1、linux內(nèi)核I2C總線驅動實現(xiàn)談到在linux系統(tǒng)下編寫I2C驅動，目前主要有兩種方式，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 I2C驅動體系結構來完成。下面比較下這兩種驅動。第一種方法的好處（對應第二種方法的劣勢）有：            思路比較直接，不需要花時間去了解linux內(nèi)核中復雜的I2C子系統(tǒng)的操作方法。第一種方法問題（對應第二種方法的好處）有：       

2、;     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移植性差；            對內(nèi)核的資源無法直接使用。因為內(nèi)核提供的所有I2C設備器及設備驅動都是基于I2C子系統(tǒng)的

3、格式。I2C適配器的操作簡單還好，如果遇到復雜的I2C適配器（如：基于PCI的I2C適配器），工作量就會大很多。本文針對的對象是熟悉I2C協(xié)議，并且想使用linux內(nèi)核子系統(tǒng)的開發(fā)人員。網(wǎng)絡和一些書籍上有介紹I2C子系統(tǒng)的源碼結構。但發(fā)現(xiàn)很多開發(fā)人員看了這些文章后，還是不清楚自己究竟該做些什么。究其原因還是沒弄清楚I2C子系統(tǒng)為我們做了些什么，以及我們怎樣利用I2C子系統(tǒng)。本文首先要解決是如何利用現(xiàn)有內(nèi)核支持的I2C適配器，完成對I2C設備的操作，然后再過度到適配器代碼的編寫。本文主要從解決問題的角度去寫，不會涉及特別詳細的代碼跟蹤。I2C的通信肯定至少要有2個芯片完成，所以它的驅動是由2大部

4、分組成：主芯片的i2c的驅動、從芯片的i2c的驅動。  注：萬一選的都不支持怎么辦？（只能2個芯片的驅動都得實現(xiàn)了，不過過程差不多）1 分析linux內(nèi)核中I2C驅動框架1 .1主芯片的I2C的驅動首先要查看linux內(nèi)核是否支持主芯片中i2c驅動器，如果支持就配置一下就ok了，否則要編寫主控芯片的i2c驅動器。編寫方法：（1）要有i2c總線驅動（首先要查查內(nèi)核i2c文件是否支持這種總線驅動，一般都有支持，如果沒有只好自己寫了）（2）i2c設備驅動（主控芯片的地址等等信息）這個過程都是差不多的，以后在分析。一般的主控芯片的i2c控制器linux內(nèi)核基本上支持的很好，如：2410的i2

5、c驅動器的支持。1.2從芯片的I2C的驅動下面主要分析從芯片的I2C驅動（也有2種方式，第一個是利用內(nèi)核提供的i2c-dev.c來構建，另一個是自己寫）主要分析第一種方式：利用系統(tǒng)給我們提供的i2c-dev.c來實現(xiàn)一個i2c適配器的設備文件。然后通過在應用層操作i2c適配器來控制i2c設備。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。需要特別注意的是：i2c-dev.c的read()、write()方法都只適合于如下方式的數(shù)

6、據(jù)格式（可查看內(nèi)核相關源碼）圖1 單開始信號時序所以不具有太強的通用性，如下面這種情況就不適用（通常出現(xiàn)在讀目標時）。圖2 多開始信號時序但是read和write方法適用性有限，只適用用于適配器支持i2c算法的情況，如：static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm =             .master_xfer = s3c24xx_i2c_xfer,    

7、0;       .functionality = s3c24xx_i2c_func,        而不適合適配器只支持smbus算法的情況，如：        static const struct i2c_algorithm smbus_algorithm =         

8、60;   .smbus_xfer = i801_access,            .functionality = i801_func,        基于以上原因，一般都不會使用i2c-dev.c的read()、write()方法。最常用的是ioctl()方法。ioctl()方法可以實現(xiàn)上面所有的情況（兩種數(shù)據(jù)格式、以及I2C算法和smbus算法）。 

9、;針對i2c的算法，需要熟悉struct i2c_rdwr_ioctl_data 、struct i2c_msg。使用的命令是I2C_RDWR。        struct i2c_rdwr_ioctl_data            struct i2c_msg _user *msgs; /* pointers to i2c_msgs */        

10、    _u32 nmsgs; /* number of i2c_msgs */          ;        struct i2c_msg             _ _u16 addr; /* slave address */      &

11、#160;     _ _u16 flags; /* 標志（讀、寫） */             _ _u16 len; /* msg length */            _ _u8 *buf; /* pointer to msg data */    

12、;    針對smbus算法，需要熟悉struct i2c_smbus_ioctl_data。使用的命令是I2C_SMBUS。對于smbus算法，不需要考慮“多開始信號時序”問題。        struct i2c_smbus_ioctl_data             _u8 read_write; /讀、寫   

13、0;        _u8 command; /命令            _u32 size; /數(shù)據(jù)長度標識            union i2c_smbus_data _user *data; /數(shù)據(jù)      

14、;  下面以一個實例講解操作的具體過程。通過S3C2410操作AT24C02 e2prom。實現(xiàn)在AT24C02中任意位置的讀、寫功能。首先在內(nèi)核中已經(jīng)包含了對s3c2410 中的i2c控制器（總線驅動）驅動的支持。提供了i2c算法（非smbus類型的，所以后面的ioctl的命令是I2C_RDWR）        static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm =      

15、0;      .master_xfer = s3c24xx_i2c_xfer,            .functionality = s3c24xx_i2c_func,         另外一方面需要確定為了實現(xiàn)對AT24C02 e2prom的操作，需要確定從機芯片的地址及讀寫訪問時序。   &

16、#160;  AT24C02地址的確定原理圖上將A2、A1、A0都接地了，所以地址是0x50。        AT24C02任意地址字節(jié)寫的時序可見此時序符合前面提到的“單開始信號時序”        AT24C02任意地址字節(jié)讀的時序可見此時序符合前面提到的“多開始信號時序”下面開始具體代碼的分析（代碼在2.6.22內(nèi)核上測試通過）：       

17、0;/*i2c_test.c        * hongtao_liu <lht>        */        #include <stdio.h>        #include <linux/types.h>  &

18、#160;     #include <stdlib.h>        #include <fcntl.h>        #include <unistd.h>        #include <sys/types.h>   &

19、#160;    #include <sys/ioctl.h>        #include <errno.h>        #define I2C_RETRIES 0x0701        #define I2C_TIMEOUT 0x0702    

20、;    #define I2C_RDWR 0x0707         /*定義struct i2c_rdwr_ioctl_data和struct i2c_msg，要和內(nèi)核一致*/     #define I2C_M_TEN 0x0010         #define I2C_M_RD 0x0001 struct i2c_msg

21、60;                       unsigned short addr;                unsigned short flags;  

22、              unsigned short len;                unsigned char *buf;         struct i2c_rd

23、wr_ioctl_data                        struct i2c_msg *msgs;                int nmsgs;  

24、;       /* nmsgs這個數(shù)量決定了有多少開始信號，對于“單開始時序”，取1*/          /*主程序*/        int main()               

25、         int fd,ret;                struct i2c_rdwr_ioctl_data e2prom_data;               

26、 fd=open("/dev/i2c-0",O_RDWR);      /* 為什么是i2c-0呢？那就要到內(nèi)核里看啦，等會再說。open底層調用了i2c_get_adapter(int id)函數(shù)，這個函數(shù)很重要，他可以識別占用了哪個i2c總線使用地0個i2c控制器 /dev/i2c-0是在注冊i2c-dev.c后產(chǎn)生的，代表一個可操作的適配器。如果不使用i2c-dev.c（這里說啦上面的為什么） 的方式，就沒有，也不需要這個節(jié)，i2c_driver結構體中有attach_adapter方法：

27、里面用device_create(i2c_dev_class, &adap->dev,MKDEV(I2C_MAJOR, adap->nr), NULL,"i2c-%d",adap->nr);I2C_MAJOR=89，即i2c-dev.c針對每個i2c適配器生成一個主設備號位89的設備文件，次設備要自己定義。 /dev/i2c-0是在注冊i2c-dev.c后產(chǎn)生的，代表一個可操作的適配器。如果不使用i2c-dev.c 的方式，就沒有，也不需要這個節(jié)點。      

28、0;  */                if(fd<0)                             

29、60;          perror("open error");                                e2prom_data.nm

30、sgs=2;         /*        *因為操作時序中，最多是用到2個開始信號（字節(jié)讀操作中），所以此將        *e2prom_data.nmsgs配置為2        */       

31、         e2prom_data.msgs=(struct i2c_msg*)malloc(e2prom_data.nmsgs*sizeof(struct i2c_msg);                if(!e2prom_data.msgs)      &

32、#160;                                 perror("malloc error");          

33、0;             exit(1);                                ioctl(fd,I2C_TIMEOUT

34、,1);/*超時時間*/                ioctl(fd,I2C_RETRIES,2);/*重復次數(shù)*/                /*write data to e2prom*/*/      &#

35、160;         e2prom_data.nmsgs=1;                (e2prom_data.msgs0).len=2; /1個 e2prom 寫入目標的地址和1個數(shù)據(jù)             

36、60;   (e2prom_data.msgs0).addr=0x50;/e2prom 設備地址                (e2prom_data.msgs0).flags=0; /write                (e2prom_da

37、ta.msgs0).buf=(unsigned char*)malloc(2);                (e2prom_data.msgs0).buf0=0x10;/ e2prom 寫入目標的地址                (e2prom_data.msgs0).bu

38、f1=0x58;/the data to write           ret=ioctl(fd,I2C_RDWR,(unsigned long)&e2prom_data);                if(ret<0)       

39、60;                                perror("ioctl error1");            

40、                    sleep(1);        /*read data from e2prom*/                e2

41、prom_data.nmsgs=2;                (e2prom_data.msgs0).len=1; /e2prom 目標數(shù)據(jù)的地址                (e2prom_data.msgs0).addr=0x50; / e2prom 設備地址

42、0;               (e2prom_data.msgs0).flags=0;/write                (e2prom_data.msgs0).buf0=0x10;/e2prom數(shù)據(jù)地址      &

43、#160;         (e2prom_data.msgs1).len=1;/讀出的數(shù)據(jù)                (e2prom_data.msgs1).addr=0x50;/ e2prom 設備地址            

44、60;    (e2prom_data.msgs1).flags=I2C_M_RD;/read                (e2prom_data.msgs1).buf=(unsigned char*)malloc(1);/存放返回值的地址。             

45、;   (e2prom_data.msgs1).buf0=0;/初始化讀緩沖      ret=ioctl(fd,I2C_RDWR,(unsigned long)&e2prom_data);                if(ret<0)         

46、0;                              perror("ioctl error2");              &

47、#160;                 printf("buff0=%x/n",(e2prom_data.msgs1).buf0);/*打印讀出的值，沒錯的話，就應該是前面寫的0x58了*/                 close(

48、fd);   i2c_put_adapter(client->adapter);/釋放i2c總線return 0;         以上講述了一種比較常用的利用i2c-dev.c操作i2c設備的方法，這種方法可以說是在應用層完成了對具體i2c設備的驅動工作。計劃下一篇總結以下幾點：（1）在內(nèi)核里寫i2c設備驅動的兩種方式：    Probe方式（new style），如：     

49、           static struct i2c_driver pca953x_driver =                         .driver =       &#

50、160;                         .name = "pca953x",                   

51、0;    ,                        .probe = pca953x_probe,                 

52、0;      .remove = pca953x_remove,                        .id_table = pca953x_id,           

53、0;        Adapter方式（LEGACY），如：                static struct i2c_driver pcf8575_driver =                &#

54、160;        .driver =                                 .owner = THIS_MODULE,    &

55、#160;                           .name = "pcf8575",                 

56、60;      ,                        .attach_adapter = pcf8575_attach_adapter,            

57、60;           .detach_client = pcf8575_detach_client,                （2）適配器驅動編寫方法（3）分享一些項目中遇到的問題        希望大家多提意見，多多交流。2 I2C驅動

58、編寫下面具體分析如何寫第一部分：2.1 主芯片的I2C驅動編寫主控芯片的i2c驅動分為2個步驟：寫總線驅動選了個主控芯片，比如：S3C8900（自己瞎選的芯片），在driver/i2c/busses/i2c-s3c2410.c中沒有找到這個芯片的I2C支持(總線驅動支持)。（倒霉了，沒有選好芯片，也可能是最新型號的，linux內(nèi)核沒跟上）。在此之前先分析i2c-s3c2410.c中完成的工作（總線驅動）：l 設計對應于i2c_adapter_xxx_init()模板的s3c8900的模塊加載函數(shù)和對應于i2c_adapter_xxx_exit()函數(shù)模板的模塊卸載函數(shù)。l 設計對應于i2c_a

59、dapter_xxx_xfer()模板的 s3c8900適配器的通信方法函數(shù)，針對 s3c24xx、64xx、s5pc1XX、s5p64xx處理器functionality（）函數(shù)s3c24xx_i2c-func()只需簡單的返回I2C_FUNC_I2C|I2C_FUNC_SMBUS_EMUL|I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING表明其支持的功能話說沒找到總線驅動支持，（這倒霉孩子）那就得編寫個類似的i2c-s3c8900.c的總線驅動支持，嘿嘿，照著上面的功能寫吧，反正是總線驅動。Ø I2C適配器驅動加載與卸載 1. 初始化i2c適配器

60、所使用的硬件資源，如申請I/O地址、中斷號等；2. 通過i2c_add_adapter添加i2c_adapter數(shù)據(jù)結構，當然這個數(shù)據(jù)結構的成員已經(jīng)被xxx適配器的相應的函數(shù)指針所初始化；3. i2c總線卸載模塊與裝載相反，是否i2c適配器使用的硬件資源，通過i2c_del_adapter刪除i2c_adapter的數(shù)據(jù)結構。        模板如下：                static

61、int _init i2c_adapter_xxx_init(void)                                   xxx_adapter_hw_init();/初始化硬件資源           

62、60;        i2c_add_adapter(&xxx_adapter);                                    static vo

63、id _init i2c_adapter_xxx_exit(void)                                xxx_adapter_hw_free();/釋放硬件資源         

64、                   i2c_del_adapter(&xxx_adapter);                           

65、             具體CPU具體分析，有的用platform做的，可以參考6410的做法2.1.2 I2C總線的通信方法我們需要為特定的i2c適配器實現(xiàn)其通信方法，主要實現(xiàn)i2c_algorithm的master_xfer()函數(shù)和functionality（）函數(shù)。functionality函數(shù)很簡單，用于返回algorithm所支持的通信協(xié)議，如：I2C_FUCN-_I2C， I2C_FUNC_10BIT_ADDR，I2C_FUNC_SMBUS

66、_READ_BYTE，I2C_FUNC_SMBUS_write_byte等master_xfer函數(shù)在i2c適配器上完成傳遞給他的i2c_msg數(shù)組中的每個i2c消息。            模板如下：            static int i2c_adapter_xxx_xfer(struct i2c_adapter *adap,struct i2c_msg *msgs

67、, int num)                                    .               

68、60;    for(i = 0; i<num ; i+)                        i2c_adapter_xxx_start(); /產(chǎn)生開始位               

69、60;        /如果是讀消息                        if(msgi->falgs &I2C_M_RD)              &#

70、160;         i2c_adapter_xxx_setaddr(msg->addr<<1)|1); /發(fā)送從設備讀地址                         i2c_adapter_xxx_wait_ack();/獲取從設備的ack信息 &#

71、160;                       i2c_adapter_xxx_readbytes(msgsi->buf,msgsi->len);/讀取msgi->len長的數(shù)據(jù)到msgi->buf里            

72、60;                   else    /是寫消息                             

73、i2c_adapter_xxx_setaddr(msg->addr<<1)|1); /發(fā)送從設備寫地址                             i2c_adapter_xxx_wait_ack();/獲取從設備的ack信息     &#

74、160;                       i2c_adapter_xxx_readbytes(msgsi->buf,msgsi->len);/讀取msgi->len長的數(shù)據(jù)到msgi->buf里            

75、60;                                                  &#

76、160;                            i2c_adapter_xxx_stop(); /產(chǎn)生停止位      好啦，完成了裝載和卸載，又完成了通信方法這兩個重要的東東，那么總線驅動結構已經(jīng)完成啦，累死了！ 2.2 寫設備驅動四部曲：Ø 構建i2c_driverØ 注冊i2c_driverØ 構建i2c_clien

77、t （ 第一種方法：注冊字符設備驅動、第二種方法：通過板文件的i2c_board_info填充，然后注冊）Ø 注銷i2c_driver具體如下：構建i2c_driverstatic struct i2c_driver pca953x_driver =                 .driver =         

78、                            .name= "pca953x", /名稱                 

79、;               ,                .id= ID_PCA9555,/id號               &#

80、160;.attach_adapter= pca953x_attach_adapter, /調用適配器連接設備                .detach_client= pca953x_detach_client,/讓設備脫離適配器        注冊i2c_driver  static int _init pca

81、953x_init(void)                        return i2c_add_driver(&pca953x_driver);               

82、60;module_init(pca953x_init); 執(zhí)行i2c_add_driver(&pca953x_driver)后，如果內(nèi)核中已經(jīng)注冊了i2c適配器，則順序調用這些適配器來連接我們的i2c設備。此過程是通過調用i2c_driver中的attach_adapter方法完成的。具體實現(xiàn)形式如下： static int pca953x_attach_adapter(struct i2c_adapter *adapter)         &

83、#160;              return i2c_probe(adapter, &addr_data, pca953x_detect);                /*        &#

84、160;       adapter:適配器                addr_data:地址信息                pca953x_detect：探測到設備后調用的函數(shù)  

85、;              */         地址信息addr_data是由下面代碼指定的。        /* Addresses to scan */        static unsig

86、ned short normal_i2c = 0x20,0x21,0x22,0x23,0x24,0x25,0x26,0x27,I2C_CLIENT_END;        I2C_CLIENT_INSMOD; 注意：normal_i2c里的地址必須是你i2c芯片的地址。否則將無法正確探測到設備。而I2C_ CLIENT_INSMOD是一個宏，它會利用normal_i2c構建addr_data。構建i2c_client，并注冊字符設備驅動i2c_probe在探測到目標設備后，后調用pca953x_

87、detect，并把當時的探測地址address作為參數(shù)傳入。static int pca953x_detect(struct i2c_adapter *adapter, int address, int kind)                        struct i2c_client *

88、new_client;                struct pca953x_chip *chip; /設備結構體                int err = 0,result;      

89、;          dev_t pca953x_dev=MKDEV(pca953x_major,0);/構建設備號，根據(jù)具體情況設定，這里我只考慮了normal_i2c中只有一個地址匹配的情況。主次設備號來源                if (!i2c_check_functionality(adapter, I2C_FU

90、NC_SMBUS_BYTE_DATA| I2C_FUNC_SMBUS_WORD_DATA)/判定適配器能力                goto exit;                if (!(chip = kzalloc(sizeof(struct&

91、#160;pca953x_chip), GFP_KERNEL)                         err = -ENOMEM;                  &#

92、160;     goto exit;                                /*構建i2c-client*/       &

93、#160;        chip->client=kzalloc(sizeof(struct i2c_client),GFP_KERNEL);                new_client = chip->client;         &

94、#160;      i2c_set_clientdata(new_client, chip);                new_client->addr = address;                

95、new_client->adapter = adapter;                new_client->driver = &pca953x_driver;                new_client->flags = 0; 

96、               strlcpy(new_client->name, "pca953x", I2C_NAME_SIZE);                if (err = i2c_attach_client(new_client)/注冊i2

97、c_client                goto exit_kfree;                if (err)           

98、     goto exit_detach;                if(pca953x_major)                      

99、60;                 result=register_chrdev_region(pca953x_dev,1,"pca953x");                     

100、0;          else                        result=alloc_chrdev_region(&pca953x_dev,0,1,"pca953x");   

101、60;                    pca953x_major=MAJOR(pca953x_dev);                        

102、        if (result < 0)                         printk(KERN_NOTICE "Unable to get pca953x region, error %d/n", result);

103、60;                       return result;                       &#

104、160;        pca953x_setup_cdev(chip,0); /注冊字符設備，此處不詳解                return 0;                e

105、xit_detach:                i2c_detach_client(new_client);        exit_kfree:                kfree(ch

106、ip);        exit:                return err;        i2c_check_functionality用來判定設配器的能力，這一點非常重要。你也可以直接查看對應設配器的能力，如static const 

107、struct i2c_algorithm smbus_algorithm =                 .smbus_xfer= i801_access,                .functionality= i801_func,  &

108、#160;             static u32 i801_func(struct i2c_adapter *adapter)                          &#

109、160;     return I2C_FUNC_SMBUS_QUICK | I2C_FUNC_SMBUS_BYTE |                               I2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA

110、 | I2C_FUNC_SMBUS_WORD_DATA |                               I2C_FUNC_SMBUS_BLOCK_DATA | I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_I2C_BLOCK|(isich4 ? I2C_FUNC_SMBUS_H

111、WPEC_CALC : 0);        字符驅動的具體實現(xiàn)struct file_operations pca953x_fops =                 .owner = THIS_MODULE,           &#

112、160;    .ioctl= pca953x_ioctl,                 .open= pca953x_open,                 .release =pca953x_release,  

113、60;      字符設備驅動本身沒有什么好說的，這里主要想說一下，如何在驅動中調用i2c設配器幫我們完成數(shù)據(jù)傳輸。目前設配器主要支持兩種傳輸方法：smbus_xfer和master_xfer。一般來說，如果設配器支持了master_xfer那么它也可以模擬支持smbus的傳輸。但如果只實現(xiàn)smbus_xfer，則不支持一些i2c的傳輸。int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap,struct i2c_msg *msgs,int num);int (*smbus_xfer) (struct

114、i2c_adapter *adap, u16 addr,unsigned short flags, char read_write, u8 command, int size, union i2c_smbus_data * data);master_xfer中的參數(shù)設置，和前面的用戶空間編程一致。現(xiàn)在只是要在驅動中構建相關的參數(shù)然后調用i2c_transfer來完成傳輸既可。int i2c_transfer(struct i2c_adapter * adap, struct i2c_msg *msgs, int num)smbus_xfer中的參數(shù)設置及調用方法如下：static&#

115、160;int pca953x_write_reg(struct pca953x_chip *chip, int reg, uint16_t val)                        int ret;         

116、;       ret = i2c_smbus_write_word_data(chip->client, reg << 1, val);                if (ret < 0)            

117、0;                    dev_err(&chip->client->dev, "failed writing register/n");                 

118、;                       return -EIO;