device_driver?driver;??
const?struct?i2c_device_id?*id_table;//該驅動所支持的設備ID表??
int?(*detect)(struct?i2c_client?*,?struct?i2c_board_info?*);??
const?unsigned?short?*address_list;??
struct?list_head?clients;??
};??
i2c_client
[cpp]?view plain?copy
struct?i2c_client?{??
unsigned?short?flags；//標志????
unsigned?short?addr;?//低7位為芯片地址????
char?name[I2C_NAME_SIZE];//設備名稱??
struct?i2c_adapter?*adapter;//依附的i2c_adapter??
struct?i2c_driver?*driver;//依附的i2c_driver???
struct?device?dev;//設備結構體????
int?irq;//設備所使用的結構體????
struct?list_head?detected;//鏈表頭??
};??
i2c_adapter
[cpp]?view plain?copy
struct?i2c_adapter?{??
struct?module?*owner;//所屬模塊??
unsigned?int?id;//algorithm的類型，定義于i2c-id.h,??
unsigned?int?class;??????
const?struct?i2c_algorithm?*algo;?//總線通信方法結構體指針??
void?*algo_data;//algorithm數(shù)據(jù)??
struct?rt_mutex?bus_lock;//控制并發(fā)訪問的自旋鎖??
int?timeout;?????
int?retries;//重試次數(shù)??
struct?device?dev;?//適配器設備???
int?nr;??
char?name[48];//適配器名稱??
struct?completion?dev_released;//用于同步??
struct?list_head?userspace_clients;//client鏈表頭??
};??
i2c_algorithm
[cpp]?view plain?copy
struct?i2c_algorithm?{??
int?(*master_xfer)(struct?i2c_adapter?*adap,?struct?i2c_msg?*msgs,?int?num);//I2C傳輸函數(shù)指針??
int?(*smbus_xfer)?(struct?i2c_adapter?*adap,?u16?addr,unsigned?short?flags,?char?read_write,u8?command,?int?size,?union???
i2c_smbus_data?*data);//smbus傳輸函數(shù)指針??
u32?(*functionality)?(struct?i2c_adapter?*);//返回適配器支持的功能??
};??
各結構體的作用與它們之間的關系
i2c_adapter與i2c_algorithm
i2c_adapter對應與物理上的一個適配器，而i2c_algorithm對應一套通信方法，一個i2c適配器需要i2c_algorithm中提供的（i2c_algorithm中的又是更下層與硬件相關的代碼提供）通信函數(shù)來控制適配器上產(chǎn)生特定的訪問周期。缺少i2c_algorithm的i2c_adapter什么也做不了，因此i2c_adapter中包含其使用i2c_algorithm的指針。
i2c_algorithm中的關鍵函數(shù)master_xfer()用于產(chǎn)生i2c訪問周期需要的start stop ack信號，以i2c_msg（即i2c消息）為單位發(fā)送和接收通信數(shù)據(jù)。
i2c_msg也非常關鍵，調用驅動中的發(fā)送接收函數(shù)需要填充該結構體
[cpp]?view plain?copy
struct?i2c_msg?{????
__u16?addr;?/*?slave?address????????????*/????
__u16?flags;????????????
__u16?len;??????/*?msg?length???????????????*/????
__u8?*buf;??????/*?pointer?to?msg?data??????????*/????
};???
i2c_driver和i2c_client
i2c_driver對應一套驅動方法，其主要函數(shù)是attach_adapter()和detach_client()
i2c_client對應真實的i2c物理設備device，每個i2c設備都需要一個i2c_client來描述
i2c_driver與i2c_client的關系是一對多。一個i2c_driver上可以支持多個同等類型的i2c_client.
i2c_adapter和i2c_client
i2c_adapter和i2c_client的關系與i2c硬件體系中適配器和設備的關系一致，即i2c_client依附于i2c_adapter,由于一個適配器上可以連接多個i2c設備，所以i2c_adapter中包含依附于它的i2c_client的鏈表。
從i2c驅動架構圖中可以看出，linux內核對i2c架構抽象了一個叫核心層core的中間件，它分離了設備驅動device driver和硬件控制的實現(xiàn)細節(jié)（如操作i2c的寄存器），core層不但為上面的設備驅動提供封裝后的內核注冊函數(shù)，而且還為小面的硬件事件提供注冊接口（也就是i2c總線注冊接口），可以說core層起到了承上啟下的作用。
具體分析
先看一下i2c-core為外部提供的核心函數(shù)（選取部分），i2c-core對應的源文件為i2c-core.c，位于內核目錄/driver/i2c/i2c-core.c
[cpp]?view plain?copy
EXPORT_SYMBOL(i2c_add_adapter);????
EXPORT_SYMBOL(i2c_del_adapter);????
EXPORT_SYMBOL(i2c_del_driver);????
EXPORT_SYMBOL(i2c_attach_client);????
EXPORT_SYMBOL(i2c_detach_client);????
EXPORT_SYMBOL(i2c_transfer);??
i2c_transfer()函數(shù)：i2c_transfer()函數(shù)本身并不具備驅動適配器物理硬件完成消息交互的能力，它只是尋找到i2c_adapter對應的i2c_algorithm，并使用i2c_algorithm的master_xfer()函數(shù)真正的驅動硬件流程，代碼清單如下，不重要的已刪除。
[cpp]?view plain?copy
int?i2c_transfer(struct?i2c_adapter?*?adap,?struct?i2c_msg?*msgs,?int?num)????
{????
int?ret;????
if?(adap->algo->master_xfer)?{//如果master_xfer函數(shù)存在，則調用，否則返回錯誤????
ret?=?adap->algo->master_xfer(adap,msgs,num);//這個函數(shù)在硬件相關的代碼中給algorithm賦值????
return?ret;????
}?else?{????
return?-ENOSYS;????
}????
}??
當一個具體的client被偵測到并被關聯(lián)的時候，設備和sysfs文件將被注冊。
相反的，在client被取消關聯(lián)的時候，sysfs文件和設備也被注銷，驅動開發(fā)人員在開發(fā)i2c設備驅動時，需要調用下列函數(shù)。程序清單如下
[cpp]?view plain?copy
int?i2c_attach_client(struct?i2c_client?*client)????
{????
...????
device_register(&client->dev);????
device_create_file(&client->dev,?&dev_attr_client_name);????
...????
return?0;????
}????
[cpp]?view?plaincopy??
int?i2c_detach_client(struct?i2c_client?*client)????
{????
...????
device_remove_file(&client->dev,?&dev_attr_client_name);????
device_unregister(&client->dev);????
...????
return?res;????
}??
i2c_add_adapter()函數(shù)和i2c_del_adapter()在i2c-davinci.c中有調用，稍后分析
[cpp]?view plain?copy
int?i2c_add_adapter(struct?i2c_adapter?*adap)????
{????
...????
device_register(&adap->dev);????
device_create_file(&adap->dev,?&dev_attr_name);????
...????
/*?inform?drivers?of?new?adapters?*/????
list_for_each(item,&drivers)?{????
driver?=?list_entry(item,?struct?i2c_driver,?list);????
if?(driver->attach_adapter)????
/*?We?ignore?the?return?code;?if?it?fails,?too?bad?*/????
driver->attach_adapter(adap);????
}????
...????
}????
int?i2c_del_adapter(struct?i2c_adapter?*adap)????
{????
...????
list_for_each(item,&drivers)?{????
driver?=?list_entry(item,?struct?i2c_driver,?list);????
if?(driver->detach_adapter)????
if?((res?=?driver->detach_adapter(adap)))?{????
}????
}????
...????
list_for_each_safe(item,?_n,?&adap->clients)?{????
client?=?list_entry(item,?struct?i2c_client,?list);????
if?((res=client->driver->detach_client(client)))?{????
}????
}????
...????
device_remove_file(&adap->dev,?&dev_attr_name);????
device_unregister(&adap->dev);????
}??
i2c-davinci.c是實現(xiàn)與硬件相關功能的代碼集合，這部分是與平臺相關的，也叫做i2c總線驅動，這部分代碼是這樣添加到系統(tǒng)中的
[cpp]?view plain?copy
static?struct?platform_driver?davinci_i2c_driver?=?{????
.probe??????=?davinci_i2c_probe,????
.remove?????=?davinci_i2c_remove,????
.driver?????=?{????
.name???=?"i2c_davinci",????
.owner??=?THIS_MODULE,????
},????
};????
/*?I2C?may?be?needed?to?bring?up?other?drivers?*/????
static?int?__init?davinci_i2c_init_driver(void)????
{????
return?platform_driver_register(&davinci_i2c_driver);????
}????
subsys_initcall(davinci_i2c_init_driver);????
static?void?__exit?davinci_i2c_exit_driver(void)????
{????
platform_driver_unregister(&davinci_i2c_driver);????
}????
module_exit(davinci_i2c_exit_driver);??
并且，i2c適配器控制硬件發(fā)送接收數(shù)據(jù)的函數(shù)在這里賦值給i2c-algorithm，i2c_davinci_xfer稍加修改就可以在裸機中控制i2c適配器
[cpp]?view plain?copy
static?struct?i2c_algorithm?i2c_davinci_algo?=?{????
.master_xfer????=?i2c_davinci_xfer,????
.functionality??=?i2c_davinci_func,????
};???
然后在davinci_i2c_probe函數(shù)中，將i2c_davinci_algo添加到添加到algorithm系統(tǒng)中
[cpp]?view plain?copy
adap->algo?=?&i2c_davinci_algo;???
適配器驅動程序分析
在linux系統(tǒng)中，適配器驅動位于linux目錄下的\drivers\i2c\busses下，不同的處理器的適配器驅動程序設計有差異，但是總體思路不變。
在適配器的驅動中，實現(xiàn)兩個結構體非常關鍵，也是整個適配器驅動的靈魂。
下面以某個適配器的驅動程序為例進行說明：
[cpp]?view plain?copy
static?struct?platform_driver?tcc_i2c_driver?=?{??
.probe???=?tcc_i2c_probe,??
.remove???=?tcc_i2c_remove,??
.suspend??=?tcc_i2c_suspend_late,??
.resume???=?tcc_i2c_resume_early,??
.driver???=?{??
.owner??=?THIS_MODULE,??
.name??=?"tcc-i2c",??
},??
};??
以上說明這個驅動是基于平臺總線的，這樣實現(xiàn)的目的是與CPU緊緊聯(lián)系起來。
[cpp]?view plain?copy
static?const?struct?i2c_algorithm?tcc_i2c_algorithm?=?{??
.master_xfer?=?tcc_i2c_xfer,??
.functionality?=?tcc_i2c_func,??
};??
這個結構體也是非常的關鍵，這個結構體里面的函數(shù)tcc_i2c_xfer是適配器算法的實現(xiàn)，這個函數(shù)實現(xiàn)了適配器與I2C CORE的連接。
tcc_i2c_func是指該適配器所支持的功能。
tcc_i2c_xfer這個函數(shù)實質是實現(xiàn)I2C數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收的處理過程。不同的處理器實現(xiàn)的方法不同，主要表現(xiàn)在寄存器的設置與中斷的處理方法上。
把握上面的兩點去分析適配器程序就簡單多了。
I2C-core驅動程序分析
在I2C-core.c這個函數(shù)中，把握下面的幾個關鍵函數(shù)就可以了。
[cpp]?view plain?copy
//增加/刪除i2c_adapter??
int?i2c_add_adapter(struct?i2c_adapter?*adapter)??
int?i2c_del_adapter(struct?i2c_adapter?*adap)??
//增加/刪除i2c_driver??
int?i2c_register_driver(struct?module?*owner,?struct?i2c_driver?*driver)??
void?i2c_del_driver(struct?i2c_driver?*driver)??
//i2c_client依附/脫離??
int?i2c_attach_client(struct?i2c_client?*client)??
//增加/刪除i2c_driver??
int?i2c_register_driver(struct?module?*owner,?struct?i2c_driver?*driver)??
void?i2c_del_driver(struct?i2c_driver?*driver)??
//i2c_client依附/脫離??
int?i2c_attach_client(struct?i2c_client?*client)??
int?i2c_detach_client(struct?i2c_client?*client)??
//I2C傳輸,發(fā)送和接收??
int?i2c_master_send(struct?i2c_client?*client,const?char?*buf?,int?count)??
int?i2c_master_recv(struct?i2c_client?*client,?char?*buf?,int?count)??
int?i2c_transfer(struct?i2c_adapter?*adap,?struct?i2c_msg?*msgs,?int?num)??
I2c_transfer這個函數(shù)實現(xiàn)了core與adapter的聯(lián)系。
代碼調用層次圖?
有時候代碼比任何文字描述都來得直接，但是過多的代碼展示反而讓人覺得枯燥。這個時候，需要一幅圖來梳理一下上面的內容
上面這些代碼的展示是告訴我們：linux內核和芯片提供商為我們的的驅動程序提供了 i2c驅動的框架，以及框架底層與硬件相關的代碼的實現(xiàn)。
剩下的就是針對掛載在i2c兩線上的i2c設備了device，而編寫的即具體設備驅動了，這里的設備就是硬件接口外掛載的設備，而非硬件接口本身（soc硬件接口本身的驅動可以理解為總線驅動）
編寫驅動需要完成的工作
編寫具體的I2C驅動時，工程師需要處理的主要工作如下：
1).提供I2C適配器的硬件驅動，探測，初始化I2C適配器(如申請I2C的I/O地址和中斷號)，驅動CPU控制的I2C適配器從硬件上產(chǎn)生。
2).提供I2C控制的algorithm, 用具體適配器的xxx_xfer()函數(shù)填充i2c_algorithm的master_xfer指針，并把i2c_algorithm指針賦給i2c_adapter的algo指針。
3).實現(xiàn)I2C設備驅動中的i2c_driver接口，用具體yyy的yyy_probe()，yyy_remove()，yyy_suspend(),yyy_resume()函數(shù)指針和i2c_device_id設備ID表賦給i2c_driver的probe,remove,suspend,resume和id_table指針。
4).實現(xiàn)I2C設備所對應類型的具體驅動，i2c_driver只是實現(xiàn)設備與總線的掛接。
上面的工作中前兩個屬于I2C總線驅動，后面兩個屬于I2C設備驅動。
?
工商網(wǎng)監(jiān)
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