Linux内核i2c子系统驱动介绍 (linux内核i2c子系统驱动)

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种串行数据传输协议，被用于连接芯片之间的通信。在Linux内核中，i2c子系统驱动负责管理I2C总线，允许多个设备通过同一条总线进行通信。本文将介绍linux内核i2c子系统驱动的相关知识。

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一、i2c子系统驱动的结构

在Linux内核中，i2c子系统驱动通常包含以下几个结构：

1. i2c_adapter结构体

i2c_adapter结构体描述了一条I2C总线的特性，包括总线地址、时钟频率、数据传送方式等。该结构体的定义在i2c.h头文件中，如下所示：

struct i2c_adapter {

struct module *owner;

const char *name;

u32 class;

u32 nr;

struct bus_type *bus;

u32 algo_data;

struct i2c_algorithm *algo;

void *algo_priv;

struct device dev;

unsigned long algo_data_dma;

unsigned long owndata;

unsigned int timeout;

unsigned int retries;

bool (*unrecoverable)(struct i2c_adapter *, struct i2c_msg *);

int (*setup)(struct i2c_adapter *);

void (*shutdown)(struct i2c_adapter *);

int (*bus_recovery)(struct i2c_adapter *);

void *adapdata;

struct i2c_lock_operations *lock_ops;

const struct of_device_id *of_match_table;

};

2. i2c_algorithm结构体

i2c_algorithm结构体定义了I2C总线中的通信算法，包括数据传输格式、地址范围等。该结构体的定义在i2c.h头文件中，如下所示：

struct i2c_algorithm {

int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,

int num);

int (*bus_xfer)(struct i2c_adapter *adapter, u16 addr,

unsigned short flags, char read_write,

u8 command, int size, union i2c_bus_data *data);

int (*master_recv)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,

int num);

int (*master_send)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,

int num);

u32 (*functionality)(struct i2c_adapter *);

struct module *owner;

const char *name;

};

3. i2c_driver结构体

i2c_driver结构体描述了一个i2c设备的特性，包括设备类型、ID等信息。该结构体的定义在i2c.h头文件中，如下所示：

struct i2c_driver {

unsigned int class;

const struct i2c_device_id *id_table;

int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *);

int (*remove)(struct i2c_client *);

void (*shutdown)(struct i2c_client *);

int (*suspend)(struct i2c_client *, pm_message_t state);

int (*resume)(struct i2c_client *);

const struct i2c_device_id *of_match_table;

const struct of_device_id *of_match_table;

struct device_driver driver;

};

4. i2c_client结构体

i2c_client结构体描述了一个具体的i2c设备，包括设备地址、设备类型、驱动等信息。该结构体的定义在i2c.h头文件中，如下所示：

struct i2c_client {

int irq;

unsigned short flags;

unsigned short addr;

char name[I2C_NAME_SIZE];

struct device dev;

struct i2c_adapter *adapter;

struct i2c_driver *driver;

void *algo_data;

struct i2c_board_info const *board_info;

};

二、i2c子系统驱动的通信过程

i2c子系统驱动的通信过程需要经过以下步骤：

1. 注册i2c_adapter

初次使用I2C总线时，需要先注册i2c_adapter结构体，告诉内核I2C总线的特性。在Linux内核中，注册i2c_adapter结构体可以使用i2c_add_adapter函数来完成。

2. 注册i2c_driver

为了能够与具体的i2c设备通信，需要先注册i2c_driver结构体。在Linux内核中，注册i2c_driver结构体可以使用i2c_add_driver函数来完成。

3. 连接i2c_client设备

一旦I2C总线被注册成功，可以使用i2c_new_device函数连接一个i2c_client设备。在连接设备时，需要指定设备地址、设备类型等信息。

4. 与设备通信

当i2c_client设备连接成功后，就可以使用该设备进行I2C通信了。在Linux内核中，I2C数据的传输通常使用i2c_transfer函数进行。该函数需要传入一个指向i2c_msg结构体的指针，该结构体用于描述数据的传输信息。

5. 注销i2c_driver和i2c_adapter

当使用完i2c_driver和i2c_adapter之后，需要使用i2c_del_driver和i2c_del_adapter函数来注销。

三、i2c子系统驱动的应用场景

i2c子系统驱动在Linux内核中的应用广泛，包括但不限于以下场景：

1. 屏幕显示

在Linux内核中，i2c子系统驱动可用于控制显示器的点阵屏幕，比如树莓派的OLED屏幕等。

2. 触摸屏

i2c子系统驱动还可用于连接触摸屏设备，实现触摸控制。

3. 传感器

i2c子系统驱动也可以用于连接各种传感器设备，如温度传感器、气压传感器等。这些设备通常需要I2C总线进行数据传输。

i2c子系统驱动在Linux内核中的应用范围广泛，是连接各种设备的重要手段。通过对i2c子系统驱动的深入了解，可以更好地开发和使用相关设备。

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应用程序可以访问at24c08呢?

先来看一个最简单的i2c设备驱动：

static struct i2c_board_info at24cxx_info = { //所支持的i2c设备的列表

I2C_BOARD_INFO(“at24c08”, 0x50), //一项代表一个支持的设备，它的名字叫做“at24c08”，器件地址是0x50

};

static struct i2c_client *at24cxx_client;

static int at24cxx_dev_init(void)

{

struct i2c_adapter *i2c_adap; //分配一个适配器的指针

i2c_adap = i2c_get_adapter(0); //调用core层的函数，获得一个i2c总线。这里我们已经知道新增的器件挂接在编号为0的i2c总线上

at24cxx_client = i2c_new_device(i2c_adap, &at24cxx_info); // 把i2c适配器和新增的I2C器件关联起来，这个用了i2c总线0，地址是0x50。这就组成了一个客户端

at24cxx_client i2c_put_adapter(i2c_adap);

return 0;

}

static void at24cxx_dev_exit(void)

{

i2c_unregister_device(at24cxx_client);

}

module_init(at24cxx_dev_init);

module_exit(at24cxx_dev_exit);

从上面的程序可以看到，写一个i2c设备驱动程序，与写普通的字符驱动基本一样。特别之处是它调用了i2c的core层的函数，以获得对i2c总线的控制。因为用的是开发板，板上的与soc芯片（一般来说就是arm的芯片）i2c总线驱动一般都做好了，直接调用core层的函数就可以控制soc的i2c模块了。也就是说，写i2c设备驱动不需要关注arm内部的i2c模块的寄存器，我们需要关注的是设备(at24c08)的寄存器以及猛谨高它的datasheet对时序的要求。

其实，添加i2c设备的方法很灵活。根据Linux的官方文档《linux-3.4.2\Documentation\i2c\instantiating-devices》，添加i2c设备的方法总结有4种：

1. i2c_register_board_info：根据总线编号、设备名字（“at24c08”）、设备地址（0x50）注册一个字符驱动。这种方法最简单、最粗暴，最贴近平时在开片机上开发i2c器件的。

2. i2c_new_device：根据i2c总线的编号，声明一个i2c设备：这种方法就是上面例子用的方法。这种方法也简单，但是需要事先知道器件挂接在哪条总线上。对于设备，还实现知道了设备地址0x50，总线适配器也支持名字为“at24c08”的设备

3. i2c_new_probed_device：

4.从用户空间实例化一个器件：这个方法相当智能快速，如下输入指令，即可增加一个i2c设备，同时增加了对应的设备文件。

# echo eeprom 0x50 > /sys/bus/i2c/devices/i2c-3/new_device

根据英文文档的标题，添加i2c设备有称之为枝尺“i2c设备的实例化”。

从上述可以知道，在实例化一个i2c设备之前，除了有对应的驱动支持总线外（这里是总线0），还需要有一个驱动使用了总线0发送时序，支持名字为”at24c08″的器件。这个驱动用总线驱动的函数，配置了at24c08的寄存器。

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