Linux I2C驱动分析与实现(一)

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本文基于内核版本linux-2.6.30.4分析.

Linux中i2c子系统框图如下：

·客户驱动

即I2C设备驱动，每个客户驱动可以为一个或多个I2C设备服务，并向用户空间提供相应的访问接口函数。

客户驱动需要向总线注册并通过i2c-core提供的接口与I2C设备通信。与客户程序相关的数据结构主要有struct i2c_driver和struct i2c_client

添加客户驱动：static inline int i2c_add_driver(struct i2c_driver *driver)

删除客户驱动：extern void i2c_del_driver(struct i2c_driver *);   

·I2C-core核心

I2c-core核心是I2C总线的核心，承上启下，其实现与平台无关。I2C总线的初始化、注册和适配器添加和注销等相关工作均在I2C核心代码中完成，

除此之外，还向上层客户驱动提供相应的API接口函数，使得客户驱动独立于适配器驱动而工作。

· 适配器驱动

负责对I2C控制器的驱动实现，一个总线对应一个适配器。I2C总线上对I2C slave设备的具体

操作是在适配器驱动中完成的。适配器驱动作为platform_driver而注册，在probe()到驱动设

备后，向总线声明并被添加：i2c_add_numbered_adapter(&i2c->adap);

I2c-dev驱动是系统自带的一个通用客户驱动,它不是针对某一个I2C设备（即没有自己驱动设备id-table),它可以使得用户空间的程序通过i2c-tools访问总线上的i2c/SMBUS设备。

I2C子系统主要数据结构

[cpp] view plaincopy

1. ·struct i2c_msg;             //I2C消息数据结构  
2.   
3. ·struct i2c_algorithm;       //算法驱动数据结构  
4.   
5. ·struct i2c_adapter;         //I2C适配器数据结构  
6.   
7. ·struct i2c_client;          //I2C客户数据结构  
8.   
9. ·struct i2c_driver;          //I2C设备驱动数据结构  
10.   
11. ·struct i2c_board_info;      //描述板载I2C设备的信息    
12.    

以上数据结构在include/linux/i2c.h中定义，下面我们结合源码分析一下这些数据结构

I2C算法结构：

[cpp] view plaincopy

1. struct i2c_algorithm {  
2.   
3.    /* If an adapter algorithm can't do I2C-level access, set master_xfer 
4.  
5.       to NULL. If an adapter algorithm can do SMBus access, set 
6.  
7.       smbus_xfer. If set to NULL, the SMBus protocol is simulated 
8.  
9.       using common I2C messages */  
10.   
11.    /* master_xfer should return the number of messages successfully 
12.  
13.       processed, or a negative value on error */  
14.   
15.    int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,  
16.   
17.             int num);  
18.   
19.    int (*smbus_xfer) (struct i2c_adapter *adap, u16 addr,  
20.   
21.             unsigned short flags, char read_write,  
22.   
23.             u8 command, int size, union i2c_smbus_data *data);  
24.   
25.    
26.   
27.    /* To determine what the adapter supports */  
28.   
29.    u32 (*functionality) (struct i2c_adapter *);  
30.   
31. };  

例如：

s3c2440 i2c 适配器驱动是这样实现这个算法结构体：

[cpp] view plaincopy

1. static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm = {  
2.   
3.      .master_xfer            = s3c24xx_i2c_xfer,  
4.   
5.      .functionality          = s3c24xx_i2c_func,  
6.   
7. };  

s3c24xx_i2c_xfer 是适配器的对I2C设备的读写操作函数

s3c24xx_i2c_func函数决定了该适配器向i2c-core核心支持哪些API函数

I2c_adapter结构标识一个物理I2C总线（适配器），总线通过

算法结构访问到适配器。

[cpp] view plaincopy

1. struct i2c_adapter {  
2.   
3.     struct module *owner;  
4.   
5.     unsigned int id;  
6.   
7.     unsigned int class;             /* classes to allow probing for */  
8.   
9.     const struct i2c_algorithm *algo; /* the algorithm to access the bus */  
10.   
11.     void *algo_data;  
12.   
13.    
14.   
15.     /* --- administration stuff. */  
16.   
17.     int (*client_register)(struct i2c_client *) __deprecated;  
18.   
19.     int (*client_unregister)(struct i2c_client *) __deprecated;  
20.   
21.    
22.   
23.     /* data fields that are valid for all devices  */  
24.   
25.     u8 level;                /* nesting level for lockdep */  
26.   
27.     struct mutex bus_lock;  
28.   
29.     struct mutex clist_lock;  
30.   
31.    
32.   
33.     int timeout;            /* in jiffies */  
34.   
35.     int retries;  
36.   
37.     struct device dev;      /* the adapter device */  
38.   
39.    
40.   
41.     int nr;  
42.   
43.     struct list_head clients;     /* DEPRECATED */  
44.   
45.     char name[48];  
46.   
47.     struct completion dev_released;  
48.   
49. };  

I2c_msg是I2C消息，I2C通信是以i2c_msg为单位的。

[cpp] view plaincopy

1. struct i2c_msg {  
2.   
3.    __u16 addr;     /* slave address            */  
4.   
5.    __u16 flags;  
6.   
7. #define I2C_M_TEN      0x0010   /* this is a ten bit chip address */  
8.   
9. #define I2C_M_RD       0x0001   /* read data, from slave to master */  
10.   
11. #define I2C_M_NOSTART       0x4000   /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */  
12.   
13. #define I2C_M_REV_DIR_ADDR  0x2000   /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */  
14.   
15. #define I2C_M_IGNORE_NAK    0x1000   /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */  
16.   
17. #define I2C_M_NO_RD_ACK 0x0800   /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */  
18.   
19. #define I2C_M_RECV_LEN 0x0400   /* length will be first received byte */  
20.   
21.    __u16 len;      /* msg length               */  
22.   
23.    __u8 *buf;      /* pointer to msg data           */  
24.   
25. };  

I2c_client描述了一个i2c设备。

[cpp] view plaincopy

1. struct i2c_client {  
2.   
3.      unsigned short flags;        /* div., see below         */  
4.   
5.      unsigned short addr;        /* chip address - NOTE: 7bit */  
6.   
7.                             /* addresses are stored in the      */  
8.   
9.                             /* _LOWER_ 7 bits        */  
10.   
11.      char name[I2C_NAME_SIZE];  
12.   
13.      struct i2c_adapter *adapter;    /* the adapter we sit on       */  
14.   
15.      struct i2c_driver *driver;  /* and our access routines    */  
16.   
17.      struct device dev;            /* the device structure          */  
18.   
19.      int irq;                     /* irq issued by device          */  
20.   
21.      struct list_head list;          /* DEPRECATED */  
22.   
23.      struct list_head detected;  
24.   
25.      struct completion released;  
26.   
27. };  

I2c_driver描述了I2C设备的驱动。

[cpp] view plaincopy

1. struct i2c_driver {  
2.   
3.       int id;  
4.   
5.       unsigned int class;  
6.   
7.    
8.   
9.       /* Notifies the driver that a new bus has appeared. This routine 
10.  
11.        * can be used by the driver to test if the bus meets its conditions 
12.  
13.        * & seek for the presence of the chip(s) it supports. If found, it 
14.  
15.        * registers the client(s) that are on the bus to the i2c admin. via 
16.  
17.        * i2c_attach_client.  (LEGACY I2C DRIVERS ONLY) 
18.  
19.        */  
20.   
21.       int (*attach_adapter)(struct i2c_adapter *);  
22.   
23.       int (*detach_adapter)(struct i2c_adapter *);  
24.   
25.    
26.   
27.       /* tells the driver that a client is about to be deleted & gives it 
28.  
29.        * the chance to remove its private data. Also, if the client struct 
30.  
31.        * has been dynamically allocated by the driver in the function above, 
32.  
33.        * it must be freed here.  (LEGACY I2C DRIVERS ONLY) 
34.  
35.        */  
36.   
37.       int (*detach_client)(struct i2c_client *) __deprecated;  
38.   
39.       。。。  
40.   
41. }  

I2C核心提供的API函数

[cpp] view plaincopy

1. ·      extern int i2c_master_send(struct i2c_client *client, const char *buf,  
2.   
3. ·                    int count);  
4.   
5. ·      extern int i2c_master_recv(struct i2c_client *client, char *buf, int count);  
6.   
7.    
8.   
9. <span style="color:#ff6666;">·      extern int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,  
10.   
11. ·                 int num);  
12. </span>  
13. ·      extern s32 i2c_smbus_xfer(struct i2c_adapter *adapter, u16 addr,  
14.   
15. ·                   unsigned short flags, char read_write, u8 command,  
16.   
17. ·                   int size, union i2c_smbus_data *data);  
18.   
19. ·      extern s32 i2c_smbus_read_byte(struct i2c_client *client);  
20.   
21. ·      extern s32 i2c_smbus_write_byte(struct i2c_client *client, u8 value);  
22.   
23. ·      extern s32 i2c_smbus_read_byte_data(struct i2c_client *client, u8 command);  
24.   
25. ·      extern s32 i2c_smbus_write_byte_data(struct i2c_client *client,  
26.   
27. ·                           u8 command, u8 value);  
28.   
29. ·      extern s32 i2c_smbus_read_word_data(struct i2c_client *client, u8 command);  
30.   
31. ·      extern s32 i2c_smbus_write_word_data(struct i2c_client *client,  
32.   
33. ·                           u8 command, u16 value);  

其中： i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num) 是实现其他函数的基础，换句话说，其它函数均是通过调用该函数来实现的。

下篇将具体谈谈Linux 中如何实现I2C客户程序。《Linux I2C驱动分析与实现(二)》