I2C协议及驱动

1.环境

软件基于linux 2.2.26。硬件基于s3c2440。

2.I2C协议

 2条双向串行线，一条数据线SDA，一条时钟线SCL。  SDA传输数据是大端传输，每次传输8bit，即一字节。总线上每个设备都有自己的一个addr，共7个bit。

2.1开始传输和结束传输

开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

2.2 写信号

1.    Master发起START
2.    Master发送I2C addr（7bit）和w操作0（1bit），等待ACK
3.    Slave发送ACK
4.    Master发送reg addr（8bit），等待ACK
5.    Slave发送ACK
6.   Master发送data（8bit），即要写入寄存器中的数据，等待ACK
7.    Slave发送ACK
8.    第6步和第7步可以重复多次，即顺序写多个寄存器
9.    Master发起STOP

2.3 读信号

读寄存器的标准流程为：
1.主发送I2Caddr（7bit）和  W操作1（1bit），等待ACK
2.从发送ACK
3.主发送reg addr（8bit），等待ACK
4. Slave发送ACK
5. 主发起START
6.主发送I2C地址（7bit）和  R操作1（1bit），等待ACK
7.从设备发送ACK
8.从设备发送数据（8bit），即寄存器里的值
9.Master发送ACK
10.第8步和第9步可以重复多次，即顺序读多个寄存器.。

3.I2C驱动分析

此linux版本没有设备树，而是引用了总线设备驱动模型

1.黄色的框是总线设备驱动模型,进行name匹配后，调用probe函数。

2.红色部分是实现I2C适配器和driver的调用，主要目的是实现master发送start信号，确定salve设备是否存在。

3.绿色部分是slave回ACK，此时可以实现后续的read，write操作。

4.蓝色部分表示用户空间操作。

此次最重要的就是paltform总线，probe函数里面实现的中断函数。里面实现了I2C是如何传输的。

4.代码

此代码基于AT24C**的eeprom代码。

1.需要理解msg这个重要结构体代表的含义。

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/jiffies.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/fs.h>
#include <asm/uaccess.h>

static unsigned short ignore[]      = { I2C_CLIENT_END };
static unsigned short normal_addr[] = { 0x50, I2C_CLIENT_END }; /* 地址值是7位 */
                                        /* 改为0x60的话, 由于不存在设备地址为0x60的设备, 所以at24cxx_detect不被调用 */

static unsigned short force_addr[] = {ANY_I2C_BUS, 0x60, I2C_CLIENT_END};
static unsigned short * forces[] = {force_addr, NULL};
										
static struct i2c_client_address_data addr_data = {
	.normal_i2c	= normal_addr,  /* 要发出S信号和设备地址并得到ACK信号,才能确定存在这个设备 */
	.probe		= ignore,
	.ignore		= ignore,
	//.forces     = forces, /* 强制认为存在这个设备 */
};

static struct i2c_driver at24cxx_driver;


static int major;
static struct class *cls;
struct i2c_client *at24cxx_client;

static ssize_t at24cxx_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t * offset)
{
	unsigned char address;
	unsigned char data;
	struct i2c_msg msg[2];
	int ret;
	
	/* address = buf[0] 
	 * data    = buf[1]
	 */
	if (size != 1)
		return -EINVAL;
	
	copy_from_user(&address, buf, 1);

	/* 数据传输三要素: 源,目的,长度 */

	/* 读AT24CXX时,要先把要读的存储空间的地址发给它 */
	msg[0].addr  = at24cxx_client->addr;  /* 目的 */
	msg[0].buf   = &address;              /* 源 */
	msg[0].len   = 1;                     /* 地址=1 byte */
	msg[0].flags = 0;                     /* 表示写 */

	/* 然后启动读操作 */
	msg[1].addr  = at24cxx_client->addr;  /* 源 */
	msg[1].buf   = &data;                 /* 目的 */
	msg[1].len   = 1;                     /* 数据=1 byte */
	msg[1].flags = I2C_M_RD;                     /* 表示读 */


	ret = i2c_transfer(at24cxx_client->adapter, msg, 2);
	if (ret == 2)
	{
		copy_to_user(buf, &data, 1);
		return 1;
	}
	else
		return -EIO;
}

static ssize_t at24cxx_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	unsigned char val[2];
	struct i2c_msg msg[1];
	int ret;
	
	/* address = buf[0] 
	 * data    = buf[1]
	 */
	if (size != 2)
		return -EINVAL;
	
	copy_from_user(val, buf, 2);

	/* 数据传输三要素: 源,目的,长度 */
	msg[0].addr  = at24cxx_client->addr;  /* 目的 */
	msg[0].buf   = val;                   /* 源 */
	msg[0].len   = 2;                     /* 地址+数据=2 byte */
	msg[0].flags = 0;                     /* 表示写 */

	ret = i2c_transfer(at24cxx_client->adapter, msg, 1);
	if (ret == 1)
		return 2;
	else
		return -EIO;
}


static struct file_operations at24cxx_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.read  = at24cxx_read,
	.write = at24cxx_write,
};

static int at24cxx_detect(struct i2c_adapter *adapter, int address, int kind)
{	
	printk("at24cxx_detect\n");

	/* 构构一个i2c_client结构体: 以后收改数据时会用到它 */
	at24cxx_client = kzalloc(sizeof(struct i2c_client), GFP_KERNEL);
	at24cxx_client->addr    = address;
	at24cxx_client->adapter = adapter;
	at24cxx_client->driver  = &at24cxx_driver;
	strcpy(at24cxx_client->name, "at24cxx");
	i2c_attach_client(at24cxx_client);
	
	major = register_chrdev(0, "at24cxx", &at24cxx_fops);

	cls = class_create(THIS_MODULE, "at24cxx");
	class_device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "at24cxx"); /* /dev/at24cxx */
	
	return 0;
}

static int at24cxx_attach(struct i2c_adapter *adapter)
{
	return i2c_probe(adapter, &addr_data, at24cxx_detect);
}

static int at24cxx_detach(struct i2c_client *client)
{
	printk("at24cxx_detach\n");
	class_device_destroy(cls, MKDEV(major, 0));
	class_destroy(cls);
	unregister_chrdev(major, "at24cxx");

	i2c_detach_client(client);
	kfree(i2c_get_clientdata(client));

	return 0;
}


/* 1. 分配一个i2c_driver结构体 */
/* 2. 设置i2c_driver结构体 */
static struct i2c_driver at24cxx_driver = {
	.driver = {
		.name	= "at24cxx",
	},
	.attach_adapter = at24cxx_attach,
	.detach_client  = at24cxx_detach,
};

static int at24cxx_init(void)
{
	i2c_add_driver(&at24cxx_driver);
	return 0;
}

static void at24cxx_exit(void)
{
	i2c_del_driver(&at24cxx_driver);
}

module_init(at24cxx_init);
module_exit(at24cxx_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");