Linux内核I2C子系统驱动(三)

当适配器加载到内核后，就针对具体设备编写I2C设备驱动。编写设备驱动有两种方法，一种是利用系统提供的i2c-dev.c实现，另一种为i2c编写一个独立的设备驱动。

一、i2c-dev.c控制i2c设备

      i2c-dev.c没有针对具体设备来设计，提供了通用i2cdev_read()、i2cdev_write()函数来对应用户空间要使用的read()和write()文件操作接口，这两个函数分别调用I2C 核心的i2c_master_recv()和i2c_master_send()函数来构造一条I2C 消息并引发适配器algorithm 通信函数的调用，完成消息的传输。但是i2c_read()、i2c_write()对于一些复杂消息(eeprom字节读ReStart模式)并不太适用，针对以上情况，可以使用i2cdev_ioctl()实现消息组的传输，通过I2C_RDWR IOCTL命令实现。

      常用的IOCTL包括包括I2C_SLAVE（设置从设备地址）、I2C_RETRIES（没有收到设备ACK 情况下的重试次数，默认为1）、I2C_TIMEOUT（超时）以及I2C_RDWR等。应用程序通过i2c_rdwr_ioctl_data结构体来给内核传递消息，结构体定义如下

struct i2c_rdwr_ioctl_data {

       struct i2c_msg __user *msgs; /* pointers to i2c_msgs */

       __u32 nmsgs; /* number of i2c_msgs */

};

      下面是利用i2c_dev.c操作i2c设备AT24C02具体的代码，这种方法是从应用层完成i2c设备驱动，代码摘自http://blog.csdn.net/hongtao_liu/article/details/4964244

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1. #include <stdio.h> 
2. #include <linux/types.h> 
3. #include <stdlib.h> 
4. #include <fcntl.h> 
5. #include <unistd.h> 
6. #include <sys/types.h> 
7. #include <sys/ioctl.h> 
8. #include <errno.h> 
9. #define I2C_RETRIES 0x0701 
10. #define I2C_TIMEOUT 0x0702 
11. #define I2C_RDWR 0x0707 
12. /*********参数定义与内核一致，路径include/linux/i2c-dev.h*******/ 
13.  
14. struct i2c_msg 
15. { 
16.     unsignedshort addr; 
17.     nsignedshort flags; 
18. #define I2C_M_TEN 0x0010 
19. #define I2C_M_RD 0x0001 
20.     unsignedshort len; 
21.     unsignedchar *buf; 
22. }; 
23.  
24. struct i2c_rdwr_ioctl_data 
25. { 
26.     struct i2c_msg *msgs; 
27.     int nmsgs;  
28.        /* nmsgs这个数量决定了有多少开始信号，对于“单开始时序”，取1*/ 
29. }; 
30.  
31. int main() 
32. { 
33.     int fd,ret; 
34.     struct i2c_rdwr_ioctl_data e2prom_data; 
35.     fd=open("/dev/i2c-0",O_RDWR); 
36.        /*
37.         */dev/i2c-0是在注册i2c-dev.c后产生的，代表一个可操作的适配器。如果不使用i2c-dev.c 
38.         *的方式，就没有，也不需要这个节点。 
39.         */ 
40.     if(fd<0) 
41.     { 
42.         perror("open error"); 
43.     } 
44.     e2prom_data.nmsgs=2;  
45.        /*
46.         *因为操作时序中，最多是用到2个开始信号（字节读操作中），所以此将
47.         *e2prom_data.nmsgs配置为2
48.         */ 
49.     e2prom_data.msgs=(struct i2c_msg*)malloc(e2prom_data.nmsgs*sizeof(struct i2c_msg)); 
50.     if(!e2prom_data.msgs) 
51.     { 
52.         perror("malloc error"); 
53.         exit(1); 
54.     } 
55.     ioctl(fd,I2C_TIMEOUT,1);/*超时时间*/ 
56.     ioctl(fd,I2C_RETRIES,2);/*重复次数*/ 
57.  
58.     /***write data to e2prom**/ 
59.     e2prom_data.nmsgs=1; 
60.     (e2prom_data.msgs[0]).len=2;//1个 e2prom 写入目标的地址和1个数据  
61.     (e2prom_data.msgs[0]).addr=0x50;//e2prom 设备地址 
62.     (e2prom_data.msgs[0]).flags=0;//write 
63.     (e2prom_data.msgs[0]).buf=(unsignedchar*)malloc(2); 
64.     (e2prom_data.msgs[0]).buf[0]=0x10;// e2prom 写入目标的地址 
65.     (e2prom_data.msgs[0]).buf[1]=0x58;//the data to write 
66.  
67.         ret=ioctl(fd,I2C_RDWR,(unsignedlong)&e2prom_data); 
68.     if(ret<0) 
69.     { 
70.         perror("ioctl error1"); 
71.     } 
72.     sleep(1); 
73.  
74.        /******read data from e2prom*******/ 
75.     e2prom_data.nmsgs=2; 
76.     (e2prom_data.msgs[0]).len=1;//e2prom 目标数据的地址 
77.     (e2prom_data.msgs[0]).addr=0x50;// e2prom 设备地址 
78.     (e2prom_data.msgs[0]).flags=0;//write 
79.     (e2prom_data.msgs[0]).buf[0]=0x10;//e2prom数据地址 
80.     (e2prom_data.msgs[1]).len=1;//读出的数据 
81.     (e2prom_data.msgs[1]).addr=0x50;// e2prom 设备地址 
82.     (e2prom_data.msgs[1]).flags=I2C_M_RD;//read 
83.     (e2prom_data.msgs[1]).buf=(unsignedchar*)malloc(1);//存放返回值的地址。 
84.     (e2prom_data.msgs[1]).buf[0]=0;//初始化读缓冲 
85.  
86.         ret=ioctl(fd,I2C_RDWR,(unsignedlong)&e2prom_data); 
87.     if(ret<0) 
88.     { 
89.         perror("ioctl error2"); 
90.     } 
91.     printf("buff[0]=%x/n",(e2prom_data.msgs[1]).buf[0]); 
92.        /***打印读出的值，没错的话，就应该是前面写的0x58了***/ 
93.     close(fd); 
94.     return 0; 
95. } 

二、内核中编写i2c设备驱动

      内核编写i2c设备驱动支持两种方式：Adapter方式（LEGACY）和Probe方式（new style）。

1.legacy方式

       此方法驱动需要自己创建i2c_client，并且要知道芯片的地址，在内核目录documentation/i2c/upgrading-clients中有一个例程。

i2c_driver构建

static struct i2c_driver at24c02_driver = {

       .driver = {

              .name      = "at24c02",

       },

       .id           = I2C_DRIVERID_EEPROM,

       .attach_adapter       = at24c02_attach_adapter,

       .detach_client  = at24c02_detach_client,

};

I2C设备驱动的加载与卸载函数模板

static int __init at24c02_init(void)

{

       return i2c_add_driver(&at24c02_driver);

}

      i2c_add_driver的执行回引发i2c_driver结构体at24c02_attach_adapter的执行，若内核中注册了i2c适配器，就顺序调用这些适配器来连接i2c设备，at24c02_attach_adapter调用i2c核心i2c_probe探测设备

static int at24c02_attach_adapter(struct i2c_adapter *adapter)

{

       return i2c_probe(adapter, &addr_data, at24c02_detect);

}

static unsigned short normal_i2c[] = { 0x50, 0x51, 0x52, 0x53, 0x54,

                                   0x55, 0x56, 0x57, I2C_CLIENT_END };

/* Insmod parameters */

I2C_CLIENT_INSMOD_1(at24c02);

       其中第二个参数add_data是i2c_client_address_data类型的变量，由normal_i2c[]通过宏I2C_CLIENT_INSMOD_1构建而成，具体方法参考i2c.h文件。normal_i2c是i2c芯片的地址，如果地址与芯片对应不上，无法探测到设备，当探测到目标设备后，调用at24c02_detect，把探测到得地址address作为参数传入。

#define AT24C02_MAJOR 250

static int at24c02_major = AT24C02_MAJOR;

struct at24c02_data {

       struct cdev cdev;

       struct i2c_client client;

       struct mutex update_lock;

       u8 data[EEPROM_SIZE];             /* Register values */

};

static int at24c02_detect(struct i2c_adapter *adapter, int address, int kind)

{

       struct i2c_client *new_client;

       struct at24c02_data *data;

       int err = 0,result;

       dev_t at24c02_dev=MKDEV(at24c02_major,0);

       if (!i2c_check_functionality(adapter, I2C_FUNC_SMBUS_READ_BYTE_DATA

                                       | I2C_FUNC_SMBUS_BYTE)) //判断适配器功能

              goto exit;

       if (!(data = kzalloc(sizeof(struct at24c02_data), GFP_KERNEL))) {

              err = -ENOMEM;

              goto exit;

       }

       new_client = &data->client;

       memset(data->data, 0xff, EEPROM_SIZE);

       i2c_set_clientdata(new_client, data);

       new_client->addr = address;

       new_client->adapter = adapter;

       new_client->driver = &at24c02_driver;

       new_client->flags = 0;

       /* Fill in the remaining client fields */

       strlcpy(new_client->name, "at24c02", I2C_NAME_SIZE);

       mutex_init(&data->update_lock);

       /* Tell the I2C layer a new client has arrived */

       if ((err = i2c_attach_client(new_client)))

              goto exit_kfree;

       if(at24c02_major)

       {

              result=register_chrdev_region(at24c02_dev,1,”at24c02”);

       }

       else

      {

              result=alloc_chrdev_region(&at24c02_dev,0,1,”at24c02”);

              at24c02_major=MAJOR(at24c02_dev);

       }

       if(result<0)

       {

              printk(KERN_NOTICE “Unable to get region %d/n”,result);

              err=result;

              goto exit_detach;

       }

       at24c02_setup_cdev(data,0);    //注册字符设备at24c02_fops

       return 0;

exit_detach:

       i2c_detach_client(new_client);

exit_kfree:

       kfree(data);

exit:

       return err;

}

static void at24c02_setup_cdev(struct at24c02_data *dev,int index)

{

       int err,at24c02_dev=MKDEV(at24c02_major,index);

       cdev_init(&dev->cdev,&at24c02_fops);

       dev_cdev.owner=THIS_MODULE;

       err=cdev_add(&dev->cdev,at24c02_dev,1);

       if(err)

              printk(KERN_NOTICE "error %d adding at24c02 %d/n",err,index);

}

        i2c设备驱动卸载函数进行i2c_del_driver调用后，顺序调用内核中注册的适配器断开注册过的i2c设备，此过程是调用at24c02_detach_client实现的。

static void __exit at24c02_exit(void)

{

       i2c_del_driver(&at24c02_driver);

}

static int at24c02_detach_client(struct i2c_client *client)

{

       int err;

       struct at24c02_data *data;

       data=i2c_get_client(client);

       cdev_del(&(data->cdev));

       unregister_chrdev_region(MKDEV(at24c02_major, 0), 1);

       err = i2c_detach_client(client);

       if (err)

              return err;

       kfree(data);

       return 0;

}

字符驱动的实现

struct file_operations at24c02_fops = {

                .owner = THIS_MODULE,

                .read= at24c02 _read,

                .write= at24c02 _write,

                .open= at24c02 _open,

                .release = at24c02_release,

        };

      字符设备驱动不在详述，主要说明如何调用适配器完成数据传输。首先构造消息，通过i2c_transfer来传递，i2c_transfer找到对应适配器algorithm通信方法master_xfer最终完成i2c消息处理。下面是一个关于设备驱动的读函数，其他类似。

static int at24c02_open(struct inode *inode, struct file *file)

{

       struct at24c02_data *data;

       data=container_of(inode->i_cdev,struct at24c02_data,cdev);

       file->private_data = data;

       return 0;

}

static int at24c02_read(struct file *filp, char __user *buff,size_t count, loff_t *offp)

{

       int ret;

       struct i2c_msg msg[2];

       char addr = 0;

       struct at24c02_data *data=file->private_data;

  

       if (count > 1024)

       {

              return -EINVAL;

       }

       msg[0].addr  = data->client->addr;

       msg[0].flags = 0;       /* write */

       msg[0].len   = 1;       /* 1个地址 */

       msg[0].buf   = &addr;

       msg[1].addr  = data->client->addr;

       msg[1].flags = I2C_M_RD;       /* read */

       msg[1].len   = count;          /* 要读的数据个数 */

       msg[1].buf   = data->data; 

       ret = i2c_transfer(at24c02_client->adapter, msg, 2);

       if (ret == 2)

       {

              copy_to_user(buff, data->data, count);

              return count;

       }

       else

              return -EIO;

}

      目前适配器主要支持的传输方法有两种：master_xfer和smbus_xfer，从i2c_algorithm结构体可看出。一般来说，若适配器支持master_xfer那么它可以模拟支持smbus，但只实现smbus_xfer，则不支持master_xfer传输。当然，上面的驱动也可以采用smbus方式完成传输。采用LEGACY方式在2.6.32.2内核下编译不过去，主要是i2c核心中有些函数不存在，所以，设备驱动发展方向是new style方式。

2.new style方式

构建i2c_driver

static struct i2c_driver at24c02_driver = {

       .driver = {

              .name = "at24c02",

              .owner = THIS_MODULE,

       },

       .probe = at24c02_probe,

       .remove = __devexit_p(at24c02_remove),

       .id_table = at24c02_id,

};

加载与注销

static int __init at24c02_init(void)

{

       return i2c_add_driver(&at24c02_driver);

}

module_init(at24c02_init);

        i2c_add_driver会将驱动注册到总线上，探测到i2c设备就会调用at24c02_probe，探测主要是用i2c_match_id函数比较client的名字和id_table中名字，如果相等，则探测到i2c设备，本驱动中id_table如下：

static const struct i2c_device_id at24c02_id[] = {

       { "at24c02", 0 },

       { }

};

MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, at24c02_id);

       MODULE_DEVICE_TABLE宏是用来生成i2c_device_id。在legacy方式中i2c_client是自己创建的，而此处的i2c_client如何得到？实际上是在i2c_register_board_info函数注册i2c_board_info过程中构建的，所以arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c中添加注册信息。

static struct i2c_board_info i2c_devices[] __initdata = {

       { I2C_BOARD_INFO("at24c02", 0x50), },

};

static void __init smdk2440_machine_init(void)

{

       i2c_register_board_info(0,i2c_devices,ARRAY_SIZE(i2c_devices));

       s3c24xx_fb_set_platdata(&smdk2440_fb_info);

       s3c_i2c0_set_platdata(NULL);

       platform_add_devices(smdk2440_devices, ARRAY_SIZE(smdk2440_devices));

       smdk_machine_init();

}

       如果没有注册i2c信息，就探测不到i2c设备。探测到at24c02设备后就会调用at24c02_probe函数。

static int __devinit at24c08b_probe(struct i2c_client *client,const struct i2c_device_id *id)

{

       struct at24c02_data *data;

       int err = 0,result;

       dev_t at24c02_dev=MKDEV(at24c02_major,0);

       if (!i2c_check_functionality(adapter, I2C_FUNC_SMBUS_READ_BYTE_DATA

                                       | I2C_FUNC_SMBUS_BYTE)) //判断适配器功能

              goto exit;

       if (!(data = kzalloc(sizeof(struct at24c02_data), GFP_KERNEL))) {

              err = -ENOMEM;

              goto exit;

       }

       memset(data, 0, sizeof(struct at24c02_data));

       data->client=client;

       i2c_set_clientdata(client, data);

       if(at24c02_major)

       {

              result=register_chrdev_region(at24c02_dev,1,”at24c02”);

       }

       else

       {

              result=alloc_chrdev_region(&at24c02_dev,0,1,”at24c02”);

              at24c02_major=MAJOR(at24c02_dev);

       }

       if(result<0)

       {

              printk(KERN_NOTICE “Unable to get region %d/n”,result);

              err=result;

              goto exit_kfree;

       }

       at24c02_setup_cdev(data,0);    //注册字符设备at24c02_fops

       return 0;

exit_kfree:

       kfree(data);

exit:

       return err;

}

       probe函数主要注册了字符设备，通过data->client=client获得的相关信息。关于at24c02_fops结构体的完善，由于与前面一种方法类似，这里就不详述。最后就是驱动的注销。

static void __exit at24c02_exit(void)

{

       i2c_del_driver(&at24c02_driver);

}

module_exit(at24c02_exit);

static int __devexit at24c02_remove(struct i2c_client *client)

{

       int err;

       struct at24c02_data *data;

       data=i2c_get_client(client);

       cdev_del(&(data->cdev));

       unregister_chrdev_region(MKDEV(at24c02_major, 0), 1);

       kfree(data);

       return 0;

}