I2C设备驱动的编写(一)

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作者：曹忠明,华清远见嵌入式学院讲师。

I2C总线是有Philips公司开发的，它是一种比较简单的总线，接线简单：只有两根线数据线(SCL)和时钟线(SDA)，控制简单。所以一些封装较小的器件多使用I2C总线，常见的使用I2C总线的设备有EEPROM、rtc及一些传感器。这里我们介绍下基于linux的I2C设备驱动的编写。

I2C设备驱动的编写有多种方式:

一种是直接操作CPU的I2C控制器，正对于某一个设备写一个字符驱动，这种驱动相对来说比较直接，不需要太依赖于内核相关配置，但是这类设备驱动依赖CPU，可移植性较差。

一种是基于linux内核I2C子系统完成设备驱动的编写，一般内核会继承相关CPU的控制器驱动即使没有也可以通过技术支持可以获得，所以我们只需要使用linux下I2C子系统提供的相关接口来构建我们的设备驱动就行了。这样我们的设备驱动并不依赖于某一个特定的CPU，可移植性较好。
在写驱动之前我们先了解下I2C总线中几个比较重要的概念：

1、 地址

I2C总线上可以连接多个相同或不同的设备，总线怎么样才能知道数据应该发送到那个设备呢，这里需要一个地址来唯一的标识一个设备。I2C设备地址有7位地址和10位地址，那么这个地址是怎么来的呢，其实这个地址我们可以通过相关的芯片手册获得，这里通过一个EEPROM和一个温度传感器来说明。
EEPROM(AT24C02/04/08/16)芯片手册上有如下说明：

再结合原理图

在通过芯片手册我们可以知道EEPROM的地址的前四位为1010，通过原理图A0/A1/及NC的状态我们可以知道后三位为000，这样我们就知道这个EEPROM在I2C总线上的地址为7’b1010000。

同样我们可以通过如下内容知道温度传感器的地址为7’b1001000

芯片手册：

原理图：

2、 时序

不同的I2C设备有不同的时序，我们也可以说是不同的协议，我们需要了解一些时序相关的东西，我们发送数据是什么时候开始什么时候结束，怎么发送都由这个时序决定。

开始/停止

完整时序

现在的CPU多数都有I2C控制器，我们不需要太关心具体时序的实现，这些都由控制器去完成，并且内核已经集成多数CPU的I2C控制器驱动，我们写设备驱动就是按照I2C子系统的要求，为它提供需要的数据即可。

I2C子系统下设备驱动有两种模式，一种是用户模式设备驱动这种驱动依赖I2C子系统中的i2c-dev这个驱动，我们需要在应用程序去封装数据，这需要应用程序的开发人员具备相当的硬件基础，另外一种是普通的设备驱动。分别看下这两种方法的具体实现过程。

用户模式驱动实现：

相关结构体：

struct i2c_msg {
                __u16 addr; /* slave address */
                __u16 flags;
                #define I2C_M_TEN 0x0010 /* this is a ten bit chip address */
                #define I2C_M_RD 0x0001 /* read data, from slave to master */
                __u16 len; /* msg length */
                __u8 *buf; /* pointer to msg data */
        };
                struct i2c_rdwr_ioctl_data {
                struct i2c_msg *msgs; /* pointers to i2c_msgs */
                __u32 nmsgs; /* number of i2c_msgs */
        };

上面就是我们向底层传递的结构，我们需要把我们的时序封装成这样的结构然后传递下去就行了。

AT24c04时序

转化为消息结构为:
        e2prom_data.nmsgs=2;
        (e2prom_data.msgs[0]).len=1; //e2prom 目标数据的地址
        (e2prom_data.msgs[0]).addr=0x50; // e2prom 设备地址
        (e2prom_data.msgs[0]).flags=0; //write
        (e2prom_data.msgs[0]).buf=(unsigned char*)malloc(2);
        (e2prom_data.msgs[0]).buf[0]=0x0; //e2prom数据地址
        (e2prom_data.msgs[1]).len=1; //读出的数据
        (e2prom_data.msgs[1]).addr=0x50; // e2prom 设备地址
        (e2prom_data.msgs[1]).flags=I2C_M_RD; //read
        (e2prom_data.msgs[1]).buf=(unsigned char*)malloc(1);//存放返回值的地址。
        (e2prom_data.msgs[1]).buf[0]=0; //初始化读缓冲

这里我们封装了两个消息，在这个时序中操作模式改变了，所以我们必须封装为两个时序，如果操作模式不变封装一个消息就可以了比如如下时序：

  e2prom_data.nmsgs=1;
        (e2prom_data.msgs[0]).len=1; //e2prom 目标数据的地址
        (e2prom_data.msgs[0]).addr=0x50; // e2prom 设备地址
        (e2prom_data.msgs[0]).flags=0; //write
        (e2prom_data.msgs[0]).buf=(unsigned char*)malloc(1);
        (e2prom_data.msgs[0]).buf[0]=0x0; //e2prom数据地址

接着我们可以看看别的设备的时序大家可以发现大同小异！

我们把刚才封装的消息通过ioctl发下去就能够完成数据的读写了。例程如下：
         #include <stdio.h>
         #include <linux/types.h>
         #include <stdlib.h>
         #include <fcntl.h>
         #include <unistd.h>
         #include <sys/types.h>
         #include <sys/ioctl.h>
         #include <errno.h>
         #include <linux/i2c.h>
         #include <linux/i2c-dev.h>

int main()
{
        int fd,ret;
        struct i2c_rdwr_ioctl_data e2prom_data;
        fd=open("/dev/i2c-0",O_RDWR);
                if(fd<0)
                {
                        perror("open error");
                }
        e2prom_data.nmsgs=2; 
        e2prom_data.msgs=(struct i2c_msg*)malloc(e2prom_data.nmsgs*sizeof(struct i2c_msg));
        if(!e2prom_data.msgs)
        {
                perror("malloc error");
                exit(1);
        }
        ioctl(fd,I2C_TIMEOUT,1);/*超时时间*/
        ioctl(fd,I2C_RETRIES,2);/*重复次数*/
        sleep(1);

        e2prom_data.nmsgs=2;
        (e2prom_data.msgs[0]).len=1; //e2prom 目标数据的地址
        (e2prom_data.msgs[0]).addr=0x48; // e2prom 设备地址
        (e2prom_data.msgs[0]).flags=0; //write
        (e2prom_data.msgs[0]).buf=(unsigned char*)malloc(2);
        (e2prom_data.msgs[0]).buf[0]=0x0; //e2prom数据地址
        (e2prom_data.msgs[1]).len=2; //读出的数据
        (e2prom_data.msgs[1]).addr=0x48; // e2prom 设备地址
        (e2prom_data.msgs[1]).flags=I2C_M_RD;//read
        (e2prom_data.msgs[1]).buf=(unsigned char*)malloc(2);//存放返回值的地址。
        (e2prom_data.msgs[1]).buf[0]=0; //初始化读缓冲
        (e2prom_data.msgs[1]).buf[1]=0; //初始化读缓冲
        ret=ioctl(fd,I2C_RDWR,(unsigned long)&e2prom_data);
        if(ret<0)
        {
                perror("ioctl error2");
        }
        printf("%x",(e2prom_data.msgs[1]).buf[0]);
        printf("%x\n",(e2prom_data.msgs[1]).buf[1]);

        close(fd);
        return 0;
}