linux I2C驱动详解(1)-设备驱动_linux安装i2c驱动-优快云博客

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以下以ICM-426xx传感器芯片驱动为例讲解Linux(openwrt) I2C设备驱动架构及编写方法，涵盖架构设计、硬件连接、设备树、驱动代码、应用测试及编译方法。所有代码均附带注释，并附流程图。

一、整体架构与开发环境

1. 驱动架构

+-----------------------+
|   User Application    | (e.g. 通过sysfs或IIO接口读取数据)
+-----------------------+
|   Linux Kernel        |
|   - IIO Subsystem     | (工业IO子系统，提供标准传感器接口)
+- - - - - - - - - - - -+
|   - I2C Core          | (处理I2C总线通信,为控制器、设备驱动及应用层提供标准接口)
+- - - - - - - - - - - -+
|   - I2C Adapter Driver| (I2C控制器驱动,连接I2C设备)
+- - - - - - - - - - - -+
|   - I2C Device Driver | (如ICM-4265驱动,实现probe/read/init等操作)
+- - - - - - - - - - - -+
|   Hardware Layer      | (I2C物理连接)
+-----------------------+

2. OpenWRT与标准Linux的区别

内核配置：OpenWRT默认裁剪了部分内核功能，需在make menuconfig中启用：

Device Drivers ->
  <*> I2C support ->
    <*> I2C device interface
  <*> Industrial I/O support ->
    <*> Accelerometers ->
      <*> InvenSense ICM-426xx accelerometer driver (需手动添加)

设备树路径：OpenWRT设备树位于target/linux/<平台>/dts/，需重新编译固件。
交叉编译工具链：需使用OpenWRT SDK生成驱动模块。

3. 开发环境

# 安装OpenWRT SDK和编译工具
sudo apt install build-essential libncurses-dev
git clone https://git.openwrt.org/openwrt/openwrt.git
cd openwrt
./scripts/feeds update -a && ./scripts/feeds install -a
make menuconfig  # 配置目标平台和内核选项

二、硬件连接

ICM-4265引脚连接

传感器引脚	处理器引脚	备注
VDD	3.3V	电源
GND	GND	地线
SDA	I2Cx_SDA	I2C数据线（需上拉）
SCL	I2Cx_SCL	I2C时钟线（需上拉）
INT	GPIOx	中断引脚（可选）

注意：I2C地址通常为0x68（ADDR引脚接地）或0x69（接VDD）。

三、设备树配置

在OpenWRT设备树文件（如target/linux/ath79/dts/xxx.dts）中添加以下节点：

&i2c0 {  // 根据实际I2C控制器编号修改
    status = "okay";
    clock-frequency = <400000>;  // I2C速率400kHz

    icm4265: accelerometer@68 {
        compatible = "invensense,icm4265";
        reg = <0x68>;          // I2C地址
        interrupt-parent = <&gpio>;  // 若使用中断
        interrupts = <17 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>; // GPIO17中断
    };
};

四、驱动代码实现

1. 驱动核心代码 (`icm4265.c`)

#include <linux/module.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/iio/iio.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/delay.h>

#define ICM4265_REG_WHO_AM_I  0x75
#define ICM4265_CHIP_ID       0x42  // 根据数据手册确认

struct icm4265_data {
    struct i2c_client *client;
    struct mutex lock;
    struct iio_dev *indio_dev;
};

/* 寄存器读取函数 */
static int icm4265_read_reg(struct i2c_client *client, u8 reg, u8 *val) {
    int ret = i2c_smbus_read_byte_data(client, reg);
    if (ret < 0)
        dev_err(&client->dev, "读寄存器0x%02x失败: %d\n", reg, ret);
    else
        *val = ret;
    return ret;
}

/* 寄存器写入函数 */
static int icm4265_write_reg(struct i2c_client *client, u8 reg, u8 val) {
    int ret = i2c_smbus_write_byte_data(client, reg, val);
    if (ret < 0)
        dev_err(&client->dev, "写寄存器0x%02x失败: %d\n", reg, ret);
    return ret;
}

/* 初始化传感器 */
static int icm4265_init(struct i2c_client *client) {
    u8 val;
    // 检查设备ID
    if (icm4265_read_reg(client, ICM4265_REG_WHO_AM_I, &val) < 0)
        return -ENODEV;
    if (val != ICM4265_CHIP_ID) {
        dev_err(&client->dev, "设备ID不匹配: 0x%02x\n", val);
        return -ENODEV;
    }
    // 配置加速度计量程和采样率（示例配置）
    icm4265_write_reg(client, 0x1F, 0x04);  // 加速度计±16g，100Hz
    return 0;
}

/* IIO数据读取回调 */
static int icm4265_read_raw(struct iio_dev *indio_dev,
                            struct iio_chan_spec const *chan,
                            int *val, int *val2, long mask) {
    struct icm4265_data *data = iio_priv(indio_dev);
    u8 buffer[6];
    int ret;

    mutex_lock(&data->lock);
    // 读取加速度计数据（假设数据寄存器从0x11开始）
    ret = i2c_smbus_read_i2c_block_data(data->client, 0x11, 6, buffer);
    if (ret < 0) goto error;

    // 转换原始数据（假设16位有符号，大端格式）
    *val = (s16)((buffer[0] << 8) | buffer[1]);
    *val2 = 0;  // 根据量程调整比例因子

error:
    mutex_unlock(&data->lock);
    return ret;
}

/* IIO通道定义 */
static const struct iio_chan_spec icm4265_channels[] = {
    {
        .type = IIO_ACCEL,
        .modified = 1,
        .channel2 = IIO_MOD_X,
        .info_mask_separate = BIT(IIO_CHAN_INFO_RAW),
    },
    // 类似定义Y和Z通道...
};

/* IIO设备信息 */
static const struct iio_info icm4265_info = {
    .read_raw = icm4265_read_raw,
};

/* Probe函数 */
static int icm4265_probe(struct i2c_client *client,
                         const struct i2c_device_id *id) {
    struct icm4265_data *data;
    struct iio_dev *indio_dev;

    indio_dev = devm_iio_device_alloc(&client->dev, sizeof(*data));
    if (!indio_dev) return -ENOMEM;

    data = iio_priv(indio_dev);
    data->client = client;
    mutex_init(&data->lock);

    indio_dev->name = "icm4265";
    indio_dev->channels = icm4265_channels;
    indio_dev->num_channels = ARRAY_SIZE(icm4265_channels);
    indio_dev->info = &icm4265_info;
    indio_dev->modes = INDIO_DIRECT_MODE;

    if (icm4265_init(client) return -ENODEV;

    return devm_iio_device_register(&client->dev, indio_dev);
}

/* 设备ID表 */
static const struct i2c_device_id icm4265_id[] = {
    { "icm4265", 0 },
    {}
};
MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, icm4265_id);

/* 设备树匹配表 */
static const struct of_device_id icm4265_of_match[] = {
    { .compatible = "invensense,icm4265" },
    {}
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, icm4265_of_match);

/* I2C驱动结构体 */
static struct i2c_driver icm4265_driver = {
    .driver = {
        .name = "icm4265",
        .of_match_table = icm4265_of_match,
    },
    .probe = icm4265_probe,
    .id_table = icm4265_id,
};
module_i2c_driver(icm4265_driver);    //注册为I2C总线驱动

MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("ICM-4265 Accelerometer Driver");
MODULE_LICENSE("GPL");

五、用户空间测试代码

1. 使用IIO工具快速测试

# 安装iio工具
opkg install i2c-tools iio-utils

# 查看设备是否识别
i2cdetect -y 0  # 扫描I2C总线
ls /sys/bus/iio/devices/  # 确认iio:deviceX存在

# 读取加速度数据
cat /sys/bus/iio/devices/iio:deviceX/in_accel_x_raw

2. 自定义C测试程序 (`test_icm4265.c`)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

#define IIO_DEVICE "/sys/bus/iio/devices/iio:device0"

int main() {
    FILE *fp;
    char path[256];
    int x, y, z;

    while(1) {
        // 读取X轴数据
        snprintf(path, sizeof(path), "%s/in_accel_x_raw", IIO_DEVICE);
        fp = fopen(path, "r");
        if (!fp) { perror("Failed to open file"); exit(1); }
        fscanf(fp, "%d", &x);
        fclose(fp);

        // 类似读取Y和Z轴...

        printf("Accel: X=%d, Y=%d, Z=%d\n", x, y, z);
        usleep(100000);  // 100ms间隔
    }
    return 0;
}

六、编译与安装

1. 驱动Makefile

obj-m += icm4265.o

all:
    make -C $(OPENWRT_KERNEL) M=$(PWD) modules

clean:
    make -C $(OPENWRT_KERNEL) M=$(PWD) clean

2. 编译命令

export OPENWRT_KERNEL=/path/to/openwrt/build_dir/target-xxx/linux-xxx
make ARCH=mips CROSS_COMPILE=mips-openwrt-linux-

3. 加载驱动

insmod icm4265.ko
dmesg | tail  # 查看内核日志确认驱动加载成功

七、流程图

         驱动加载
            |
            v
    +-----------------+
    | i2c_driver.probe |
    +-----------------+
            |
            v
    +-----------------+
    | 初始化传感器     |
    | (检查ID/配置寄存器)|
    +-----------------+
            |
            v
    +-----------------+
    | 注册IIO设备      |
    +-----------------+
            |
            v
用户空间通过sysfs读取数据

八、关键调试技巧

I2C通信调试：

i2cdump -y 0 0x68  # 查看传感器寄存器值

时间戳优化：
- 在中断处理函数中使用ktime_get_real_ts64()获取精确时间
- 启用内核高精度定时器CONFIG_HIGH_RES_TIMERS
稳定性增强：
- 添加I2C传输重试机制
- 使用devm_系列函数管理资源防止内存泄漏

按照以上步骤，您应该能够完成驱动开发并通过测试验证功能。实际开发中需参考ICM-4265数据手册调整寄存器配置。