實例解析linux內(nèi)核I2C體系結(jié)構(gòu)

1、實例解析linux內(nèi)核I2C體系結(jié)構(gòu)作者：劉洪濤,華清遠(yuǎn)見嵌入式學(xué)院講師。一、概述談到在linux系統(tǒng)下編寫I2C驅(qū)動，目前主要有兩種方式，一種是把I2C設(shè)備當(dāng)作一個普通的字符設(shè)備來處理，另一種是利用linux I2C驅(qū)動體系結(jié)構(gòu)來完成。下面比較下這兩種驅(qū)動。第一種方法的好處（對應(yīng)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(fù)雜的I2C子系統(tǒng)的操作方法。第一種方法問題（對應(yīng)第二種方法的好處）有：   要求工程師不僅要對I2C設(shè)備的操作熟悉，而且要熟悉I2C的適配器操作；   要求工程

2、師對I2C的設(shè)備器及I2C的設(shè)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(shè)備器及設(shè)備驅(qū)動都是基于I2C子系統(tǒng)的格式。I2C適配器的操作簡單還好，如果遇到復(fù)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(luò)和一些書籍上有介紹I2C子系統(tǒng)的源碼結(jié)構(gòu)。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

3、是如何利用現(xiàn)有內(nèi)核支持的I2C適配器，完成對I2C設(shè)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(xì)的代碼跟蹤。二、I2C設(shè)備驅(qū)動程序編寫首先要明確適配器驅(qū)動的作用是讓我們能夠通過它發(fā)出符合I2C標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的時序。在Linux內(nèi)核源代碼中的drivers/i2c/busses目錄下包含著一些適配器的驅(qū)動。如S3C2410的驅(qū)動i2c-s3c2410.c。當(dāng)適配器加載到內(nèi)核后，接下來的工作就要針對具體的設(shè)備編寫設(shè)備驅(qū)動了。編寫I2C設(shè)備驅(qū)動也有兩種方法。一種是利用系統(tǒng)給我們提供的i2c-dev.c來實現(xiàn)一個i2c適配器的設(shè)備文件。然后通過在應(yīng)用層操作i2c適

4、配器來 控制i2c設(shè)備。另一種是為i2c設(shè)備，獨立編寫一個設(shè)備驅(qū)動。注意：在后一種情況下，是不需要使用i2c-dev.c的。1、利用i2c-dev.c操作適配器，進(jìn)而控制i2c設(shè)備i2c-dev.c并沒有針對特定的設(shè)備而設(shè)計，只是提供了通用的read()、write()和ioctl()等接口，應(yīng)用層可以借用這些接口訪問掛接在適配器上的i2c設(shè)備的存儲空間或寄存器，并控制I2C設(shè)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)據(jù)格式（可查看內(nèi)核相關(guān)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(biāo)時

5、）。圖2 多開始信號時序而且read()、write()方法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,             .functionalit

6、y = 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 =              .smbus_xfer = i801_access, 

7、            .functionality = i801_func,         ;基于上面幾個原因，所以一般都不會使用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）。針對i2c的算法，需要熟悉struct i2c_rdwr_ioctl_data 、struct i2c

8、_msg。使用的命令是I2C_RDWR。         struct i2c_rdwr_ioctl_data              struct i2c_msg _user *msgs;             _u32 nmsgs;   &#

9、160;     ;         struct i2c_msg              _ _u16 addr;             _ _u16 flags;      

10、;       _ _u16 len;             _ _u8 *buf;         ;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。     &#

11、160;   struct i2c_smbus_ioctl_data              _u8 read_write; /讀、寫             _u8 command; /命令            

12、_u32 size; /數(shù)據(jù)長度標(biāo)識             union i2c_smbus_data _user *data; /數(shù)據(jù)         ;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控制器驅(qū)動的支持。提供了i2c算法（非smbus類型的，所以后面

13、的ioctl的命令是I2C_RDWR）         static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm =              .master_xfer = s3c24xx_i2c_xfer,           

14、60; .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AT24C02的地址及讀寫訪問時序。         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

15、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）：          #include <stdio.h>         #include <linux/types.h> &

16、#160;       #include <stdlib.h>         #include <fcntl.h>         #include <unistd.h>         #include <sys/types.h> 

17、60;       #include <sys/ioctl.h>         #include <errno.h>         #define I2C_RETRIES 0x0701         #define I2C_TIMEOUT 0x0702 

18、60;       #define I2C_RDWR 0x0707 struct i2c_msg                  unsigned short addr;                 un

19、signed short flags;         #define I2C_M_TEN 0x0010         #define I2C_M_RD 0x0001                 unsigned short len;   &#

20、160;             unsigned char *buf;         ;struct i2c_rdwr_ioctl_data                      &

21、#160;   struct i2c_msg *msgs;                 int nmsgs;                 ;          i

22、nt main()                          int fd,ret;                 struct i2c_rdwr_ioctl_data e2prom_dat

23、a;                 fd=open("/dev/i2c-0",O_RDWR);         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

24、需要這個節(jié)點。         */                 if(fd<0)                       &

25、#160;                  perror("open error");                           

26、0;      e2prom_data.nmsgs=2;                         e2prom_data.msgs=(struct i2c_msg*)malloc(e2prom_data.nmsgs*sizeof(struct i2c_msg);   &#

27、160;             if(!e2prom_data.msgs)                                  

28、60;       perror("malloc error");                         exit(1);            &#

29、160;                     ioctl(fd,I2C_TIMEOUT,1);                 ioctl(fd,I2C_RETRIES,2);      

30、;                           e2prom_data.nmsgs=1;                 (e2prom_data.msgs0).len=2

31、; /1個 e2prom 寫入目標(biāo)的地址和1個數(shù)據(jù)                 (e2prom_data.msgs0).addr=0x50;/e2prom 設(shè)備地址                 (e2prom_data.msgs0).flags=0; /write

32、0;                (e2prom_data.msgs0).buf=(unsigned char*)malloc(2);                 (e2prom_data.msgs0).buf0=0x10;/ e2prom 寫入目標(biāo)的地址  &#

33、160;              (e2prom_data.msgs0).buf1=0x58;/the data to write         ret=ioctl(fd,I2C_RDWR,(unsigned long)&e2prom_data);           

34、;      if(ret<0)                                          perror("i

35、octl error1");                                  sleep(1);             

36、            e2prom_data.nmsgs=2;                 (e2prom_data.msgs0).len=1; /e2prom 目標(biāo)數(shù)據(jù)的地址            &#

37、160;    (e2prom_data.msgs0).addr=0x50; / e2prom 設(shè)備地址                 (e2prom_data.msgs0).flags=0;/write                 (e2pr

38、om_data.msgs0).buf0=0x10;/e2prom數(shù)據(jù)地址                 (e2prom_data.msgs1).len=1;/讀出的數(shù)據(jù)                 (e2prom_data.msgs1).addr=0x50;/ e2prom

39、 設(shè)備地址                 (e2prom_data.msgs1).flags=I2C_M_RD;/read                 (e2prom_data.msgs1).buf=(unsigned char*)malloc(1);/存放返回值的地址。&

40、#160;                (e2prom_data.msgs1).buf0=0;/初始化讀緩沖         ret=ioctl(fd,I2C_RDWR,(unsigned long)&e2prom_data);           

41、      if(ret<0)                                          perror("io

42、ctl error2");                                  printf("buff0=%xn",(e2prom_data.msgs1).buf0);     

43、60;                   close(fd);                 return 0;         以上講述了一種比較常用的利用i2c-dev.c

44、操作i2c設(shè)備的方法，這種方法可以說是在應(yīng)用層完成了對具體i2c設(shè)備的驅(qū)動工作。計劃下一篇總結(jié)以下幾點：（1）在內(nèi)核里寫i2c設(shè)備驅(qū)動的兩種方式：     Probe方式（new style），如：                 static struct i2c_driver pca953x_driver =        

45、                  .driver =                                &

46、#160; .name = "pca953x",                         ,                    

47、     .probe = pca953x_probe,                         .remove = pca953x_remove,             

48、0;           .id_table = pca953x_id,                 ;     Adapter方式（LEGACY），如：            

49、;     static struct i2c_driver pcf8575_driver = .driver =                                 .owner = THIS_MODULE, 

50、60;                               .name = "pcf8575",  ,.attach_adapter = pcf8575_attach_adapter,.detach_client = pcf8575_detach_cl

51、ient,;（2）適配器驅(qū)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. Linux I2C 結(jié)構(gòu)分析2.1 層次分析1. I2C CoreI2C Core用于維護(hù)Linux的I2C核心部分，其中維護(hù)了兩個靜態(tài)的List，分別記錄系統(tǒng)中的I2C driver結(jié)構(gòu)和I2C adapter結(jié)構(gòu)。static LIST_HEAD(adapters);static LIST_HEAD(drivers);I2C core提供接口函數(shù)，允許一個I2C adatper，I2C driv

52、er和I2C client初始化時在I2C core中進(jìn)行注冊，以及退出時進(jìn)行注銷。具體可以參見i2c_core.c代碼。同時還提供了I2C總線讀寫訪問的一般接口（具體的實現(xiàn)在與I2C控制器相關(guān)的I2C adapter中實現(xiàn)），主要應(yīng)用在I2C設(shè)備驅(qū)動中。常用的主要是i2c_master_send()i2c_master_recv()i2c_transfer()2. I2C bus driver總線驅(qū)動的職責(zé)，是為系統(tǒng)中每個I2C總線增加相應(yīng)的讀寫方法。但是總線驅(qū)動本身并不會進(jìn)行任何的通訊，它只是存在在那里，等待設(shè)備驅(qū)動調(diào)用其函數(shù)。在系統(tǒng)開機時，首先裝載的是I2C總線驅(qū)動。一個總線驅(qū)動用于支持

53、一條特定的I2C總線的讀寫。一個總線驅(qū)動通常需要兩個模塊，一個struct i2c_adapter和一個struct i2c_algorithm來描述：在 buses目錄下的i2c-pxa.c中實現(xiàn)了PXA的I2C總線適配器，I2C adapter 構(gòu)造一個對I2C core層接口的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并通過接口函數(shù)向I2C core注冊一個控制器。I2C adapter主要實現(xiàn)對I2C總線訪問的算法，iic_xfer() 函數(shù)就是I2C adapter底層對I2C總線讀寫方法的實現(xiàn)。同時I2C adpter 中還實現(xiàn)了對I2C控制器中斷的處理函數(shù)。1) i2c-pxa.c定義了i2c_algorith

54、m，并且實現(xiàn)了master的發(fā)送函數(shù)i2c_pxa_xfer()，以及設(shè)備查詢總線的模式的函數(shù)i2c_pxa_functionality()static const struct i2c_algorithm i2c_pxa_algorithm = .master_xfer = i2c_pxa_xfer,.functionality = i2c_pxa_functionality,;2) i2c-pxa.c中，實現(xiàn)了i2c_adapter，主要是在定義pxa-i2c時進(jìn)行初始化，并且i2c_pxa_probe()中進(jìn)行填充parent指針，并且調(diào)用ret = i2c_add_adapter(&i2c->adap);進(jìn)行添加。static struct pxa_i2c i2c_pxa =  .lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED,.adap =    .owner   = THIS_MODULE