Linux I2C设备驱动编写

 

Linux I2C设备驱动编写（一）

Linux定义了系统的I2C驱动体系结构，在Linux系统中，I2C驱动由3部分组成，即I2C核心、I2C总线驱动和I2C设备驱动。这3部分相互协作，形成了非常通用、可适应性很强的I2C框架。Linux的I2C体系结构分为3个组成部分：I2C核心、I2C总线驱动、I2C设备驱动，如下图所示。I2C核心提供总线驱动和设备驱动的注册、注销方法，algorithm；I2C总线驱动对硬件体系结构中适配器的实现，主要包括适配器i2c_adapter、适配器通信算法i2c_algorithm，如果CPU集成了I2C控制器并且linux内核支持这个CPU，那么总线驱动就不用管，比如S3C2440就属于这类情况，在后文中我们将分析它的总线驱动；I2C设备驱动是具体的一个设备(如AT24C02)，挂接在CPU控制的I2C适配器的设备驱动，有了这部分驱动才能使用控制器操作该设备，设备驱动主要包括i2c_driver和i2c_client数据结构。

 

Linux的I2C体系结构分为3个组成部分：

·I2C核心：

I2C核心提供了I2C总线驱动和设备驱动的注册、注销方法，I2C通信方法(即“algorithm”)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。这部分是与平台无关的。

·I2C总线驱动:

I2C总线驱动是对I2C硬件体系结构中适配器端的实现。I2C总线驱动主要包含了I2C适配器数据结构i2c_adapter、I2C适配器的algorithm数据结构i2c_algorithm和控制I2C适配器产生通信信号的函数。经由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。不同的CPU平台对应着不同的I2C总线驱动。

总线驱动的职责，是为系统中每个I2C总线增加相应的读写方法。但是总线驱动本身并不会进行任何的通讯，它只是存在在那里，等待设备驱动调用其函数。

这部分在MTK 6516中是由MTK已经帮我们实现了的，不需要我们更改。

· I2C设备驱动：

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。I2C设备驱动主要包含了数据结构i2c_driver和i2c_client，我们需要根据具体设备实现其中的成员函数。在Linux内核源代码中的drivers目录下的

Alps\kernel3.10\driver\i2c

i2c_dev.c文件，实现了I2C适配器设备文件的功能，应用程序通过“i2c-%d”文件名并使用文件操作接口open()、write()、read()、ioctl()和close()等来访问这个设备。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。

设备驱动则是与挂在I2C总线上的具体的设备通讯的驱动。通过I2C总线驱动提供的函数，设备驱动可以忽略不同总线控制器的差异，不考虑其实现细节地与硬件设备通讯。

这部分在MTK 6516中是由具体的设备实现的。（比如camera）

 

 

struct i2c_client：

代表一个挂载到i2c总线上的i2c从设备，该设备所需要的数据结构，其中包括该i2c从设备所依附的i2c主设备struct i2c_adapter *adapter 该i2c从设备的驱动程序struct i2c_driver *driver 作为i2c从设备所通用的成员变量,比如addr, name等 该i2c从设备驱动所特有的数据，依附于dev->driver_data下

 

 

struct i2c_adapter：

代表主芯片所支持的一个i2c主设备。

 

struct i2c_algorithm *algo：

是该i2c主设备传输数据的一种算法，或者说是在i2c总线上完成主从设备间数据通信的一种能力。

 

在Linux驱动中I2C系统中主要包含以下几个成员：

I2C adapter 即I2C适配器I2C driver 某个I2C设备的设备驱动，可以以driver理解。I2C client  某个I2C设备的设备声明，可以以device理解。

I2C adapter

是CPU集成或外接的I2C适配器，用来控制各种I2C从设备，其驱动需要完成对适配器的完整描述，最主要的工作是需要完成i2c_algorithm结构体。这个结构体包含了此I2C控制器的数据传输具体实现，以及对外上报此设备所支持的功能类型。i2c_algorithm结构体如下：

struct i2c_algorithm {    int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,               int num);    int (*smbus_xfer) (struct i2c_adapter *adap, u16 addr,               unsigned short flags, char read_write,               u8 command, int size, union i2c_smbus_data *data);    u32 (*functionality) (struct i2c_adapter *);};

如果一个I2C适配器不支持I2C通道，那么就将master_xfer成员设为NULL。如果适配器支持SMBUS协议，那么需要去实现smbus_xfer，如果smbus_xfer指针被设为NULL，那么当使用SMBUS协议的时候将会通过I2C通道进行仿真。master_xfer指向的函数的返回值应该是已经成功处理的消息数，或者返回负数表示出错了。functionality指针很简单，告诉询问着这个I2C主控器都支持什么功能。

在内核的drivers/i2c/i2c-stub.c中实现了一个i2c adapter的例子，其中实现的是更为复杂的SMBUS。

SMBus 与 I2C的区别

通常情况下，I2C和SMBus是兼容的，但是还是有些微妙的区别的。

时钟速度对比：

 I2CSMBus最小无10kHz最大100kHZ（标准）400kHz（快速模式）2MHz（高速模式）100kHz超时无35ms

在电气特性上他们也有所不同，SMBus要求的电压范围更低。

I2C driver

具体的I2C设备驱动，如相机、传感器、触摸屏、背光控制器常见硬件设备大多都有或都是通过I2C协议与主机进行数据传输、控制。结构体如下：

struct i2c_driver {    unsigned int class;    /* Notifies the driver that a new bus has appeared or is about to be     * removed. You should avoid using this, it will be removed in a     * near future.     */    int (*attach_adapter)(struct i2c_adapter *) __deprecated;  //旧的与设备进行绑定的接口函数    int (*detach_adapter)(struct i2c_adapter *) __deprecated;  //旧的与设备进行解绑的接口函数    /* Standard driver model interfaces */    int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *); //现行通用的与对应设备进行绑定的接口函数    int (*remove)(struct i2c_client *);  //现行通用与对应设备进行解绑的接口函数    /* driver model interfaces that don't relate to enumeration  */    void (*shutdown)(struct i2c_client *);  //关闭设备    int (*suspend)(struct i2c_client *, pm_message_t mesg); //挂起设备，与电源管理有关，为省电    int (*resume)(struct i2c_client *); //从挂起状态恢复    /* Alert callback, for example for the SMBus alert protocol.     * The format and meaning of the data value depends on the protocol.     * For the SMBus alert protocol, there is a single bit of data passed     * as the alert response's low bit ("event flag").     */    void (*alert)(struct i2c_client *, unsigned int data);    /* a ioctl like command that can be used to perform specific functions     * with the device.     */    int (*command)(struct i2c_client *client, unsigned int cmd, void *arg);    struct device_driver driver;  //I2C设备的驱动模型    const struct i2c_device_id *id_table;  //匹配设备列表    /* Device detection callback for automatic device creation */    int (*detect)(struct i2c_client *, struct i2c_board_info *);    const unsigned short *address_list;    struct list_head clients;};#define to_i2c_driver(d) container_of(d, struct i2c_driver, driver)  //一般编写驱动过程中对象常是driver类型，可以通过to_i2c_driver找到其父类型i2c_driver

如同普通设备的驱动能够驱动多个设备一样，一个I2C driver也可以对应多个I2C client。

以重力传感器AXLL34X为例，其实现的I2C驱动为：

static const struct i2c_device_id adxl34x_id[] = {      { "adxl34x", 0 },  //匹配i2c client名为adxl34x的设备     { }  }; MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, adxl34x_id); static struct i2c_driver adxl34x_driver = {      .driver = {          .name = "adxl34x",         .owner = THIS_MODULE,         .pm = &adxl34x_i2c_pm,  //指定设备驱动的电源管理接口，包含suspend、resume     },       .probe    = adxl34x_i2c_probe,  //组装设备匹配时候的匹配动作     .remove   = adxl34x_i2c_remove,  //组装设备移除接口     .id_table = adxl34x_id,  //制定匹配设备列表 }; module_i2c_driver(adxl34x_driver);

这里要说明一下module_i2c_driver宏定义(i2c.h)：

#define module_i2c_driver(__i2c_driver) \    module_driver(__i2c_driver, i2c_add_driver, \                     i2c_del_driver)#define i2c_add_driver(driver) \        i2c_register_driver(THIS_MODULE, driver)

module_driver():

#define module_driver(__driver, __register, __unregister, ...) \static int __init __driver##_init(void) \{ \        return __register(&(__driver) , ##__VA_ARGS__); \} \module_init(__driver##_init); \static void __exit __driver##_exit(void) \{ \        __unregister(&(__driver) , ##__VA_ARGS__); \} \module_exit(__driver##_exit);

理解上述宏定义后，将module_i2c_driver(adxl34x_driver)展开就可以得到：

static int __int adxl34x_driver_init(void){    return i2c_register_driver(&adxl34x_driver);}module_init(adxl34x_driver_init);static void __exit adxl34x_driver_exit(void){    return i2c_del_driver(&adxl34x_driver);}module_exit(adxl34x_driver_exit);

这一句宏就解决了模块module安装卸载的复杂代码。这样驱动开发者在实现I2C驱动时只要将i2c_driver结构体填充进来就可以了，无需关心设备的注册与反注册过程。

I2C client

即I2C设备。I2C设备的注册一般在板级代码中，在解析实例前还是先熟悉几个定义：

struct i2c_client {    unsigned short flags;        //I2C_CLIENT_TEN表示设备使用10bit从地址，I2C_CLIENT_PEC表示设备使用SMBus检错    unsigned short addr;        //设备从地址，7bit。这里说一下为什么是7位，因为最后以为0表示写，1表示读，通过对这个7bit地址移位处理即可。addr<<1 & 0x0即写，addr<<1 | 0x01即读。    char name[I2C_NAME_SIZE];  //从设备名称    struct i2c_adapter *adapter;    //此从设备依附于哪个adapter上    struct i2c_driver *driver;    // 此设备对应的I2C驱动指针    struct device dev;        // 设备模型    int irq;            // 设备使用的中断号    struct list_head detected;  //用于链表操作};#define to_i2c_client(d) container_of(d, struct i2c_client, dev)  //通常使用device设备模型进行操作，可以通过to_i2c_client找到对应client指针struct i2c_board_info {    char        type[I2C_NAME_SIZE];  //设备名，最长20个字符，最终安装到client的name上    unsigned short    flags;  //最终安装到client.flags    unsigned short    addr;  //设备从地址slave address，最终安装到client.addr上    void        *platform_data;  //设备数据，最终存储到i2c_client.dev.platform_data上    struct dev_archdata    *archdata;    struct device_node *of_node;  //OpenFirmware设备节点指针    struct acpi_dev_node acpi_node;    int        irq;  //设备采用的中断号，最终存储到i2c_client.irq上};//可以看到，i2c_board_info基本是与i2c_client对应的。#define I2C_BOARD_INFO(dev_type, dev_addr) \    .type = dev_type, .addr = (dev_addr)//通过这个宏定义可以方便的定义I2C设备的名称和从地址（别忘了是7bit的）

下面还是以adxl34x为例：

static struct i2c_board_info i2c0_devices[] = {     {           I2C_BOARD_INFO("ak4648", 0x12),    },      {           I2C_BOARD_INFO("r2025sd", 0x32),    },      {           I2C_BOARD_INFO("ak8975", 0x0c),        .irq = intcs_evt2irq(0x3380), /* IRQ28 */    },      {           I2C_BOARD_INFO("adxl34x", 0x1d),        .irq = intcs_evt2irq(0x3340), /* IRQ26 */    },  };...i2c_register_board_info(0, i2c0_devices, ARRAY_SIZE(i2c0_devices));

这样ADXL34X的i2c设备就被注册到了系统中，当名字与i2c_driver中的id_table中的成员匹配时就能够出发probe匹配函数了。

转载：http://blog.csdn.net/airk000/article/details/21345457