consumer 角度讲一下i2c外设

憧憬一下

已于 2024-10-21 16:35:09 修改

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分类专栏： # IIC子系统嵌入式驱动开发文章标签：嵌入式 linux驱动开发 arm开发 c/c++ IIC

于 2024-10-21 16:34:54 首次发布

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前言

在上一章节(编写一个通用的i2c控制器驱动框架)讲了i2c_adapter。这里再继之前的文章（编写一个通用的i2c设备驱动框架）进行补充，讲一下l2c_cleint的设备形态等

1. 两种设备形态

可以看出是有两种你描述的这两种设备形态反映了设备通过不同的总线进行交互的差异，并且在设备树（DTS）和驱动程序的编写上有不同的表现。根据设备的主要功能和数据传输方式，它们在 Linux 设备模型中的位置不同，从而影响了 DTS 文件中的结构和驱动程序的设计。我们来分析这两种设备形态。

形态 1: I2C-only 设备（图左侧）：

特点：这类设备和 CPU 之间的所有数据交互都是通过 I2C 总线完成的，没有其他传输方式。
DTS 描述：设备直接作为 I2C 控制器的子节点存在。在 DTS 中，设备的定义紧随其所在的 I2C 总线节点之后。例如 PMIC，它是 I2C 总线上的一个设备，因此直接在 I2C 节点的子节点中定义。

&i2c1 {
    clock-frequency = <100000>;
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_i2c1>;
    status = "okay";

    pmic: pf0100@08 {
        compatible = "fsl,pfuze100";
        reg = <0x08>;
        ...
    };
};

驱动模型：I2C 核心负责处理设备的创建和注册。驱动程序是以 I2C slave 设备的方式来实现，I2C 驱动框架通过 i2c_driver 结构和 i2c_device_id 来与设备匹配。设备的 probe、remove 等函数由 I2C 核心进行管理。

static const struct i2c_device_id pmic_i2c_ids[] = {
    { "pfuze100", 0 },
    { /* sentinel */ }
};

static struct i2c_driver pmic_driver = {
    .driver = {
        .name = "pfuze100",
        .of_match_table = pmic_of_match,
    },
    .probe = pmic_probe,
    .remove = pmic_remove,
    .id_table = pmic_i2c_ids,
};

I2C 是主数据交互总线，设备完全依赖 I2C，所有操作通过 I2C 完成。

驱动注册流程通过 I2C 子系统的 i2c_driver 完成，设备由 I2C 核心管理。

形态 2: 复合设备（I2C 作为辅助接口，图右侧）：

特点：这类设备通过多种方式与 CPU 交互，例如，主要的数据传输（如音视频数据）通过 TDMS 接口，而配置信息或控制信息通过 I2C（DDC）接口。这类设备的核心功能决定了它们的主要位置在其他总线（如平台总线 platform bus）上，而 I2C 只是作为一个辅助接口。
DTS 描述：HDMI 设备作为 platform device 定义，并且通过 ddc-i2c-bus 属性引用 I2C 总线，用于 DDC（Display Data Channel）接口的 I2C 通信。

&hdmi {
    ddc-i2c-bus = <&i2c2>;
    status = "okay";
};

驱动模型：在这种情况下，HDMI 控制器是主要设备，注册为 platform_device。I2C 通信是 HDMI 控制器的一部分，用来处理 EDID 等信息读取。在驱动程序中，I2C 总线是通过 DTS 中的 ddc-i2c-bus 属性传递给 HDMI 驱动的，驱动程序会通过 of_find_i2c_adapter_by_node() 获取并绑定 I2C 控制器。

struct i2c_adapter *ddc;
struct device_node *ddc_node;

ddc_node = of_parse_phandle(dev->of_node, "ddc-i2c-bus", 0);
if (!ddc_node) {
    dev_err(dev, "failed to find ddc-i2c-bus node\n");
    return -ENODEV;
}

ddc = of_find_i2c_adapter_by_node(ddc_node);
of_node_put(ddc_node);
if (!ddc)
    return -EPROBE_DEFER;

/* Use ddc for I2C transactions */

I2C 是辅助总线，用于少量数据交互（如 EDID、配置信息传输），主要功能通过其他总线（如 TDMS）完成。

驱动以 platform_device 形式注册，I2C 仅作为其中一个通信接口，I2C 控制器通过设备树中的引用绑定。

2. 驱动编写

根据上面所说的形态去编写设备不同的i2c_driver

形态1: 完全依赖I2C的设备（如PMIC）

确定I2C adapter
根据设备硬件连接的实际情况，确定该设备所从属的I2C controller，即I2C adapter（在I2C framework中，I2C controller通常被称为I2C adapter）。例如，PMIC设备可能连接在 i2c1 总线上。
在DTS中添加设备描述
在设备树的I2C adapter节点中，添加I2C从设备的描述。这个从设备的定义格式与普通的platform device一致，例如：

&i2c1 {
    pmic: pfuze100@08 {
        compatible = "fsl,pfuze100";
        reg = <0x08>;
        // 其他字段...
    };
};

compatible 字段的使用
DTS 中的 compatible 字段用于设备驱动的匹配和 probe。I2C驱动会根据 compatible 字段匹配到合适的驱动程序，例如 "compatible = "fsl,pfuze100";"。
编写I2C设备的驱动程序

示例：

static const struct of_device_id pmic_of_match[] = {
    { .compatible = "fsl,pfuze100", },
    { /* sentinel */ }
};

static struct i2c_driver pmic_driver = {
    .driver = {
        .name = "pfuze100",
        .of_match_table = pmic_of_match,
    },
    .probe = pmic_probe,
    .remove = pmic_remove,
};
static int __init i2c_driver_XXX_init(void)
{
	printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	return i2c_add_driver(&i2c_XXX_driver);
}
module_init(i2c_driver_XXX_init);

- 定义并注册 i2c_driver：编写一个 struct i2c_driver 结构体，并使用 i2c_add_driver将其注册到I2C core中。
- 匹配设备：在 i2c_driver 结构体中，定义 of_match_table，使其可以通过 compatible 字段进行匹配。
- 实现 probe 回调：编写 probe 函数，用于设备初始化。

I2C core处理设备注册
当I2C adapter注册时，I2C framework的核心代码会自动为其下的所有I2C从设备创建 struct i2c_client 结构体，并根据设备树中的 compatible 字段，匹配合适的 i2c_driver，然后调用驱动程序的 probe 函数。
在 probe 中
当设备被I2C framework匹配到时，调用此函数进行设备初始化。主要负责获取设备资源（如设备地址、I2C Adapter），设置硬件寄存器，或者初始化其他系统资源（如注册字符设备）。

static int ap3216c_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)
{
    // 打印日志确认 probe 触发
    printk(KERN_INFO "ap3216c i2c device probe.\n");

    // 设置I2C client指针
    ap3216c_client = client;

    // 执行设备初始化：如设置初始寄存器值
    i2c_smbus_write_byte_data(client, 0x00, 0x03);  // 设置某些寄存器

    // 注册字符设备或其他资源
    major = register_chrdev(0, "ap3216c", &ap3216c_ops);
    ap3216c_class = class_create(THIS_MODULE, "ap3216c_class");
    device_create(ap3216c_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "ap3216c");

    return 0;
}

在注册的ap3216c_ops中，有关read和write的函数，使用到I2C数据有关的接口就有两类：

一类是以i2c client为参数，进行简单的数据收发。该方法只可以通过标准方式，发送或者接收一定数量的数据。
另一类是以i2c adapter和i2c msg为参数，可以更为灵活的read或者write数据，包括i2c_transfer。使用该方法可以以struct i2c_msg为参数，一次读取、或者写入、或者读取加写入，一定数量的数据。
具体的函数去看\Linux-4.9.88\include\linux\i2c.h

形态2: 复合型设备（如HDMI）

确定I2C adapter
根据设备硬件的连接方式，找到设备使用的I2C adapter。例如，HDMI 设备可以使用 i2c2 作为其 DDC 通道。
将设备作为平台设备描述
将设备作为平台设备（platform device）进行描述。其 DTS 节点并不是直接位于I2C adapter下，而是位于根目录。例如：

&hdmi {
    ddc-i2c-bus = <&i2c2>;
    status = "okay";
};

获取I2C adapter的引用
在DTS描述中使用 ddc-i2c-bus 属性引用I2C adapter节点。该属性通过 of_parse_phandle 来解析，并在驱动中获取相应的I2C adapter的指针。
在 probe 函数中获取I2C adapter
在平台设备的 probe 函数中，通过 of_parse_phandle 来获取I2C adapter节点，并通过 of_find_i2c_adapter_by_node() 获取对应的 struct i2c_adapter 指针。如下代码示例：

struct i2c_adapter *ddc;
struct device_node *ddc_node;

ddc_node = of_parse_phandle(dev->of_node, "ddc-i2c-bus", 0);
if (!ddc_node) {
    dev_err(dev, "failed to find ddc-i2c-bus node\n");
    return -ENODEV;
}

ddc = of_find_i2c_adapter_by_node(ddc_node);
of_node_put(ddc_node);
if (!ddc)
    return -EPROBE_DEFER;

使用 i2c_transfer 进行读写操作
获取I2C adapter之后，便可以使用 i2c_transfer() 接口来进行I2C读写操作。例如，通过DDC接口读取EDID信息时：

struct i2c_msg msgs[] = {
    {
        .addr = ddc_addr,
        .flags = I2C_M_RD,
        .len = 128,
        .buf = edid_buf,
    },
};

ret = i2c_transfer(ddc, msgs, 1);  // 读取EDID数据

3. i2c_client

i2c设备中用i2c_client结构体来指代：

/**
 * struct i2c_client - represent an I2C slave device
 * @flags: I2C_CLIENT_TEN indicates the device uses a ten bit chip address;
 *	I2C_CLIENT_PEC indicates it uses SMBus Packet Error Checking
 * @addr: Address used on the I2C bus connected to the parent adapter.
 * @name: Indicates the type of the device, usually a chip name that's
 *	generic enough to hide second-sourcing and compatible revisions.
 * @adapter: manages the bus segment hosting this I2C device
 * @dev: Driver model device node for the slave.
 * @irq: indicates the IRQ generated by this device (if any)
 * @detected: member of an i2c_driver.clients list or i2c-core's
 *	userspace_devices list
 * @slave_cb: Callback when I2C slave mode of an adapter is used. The adapter
 *	calls it to pass on slave events to the slave driver.
 *
 * An i2c_client identifies a single device (i.e. chip) connected to an
 * i2c bus. The behaviour exposed to Linux is defined by the driver
 * managing the device.
 */
struct i2c_client {
	unsigned short flags;		/* div., see below		*/
	unsigned short addr;		/* chip address - NOTE: 7bit	*/
					/* addresses are stored in the	*/
					/* _LOWER_ 7 bits		*/
	char name[I2C_NAME_SIZE];
	struct i2c_adapter *adapter;	/* the adapter we sit on	*/
	struct device dev;		/* the device structure		*/
	int irq;			/* irq issued by device		*/
	struct list_head detected;
#if IS_ENABLED(CONFIG_I2C_SLAVE)
	i2c_slave_cb_t slave_cb;	/* callback for slave mode	*/
#endif
};