1、实例解析 linux 内核 I2C 体系结构一、概述谈到在 linux 系统下编写 I2C 驱动，目前主要有两种方式，一种是把 I2C 设备当作一个普通的字符设备来处理，另一种是利用 linux I2C 驱动体系结构来完成。下面比较下这两种驱动。第一种方法的好处（对应第二种方法的劣势）有： 思路比较直接，不需要花时间去了解 linux 内核中复杂的 I2C 子系统的操作方法。第一种方法问题（对应第二种方法的好处）有： 要求工程师不仅要对 I2C 设备的操作熟悉，而且要熟悉 I2C 的适配器操作； 要求工程师对 I2C 的设备器及 I2C 的设备操作方法都比较熟悉，最重要的是写出的程序可移植性差
2、； 对内核的资源无法直接使用。因为内核提供的所有 I2C 设备器及设备驱动都是基于 I2C 子系统的格式。I2C 适配器的操作简单还好，如果遇到复杂的 I2C 适配器（如：基于 PCI 的 I2C 适配器） ，工作量就会大很多。本文针对的对象是熟悉 I2C 协议，并且想使用 linux 内核子系统的开发人员。网络和一些书籍上有介绍 I2C 子系统的源码结构。但发现很多开发人员看了这些文章后，还是不清楚自己究竟该做些什么。究其原因还是没弄清楚 I2C 子系统为我们做了些什么，以及我们怎样利用 I2C 子系统。本文首先要解决是如何利用现有内核支持的 I2C 适配器，完成对 I2C 设备的操作，然后
3、再过度到适配器代码的编写。本文主要从解决问题的角度去写，不会涉及特别详细的代码跟踪。二、I2C 设备驱动程序编写首先要明确适配器驱动的作用是让我们能够通过它发出符合 I2C 标准协议的时序。在 Linux 内核源代码中的 drivers/i2c/busses 目录下包含着一些适配器的驱动。如 S3C2410的驱动 i2c-s3c2410.c。当适配器加载到内核后，接下来的工作就要针对具体的设备编写设备驱动了。编写 I2C 设备驱动也有两种方法。一种是利用系统给我们提供的 i2c-dev.c 来实现一个 i2c适配器的设备文件。然后通过在应用层操作 i2c 适配器来控制 i2c 设备。另一种是为
4、 i2c 设备，独立编写一个设备驱动。注意：在后一种情况下，是不需要使用 i2c-dev.c 的。1、利用 i2c-dev.c 操作适配器，进而控制 i2c 设备i2c-dev.c 并没有针对特定的设备而设计，只是提供了通用的 read()、write() 和 ioctl()等接口，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。需要特别注意的是：i2c-dev.c 的 read()、write()方法都只适合于如下方式的数据格式（可查看内核相关源码）图 1 单开始信号时序所以不具有太强的通用性，如下面这种情况就不适用（通常出现在读目标
5、时） 。图 2 多开始信号时序而且 read()、write()方法只适用用于适配器支持 i2c 算法的情况，如：static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm = .master_xfer = s3c24xx_i2c_xfer,.functionality = s3c24xx_i2c_func,;而不适合适配器只支持 smbus 算法的情况，如：static const struct i2c_algorithm smbus_algorithm = .smbus_xfer = i801_access,.functionality
6、= i801_func,;基于上面几个原因，所以一般都不会使用 i2c-dev.c 的 read()、write() 方法。最常用的是ioctl()方法。ioctl()方法可以实现上面所有的情况（两种数据格式、以及 I2C 算法和 smbus算法） 。针对 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 */_u32 nmsgs; /* numb
7、er of i2c_msgs */;struct i2c_msg _ _u16 addr; /* slave address */_ _u16 flags; /* 标志（读、写） */ _ _u16 len; /* msg length */_ _u8 *buf; /* pointer to msg data */;针对 smbus 算法，需要熟悉 struct i2c_smbus_ioctl_data。使用的命令是 I2C_SMBUS。对于smbus 算法，不需要考虑“多开始信号时序”问题。struct i2c_smbus_ioctl_data _u8 read_write; /读、写_u8
8、 command; /命令_u32 size; /数据长度标识union i2c_smbus_data _user *data; /数据;下面以一个实例讲解操作的具体过程。通过 S3C2410 操作 AT24C02 e2prom。实现在AT24C02 中任意位置的读、写功能。首先在内核中已经包含了对 s3c2410 中的 i2c 控制器驱动的支持。提供了 i2c 算法（非smbus 类型的，所以后面的 ioctl 的命令是 I2C_RDWR）static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm = .master_xfer = s3c2
9、4xx_i2c_xfer,.functionality = s3c24xx_i2c_func,;另外一方面需要确定为了实现对 AT24C02 e2prom 的操作，需要确定 AT24C02 的地址及读写访问时序。 AT24C02 地址的确定原理图上将 A2、A1、A0 都接地了，所以地址是 0x50。 AT24C02 任意地址字节写的时序可见此时序符合前面提到的“单开始信号时序” AT24C02 任意地址字节读的时序可见此时序符合前面提到的“多开始信号时序”下面开始具体代码的分析（代码在 2.6.22 内核上测试通过）：/*i2c_test.c* hongtao_liu */#include
10、#include #include #include #include #include #include #include #define I2C_RETRIES 0x0701#define I2C_TIMEOUT 0x0702#define I2C_RDWR 0x0707 /*定义 struct i2c_rdwr_ioctl_data 和 struct i2c_msg，要和内核一致*/struct i2c_msgunsigned short addr;unsigned short flags;#define I2C_M_TEN 0x0010#define I2C_M_RD 0x0001un
11、signed short len;unsigned char *buf;struct i2c_rdwr_ioctl_datastruct i2c_msg *msgs;int nmsgs; /* nmsgs 这个数量决定了有多少开始信号，对于 “单开始时序” ，取 1*/;/*主程序*/int main()int fd,ret;struct i2c_rdwr_ioctl_data e2prom_data;fd=open(“/dev/i2c-0“,O_RDWR);/*/dev/i2c-0 是在注册 i2c-dev.c 后产生的，代表一个可操作的适配器。如果不使用i2c-dev.c*的方式，就没有，
12、也不需要这个节点。*/if(fdclient=kzalloc(sizeof(struct i2c_client),GFP_KERNEL);new_client = chip-client;i2c_set_clientdata(new_client, chip);new_client-addr = address;new_client-adapter = adapter;new_client-driver = new_client-flags = 0;strlcpy(new_client-name, “pca953x“, I2C_NAME_SIZE);if (err = i2c_attach_c
13、lient(new_client)/注册 i2c_clientgoto exit_kfree;if (err)goto exit_detach;if(pca953x_major)result=register_chrdev_region(pca953x_dev,1,“pca953x“);elseresult=alloc_chrdev_region(pca953x_major=MAJOR(pca953x_dev);if (result 0) printk(KERN_NOTICE “Unable to get pca953x region, error %dn“, result);return r
14、esult;pca953x_setup_cdev(chip,0); /注册字符设备，此处不详解return 0;exit_detach:i2c_detach_client(new_client);exit_kfree:kfree(chip);exit:return err;i2c_check_functionality 用来判定设配器的能力，这一点非常重要。你也可以直接查看对应设配器的能力，如static const struct i2c_algorithm smbus_algorithm = .smbus_xfer= i801_access,.functionality= i801_func
15、,;static u32 i801_func(struct i2c_adapter *adapter)return I2C_FUNC_SMBUS_QUICK | I2C_FUNC_SMBUS_BYTE |I2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA | I2C_FUNC_SMBUS_WORD_DATA |I2C_FUNC_SMBUS_BLOCK_DATA | I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_I2C_BLOCK| (isich4 ? I2C_FUNC_SMBUS_HWPEC_CALC : 0); 字符驱动的具体实现struct file_operations pca953x_fops = .owner = THIS_MODULE,.ioctl= pca953x_ioctl, .open= pca953x_open, .release =pca953x_release, ;字符设备驱动本身没有什么好说的，这里主要想说一下，如何在驱动中调用 i2c 设配器帮我们完成数据传输。
