Linux i2c设备-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/LXJSWD/article/details/145960480

概述

iic子系统分为三层

iic设备驱动层（i2c-dev.c ，或者自己的其他i2c设备驱动如TP）

功能：

1、为用户提供调用和接口

2、实现策略相关问题：知道发什么数据，但不知道怎么发

iic核心层（i2c-core.c）

1、内核初始化时，注册一根i2c总线

2、给驱动编程人员提供编程接口

3、发送数据时，数据封包，i2c_msg结构体

iic总线驱动层

1、初始化硬件（iic控制器/I2C适配器，）

2、实现操作方法

iic驱动分为两部分：IIC总线驱动和IIC设备驱动，I2C总线对应着一条/bus下的一条总线，该总线管理着i2c设备和i2c驱动的匹配删除等操作，和其他总线也一样，当匹配成功后就会调用probe函数。

在这里插入图片描述

一、结构体

i2c_driver结构体，表示一个i2c驱动，

i2c_driver{//表示一个i2c驱动
    /*检测函数*/
    int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *);
    int (*remove)(struct i2c_client *);

    struct device_driver driver;//表示驱动
    const struct i2c_device_id *id_table;//记录i2c驱动能服务于哪些设备
    ...
}

i2c设备，硬件设备的一个抽象

struct i2c_client {//表示i2c设备
 unsigned short flags; /* 标号*/
 unsigned short addr; /* 设备地址 7位NOTE: 7bit */
 /* addresses are stored in the */
 /* _LOWER_ 7 bits */
 char name[I2C_NAME_SIZE]; //设备名字
 struct i2c_adapter *adapter; /* 所属适配器 */
 /*设备结构体 */
 struct device dev; 
int irq; /* 中断号 */
 struct list_head detected;//链表
#if IS_ENABLED(CONFIG_I2C_SLAVE)
 i2c_slave_cb_t slave_cb; /* callback for slave mode */
#endif
};

i2c适配器，对应SOC上的I2C控制器，

struct i2c_adapter { //i2c设配器、控制器
 struct module *owner;
 unsigned int class; /* classes to allow probing for */
 const struct i2c_algorithm *algo; /*表示i2c操作方法(利用i2c协议传输数据)*/
 -->int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,
 int num);
.....
};

以上四个结构体就是最为关键的四个结构体，此外，还有其他的结构体

i2c_msg表示i2c数据包，数据在核心层杯打包成数据包的形式。

struct i2c_msg {//表示i2c数据包
 __u16 addr; /* 设备地址，表示该数据应该传送到哪一个设备地址 */
 __u16 flags;//表示数据包时读还是写1-读 0-写
 __u16 len; /* 有效数据长度 */
 __u8 *buf; /* 有效数据指针 */
}

/*表示一个驱动*/
struct device_driver {
 /*设备驱动程序的名称。在调用driver_register()往设备驱动程序模型中插入一个新的
device_driver对象时，driver_register()函数会调用bus_add_driver()函数，
bus_add_driver()调用kobject_set_name()函数将name赋给drv>kobj.name或者
drv->kobj.k_name。注：drv为要调用driver_register()注册的device_driver类型
的对象。*/
 const char *name;
 struct bus_type *bus; //指向总线描述符的指针，总线连接所支持的设备
 struct module *owner;
 const char *mod_name; /* used for built-in modules */
 bool suppress_bind_attrs; /* disables bind/unbind via sysfs */
 enum probe_type probe_type; 
const struct of_device_id *of_match_table;
 const struct acpi_device_id *acpi_match_table; 
int (*probe) (struct device *dev);//探测
 int (*remove) (struct device *dev);//移除
 void (*shutdown) (struct device *dev);//关闭
 int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);//挂起
 int (*resume) (struct device *dev);//激活
 const struct attribute_group **groups;
 const struct dev_pm_ops *pm;/*操作函数集合*/
 struct driver_private *p;/*指向设备私密数据*/
};
/*表示一个设备用于描述设备相关的信息设备之间的层次关系，以及设备与总线、驱动的关系。*/
struct device {//
 struct device *parent;/*表示总线节点，例如TP父节点位I2C*/
 struct device_private *p;/*指向设备私密数据*/
/*实现了基本的面向对象管理机制,是构成Linux2.6设备模型的核心结构。它与sysfs文件系统
紧密相连,在内核中注册的每个kobject对象对应sysfs文件系统中的一个目录。类似于C++中的
基类,Kobject常被嵌入于其他类型(即:容器)中。如bus,devices,drivers都是典型的容器。
这些容器通过kobject连接起来,形成了一个树状结构。详情链接：
https://blog.youkuaiyun.com/weixin_42261068/article/details/116954707?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522166554118616782412565338%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fall.%2522%257D&request_id=166554118616782412565338&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~first_rank_ecpm_v1~pc_rank_34-3-116954707-null-null.142^v52^pc_rank_34_1,201^v3^add_ask&utm_term=struct%20kobject%20kobj%3B&spm=1018.2226.3001.4187
*/
 struct kobject kobj;/*内嵌的kobject结构,主要用于计数*/
 const char *init_name; /* initial name of the device */
/*device_type 表示设备的类型。一个设备类或者总线可以包含不同类型的设备，例如“分区
”和“磁盘” ，“鼠标”和“事件” 。device_type就可以标识某个设备类型和该设备的特有信息，
它就等同于kobject结构中的kobj_type一样。如果name数据成员被指定，那么uevent成员函
数就会把它包含在DEVTYPE变量中。*/
 const struct device_type *type;
 struct mutex mutex; /* mutex to synchronize calls to
 * its driver.
 */
 struct bus_type *bus; /*指向总线 type of bus device is on */
 struct device_driver *driver; /*which driver has allocated this
 device */
 void *platform_data; /*设备树文件信息， platform私有数据
 Platform specific data, device
 core doesn't touch it */
 void *driver_data; /* 驱动私有数据
 Driver data, set and get with
 dev_set/get_drvdata */
 struct dev_pm_info power;
 struct dev_pm_domain *pm_domain;
#ifdef CONFIG_GENERIC_MSI_IRQ_DOMAIN
 struct irq_domain *msi_domain;
#endif
#ifdef CONFIG_PINCTRL
 struct dev_pin_info *pins;
#endif
#ifdef CONFIG_GENERIC_MSI_IRQ
 struct list_head msi_list;
#endif
#ifdef CONFIG_NUMA
 int numa_node; /* NUMA node this device is close to */
#endif
 u64 *dma_mask; /* 指向dma屏蔽字dma mask (if dma'able device) */
 u64 coherent_dma_mask;/* 设备一致性DMA的屏蔽字
 Like dma_mask, but for
 alloc_coherent mappings as
 not all hardware supports
 64 bit addresses for consistent
 allocations such descriptors. */
 unsigned long dma_pfn_offset;
 struct device_dma_parameters *dma_parms;/*指向设备所使用的一致性DMA存储
 器描述符的指针*/
 struct list_head dma_pools; /* dma pools (if dma'ble) */
 struct dma_coherent_mem *dma_mem; /* internal for coherent mem
 override */
#ifdef CONFIG_DMA_CMA
 struct cma *cma_area; /* contiguous memory area for dma
 allocations */
#endif
 struct removed_region *removed_mem;
 /* arch specific additions */
 struct dev_archdata archdata;
 struct device_node *of_node; /* associated device tree node */
 struct fwnode_handle *fwnode; /* firmware device node */
 dev_t devt; /* dev_t, creates the sysfs "dev" */
 u32 id; /* device instance */
 spinlock_t devres_lock;
 struct list_head devres_head;
 struct klist_node knode_class;/**/
 struct class *class;
 const struct attribute_group **groups; /* optional groups */ 
void (*release)(struct device *dev);/*设备释放*/
 struct iommu_group *iommu_group;
 struct iommu_fwspec *iommu_fwspec; 
bool offline_disabled:1;
 bool offline:1;
};

二设备驱动层

i2c_dev.c

i2c_MAJOR = 123
static int __init i2c_dev_init(void)
    /*注册设备号*/
--->register_chrdev_region(MKDEV(I2C_MAJOR, 0), I2C_MINORS, "i2c");
    /*创建类*/
    class_create(THIS_MODULE, "i2c-dev");
    /*绑定存在的适配器，每找到一个设备，都会调用i2cdev_attach_adapter函数，*/
    i2c_for_each_dev(NULL, i2cdev_attach_adapter);
        /*创建设备节点*/
    --->cdev_init();cdev_add();device_create()

三设备驱动重要函数(linux/i2c.h)

/*发送I2C数据*/
int i2c_master_send(const struct i2c_client *client, const char *buf,
               int count);
/*接受I2C数据*/
int i2c_master_recv(const struct i2c_client *client, char *buf,
               int count);
/*传送一个I2C数据数据包，当注册完成后，发送数据时，则使用该函数来发送信息*/
int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,
            int num);

/* 注册、注销适配器信息，在注册函数中做了三件事，1、绑定总线，2、向总线注册驱动，3、
遍历总线设备。*/
int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *);
void i2c_del_adapter(struct i2c_adapter *);
int i2c_add_numbered_adapter(struct i2c_adapter *);

/*注册注销i2c驱动*/
int i2c_register_driver(struct module *, struct i2c_driver *);
void i2c_del_driver(struct i2c_driver *);

/*注册、注销设备，注册i2c设备，将i2c加入总线的设备链表中，调用总线的匹配函数判断是
够匹配，如果匹配，就调用驱动的probe函数*/
struct i2c_client *i2c_new_device(struct i2c_adapter *adap, 
                                struct i2c_board_info const *info);
void i2c_unregister_device(struct i2c_client *);

四、应用例子

该例子时调用linux自带的i2c设备驱动，

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <linux/i2c-dev.h>

#define I2C_SLAVE 0x0703  //命令


/*
*argv[1]:filename:"/dev/i2c-%d"
*argv[2]:write \ read 
*argv[3]:write data
*/
int main(int argc, char **argv)
{
    int fd;
    int device_addr = 0x50;
    char register_addr = 0x3;
    int res;
    char wbuf[10];
    char rbuf[10];
  char *operation_type = &argv[2];
  /*open device*/
  file = open(argv[1], O_RDWR);
  if (file < 0) {
    /* ERROR HANDLING; you can check errno to see what went wrong */
    perror("open failed!\n")
    exit(1);
  }
  /*sure the device address,相当于与设备握手*/
  if (ioctl(fd, I2C_SLAVE, device_addr ) < 0) {
    /* ERROR HANDLING; you can check errno to see what went wrong */
    perror("ioctl failed!\n")
    exit(1);
  };

   if(strcmp(*operation_type, "write") == 0)
{
  /* Using I2C Write, equivalent of 
     i2c_smbus_write_word_data(file, reg, 0x6543) */
  wbuf[0] = register_addr ;
  wbuf[1] = atoi(argv[3]);

  if (write(fd, wbuf, 2) != 2) {
    /* ERROR HANDLING: i2c transaction failed */
    perror("write failed!\n")
    exit(1);
  }
}
else
{
  /* Using I2C Read, equivalent of i2c_smbus_read_byte(file) */
  if (write(fd, &register_addr , 1) != 1){
    /* ERROR HANDLING: i2c transaction failed */
    perror("write failed!\n")
    exit(1);
  }
  if (read(fd, rbuf, 1) != 1) {
    /* ERROR HANDLING: i2c transaction failed */
    perror("readfailed!\n")
    exit(1);
  } else {
    printf("read data = %d\n", rbuf);
  }
}
    return 0;
}

五、IIC应用例子流程

app : fd = open("/dev/i2c-0",oRDWR)
===================================
i2c-dev.c
    --->file_operation.open() = i2cdev_open;
        --->minor=iminor(inode)    /*获取次设备号*/
            adap = i2c_get_adapter(minor);     /*获取适配器*/
            /*绑定适配器和设备*/
app:ioctl(fd, I2C_SLAVE, device_addr )
====================================
i2c-dev.c
    --->file_operation.unlocked_ioctl    = i2cdev_ioctl
        --->switch (cmd) {    /*判断命令*/
            case I2C_SLAVE:
            client->addr = arg;/*指定client设备地址*/

六、I2C总线驱动层（I2C适配器驱动层）

在i2c/busses/目录下的文件中，注册i2c平台驱动（i2c-0,i2c-1…）平台不同，调用的文件不同，在设备树中存放设备信息，在内核初始化时，解析设备树，创建设备，当平台驱动初始化完成后，即将平台驱动加入到调用总线中的match即匹配设备，按照平台设备名字和平台驱动id_table名字匹配，即调用probe。