fl2440——Linux下I2C驱动体系

初学I2C的时候，因为第一次接触到这么一种驱动体系，与之前学习的普通字符设备驱动、platform驱动还是有一些区别的。在看内核的I2C有关源代码的时候确实感到不太能理清楚它的框架，还好网上的大神们分享的知识让我学到了很多。因此现在先对I2C有一个大致的学习，往后在做到相关的项目时再来加深、巩固。

1、I2C基础知识

1.1 概述

IIC （也称I2C）即Inter-Integrated Circuit(集成电路总线)，这种总线类型是由飞利浦半导体公司在八十年代初设计出来的，主要是用来连接整体电路(ICS) ，IIC是一种多向控制总线，也就是说多个芯片可以连接到同一总线结构下，同时每个芯片都可以作为实时数据传输的控制源。

1.2 i2c总线的信号线

I2C总线只有两根双向信号线。一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。I2C总线总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。


从上图可以看到，I2C是可以挂很多设备的。
既然只有这两根“简单”的线，那么它们是怎么控制设备的通信呢？
请看说明：
起始信号（start）：当SCL为高期间，SDA由高到低的跳变；启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。
停止信号（stop）：当SCL为高期间，SDA由低到高的跳变；停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。

起始信号和停止信号都由主机发出，在起始信号开始后，总线就处于被占用状态；在停止信号产生后，总线就处于空闲状态。连接到I2C总线上的设备，如果具有I2C总线的硬件接口，很容易监测到起始和停止止信号。

1.3 字节传送与ACK

规定传送的字节长度为8bit，每一个被传送字节后面必须跟一个应答位ACK（即一帧共9个bit）。ACK由接收器产生。

ACK为低电平时，规定是有效应答，表示接收器成功接收到该字节。ACK为高电平时，就是无效应答，即表示接收器未成功收到该字节。对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。

1.4 数据的有效性

I2C进行数据传输时，SCL为高电平期间，SDA上的数据必须保持稳定，此时的数据才是有效的。在SCL是低电平期间，SDA的高电平、低电平状态才允许变化。这是为了保证数据传输时的稳定，否则可能误发了停止信号而导致数据未传完就终止了。

1.5 I2C总线的寻址

I2C总线协议规定，使用7位寻址字节(寻址字节是起始信号后的第一个字节）。

D7~D1位组成从机的地址。D0位是数据传送方向位。”0”表示主机向从机写数据，”1”表示主机向从机读数据。
当然，现在I2C为了满足更大的寻址空间和更快数据传输速率，它也进行了加强。增强到了快速模式（400Kbits/s）和10位寻址，以及有了高速模式，其速度可达3.4Mbits/s。使得I2C能支持高速串行传输应用，如：EEPROM和Flash存储器。

2、Linux下的I2C驱动子系统

I2C体系结构分为三个部分：I2C总线驱动、I2C核心层、I2C设备驱动

I2C总线驱动是对I2C硬件体系结构中适配器端的实现，适配器可由CPU控制，甚至可以直接集成在CPU内部。包含了i2c_adapter、i2c_algorithm和控制I2C适配器产生通信信号的函数。通过I2C总线驱动的代码，我们可以控制I2C适配器以主控方式产生开始位、停止位读写周期，以及以从设备方式被读写，产生ACK等。

I2C核心层提供了I2C总线驱动和设备驱动的注册、注销方法，I2C通信方法上层的、与具体适配器无关的代码以及探测设备、检测设备地址的上层代码等。

I2C设备驱动是对I2C硬件体系结构中设备端的实现，设备一般挂接在受CPU控制的I2C适配器上，通过I2C适配器与CPU交换数据。包含了i2c_driver和i2c_client。
看图就比较清晰了：

在硬件上，可能有一个或一个以上的设备可以支持I2C，同样，也会有一个或多个适配器。在上图可以看到，一个适配器可以控制多个从设备。所以对于这些设备，我们可以有两种方法来操作它们：1.直接编写从设备的驱动来操作它。2.通过操作适配器来操作从设备。

在我们的s3c2440上，有其对应的I2C适配器驱动（i2c-s3c2410.c 基于platform实现）。——I2C总线驱动。
挂在I2C总线上的从设备是AT24C02，也就是EEPROM，它也有自己的一个驱动（at24.c）。——I2C设备驱动。

在linux内核源代码中的driver下包含有I2C的目录：

i2c-core.c这个文件实现了I2C核心的功能以及/proc/bus/i2c*接口。
i2c-dev.c实现了I2C适配器设备文件的功能，每一个I2C适配器都被分配一个设备。通过适配器访设备时的主设备号都为89，次设备号为0-255。
I2c-dev.c并没有针对特定的设备而设计，只是提供了通用的read(),write(),和ioctl()等接口，应用层可以借用这些接口访问挂接在适配器上的I2C设备的存储空间或寄存器，并控制I2C设备的工作方式。
busses文件夹这个文件中包含了一些I2C总线的驱动，如针对S3C2410，S3C2440，S3C6410等处理器的I2C控制器驱动为i2c-s3c2410.c.
algos文件夹实现了一些I2C总线适配器的algorithm。
一些具体的结构体，函数分析可以参考：http://blog.csdn.net/wangpengqi/article/details/17711165
以及：http://blog.csdn.net/fulinus/article/details/9008191

3、s3c2440上EEPROM的操作

3.1 内核添加支持

make menuconfig
选择如下选项：
Device Drivers —>
<*> I2C support —>
— I2C support
[*] Enable compatibility bits for old user-space
<*> I2C device interface
< > I2C bus multiplexing support
[*] Autoselect pertinent helper modules
I2C Hardware Bus support —>
[ ] I2C Core debugging messages
[ ] I2C Algorithm debugging messages
[ ] I2C Bus debugging messages

Device Drivers —>
[*] Misc devices —>
EEPROM support —>

3.2 代码添加

[tangbin@localhost linux-3.0]$ vim arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c
添加如下代码：

#include <linux/i2c/at24.h>static struct at24_platform_data at24c02 = {      .byte_len   = SZ_2K / 8,      .page_size  = 8,      .flags      = 0,  };  static struct i2c_board_info __initdata smdk_i2c_devices[] = {      /* more devices can be added using expansion connectors */      {          I2C_BOARD_INFO("24c02", 0x50),          .platform_data = &at24c02,      },  };  在smdk2440_machine_init函数中添加：i2c_register_board_info(0,smdk_i2c_devices,ARRAY_SIZE(smdk_i2c_devices));  

3.3 AT24C02的设备地址

查看底板原理图，以及帮助手册可知：


地址为0b 01010000（0x50）。
手册中at24c02的设备地址是0b 1 0 1 0 0 0 0 R/W， 其最低位是读写标志位，在Linux中，I2C设备地址的最高位为0，而低七位地址就是手册中去掉R/W的剩余7位。因此，地址为0b 01010000（0x50）。

3.4 开发板查看

重新make编译内核后，烧到开发板，在开发板上可以查看：

>: cd sys/devices/platform/s3c2440-i2c/i2c-0/0-0050/>: lsdriver     eeprom     modalias   name       power      subsystem  uevent>: >>: cat name 24c02>: cat eeprom  !"#$%&'()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]^_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~>: 

编写I2C设备驱动的两种方法：
1.利用系统给我们提供的i2c-dev.c来实现一个i2c适配器的设备文件。在用户空间操作I2C适配器控制I2C设备。
2.使用I2C设备自己的驱动来操作。
两种方法的详细使用可以参考：http://blog.csdn.net/u010944778/article/details/46807737
这篇博文提供了两个实例，并且对其中的一些问题也提出了解答，如：AT24C02的相关知识，读写分析等。对我的启发很大，学习到不少！重点推荐！！

3.5 代码调用层次图