通过 bitbang GPIO来实现i2c总线协议

i2c总线可以通过bitbang两个gpio口来实现， bitbang就是位拉高拉低的意思，英文手册中经常出现的一个词。

drivers/i2c/algos/i2c-algo-bit.c， 就是这个i2c的algos程序，通过bitbang SCL 和SDA两个引脚，来实现I2C总线协议。

1. 实现bitbang,  有两个最基本的操作，一个是设置GPIO的输出（高或者低），另一个就是读取GPIO的状态。

因为实现I2C总线协议，必须要有时间来控制SCL的脉冲宽度（这里用的是udelay），所以需要看GPIO口的拉高或者拉低到底有没有实现，就需要读取GPIO的状态来判断。

这里相关的代码如下：

/* --- setting states on the bus with the right timing: --------------- */

#define setsda(adap,val) adap->setsda(adap->data, val)
#define setscl(adap,val) adap->setscl(adap->data, val)
#define getsda(adap) adap->getsda(adap->data)
#define getscl(adap) adap->getscl(adap->data)

设置sda 和scl的输出，读取sda和scl的状态， 这两个函数的具体实现需要用到i2c busses下的一个代码，这里使用的是通用的drivers/i2c/busses/i2c-gpio.c。
在i2c_gpio_probe()函数中，实现了上面几个函数指针的赋值：

static int __init i2c_gpio_probe(struct platform_device *pdev)
{
        struct i2c_gpio_platform_data *pdata;
        struct i2c_algo_bit_data *bit_data;
        struct i2c_adapter *adap;
        int ret;

        pdata = pdev->dev.platform_data;
        if (!pdata)
                return -ENXIO;

        ret = -ENOMEM;
        adap = kzalloc(sizeof(struct i2c_adapter), GFP_KERNEL);
        if (!adap)
                goto err_alloc_adap;
        bit_data = kzalloc(sizeof(struct i2c_algo_bit_data), GFP_KERNEL);
        if (!bit_data)
                goto err_alloc_bit_data;

        gpio_request_mux(pdata->sda_pin, GPIO_MUX_GPIO);
        gpio_request_mux(pdata->scl_pin, GPIO_MUX_GPIO);

        gpio_set_puen(pdata->sda_pin, 1);
        gpio_set_puen(pdata->scl_pin, 1);

        if (pdata->sda_is_open_drain) {
                mxc_set_gpio_direction(pdata->sda_pin, 0);
                bit_data->setsda = i2c_gpio_setsda_val;
        } else {
                mxc_set_gpio_direction(pdata->sda_pin, 1);
                bit_data->setsda = i2c_gpio_setsda_dir;
        }

        if (pdata->scl_is_open_drain || pdata->scl_is_output_only) {
                mxc_set_gpio_direction(pdata->scl_pin, 0);
                bit_data->setscl = i2c_gpio_setscl_val;
        } else {
                mxc_set_gpio_direction(pdata->scl_pin, 1);
                bit_data->setscl = i2c_gpio_setscl_dir;
        }

        if (!pdata->scl_is_output_only)
                bit_data->getscl = i2c_gpio_getscl;
        bit_data->getsda = i2c_gpio_getsda;

        if (pdata->udelay)
                bit_data->udelay = pdata->udelay;
        else if (pdata->scl_is_output_only)
                bit_data->udelay = 50;                  /* 10 kHz */
        else
                bit_data->udelay = 5;                   /* 100 kHz */

        if (pdata->timeout)
                bit_data->timeout = pdata->timeout;
        else
                bit_data->timeout = HZ / 10;            /* 100 ms */

        bit_data->data = pdata;

        adap->owner = THIS_MODULE;
        snprintf(adap->name, sizeof(adap->name), "i2c-gpio%d", pdev->id);
        adap->algo_data = bit_data;
        adap->dev.parent = &pdev->dev;

        ret = i2c_bit_add_bus(adap);
        if (ret)
                goto err_add_bus;

        platform_set_drvdata(pdev, adap);

        dev_info(&pdev->dev, "using pins %x (SDA) and %x (SCL%s)\n",
                 pdata->sda_pin, pdata->scl_pin,
                 pdata->scl_is_output_only
                 ? ", no clock stretching" : "");

        return 0;

err_add_bus:
        mxc_free_gpio(pdata->scl_pin);
err_request_scl:
        mxc_free_gpio(pdata->sda_pin);
err_request_sda:
        kfree(bit_data);
err_alloc_bit_data:
        kfree(adap);
err_alloc_adap:
        return ret;
}

首先是获得GPIO， 把GPIO设成高阻抗状态。

        gpio_request_mux(pdata->sda_pin, GPIO_MUX_GPIO);
        gpio_request_mux(pdata->scl_pin, GPIO_MUX_GPIO);

        gpio_set_puen(pdata->sda_pin, 1);
        gpio_set_puen(pdata->scl_pin, 1);

然后就是开始赋值这四个函数指针：

        if (pdata->sda_is_open_drain) {
                mxc_set_gpio_direction(pdata->sda_pin, 0);
                bit_data->setsda = i2c_gpio_setsda_val;
        } else {
                mxc_set_gpio_direction(pdata->sda_pin, 1);
                bit_data->setsda = i2c_gpio_setsda_dir;
        }

        if (pdata->scl_is_open_drain || pdata->scl_is_output_only) {
                mxc_set_gpio_direction(pdata->scl_pin, 0);
                bit_data->setscl = i2c_gpio_setscl_val;
        } else {
                mxc_set_gpio_direction(pdata->scl_pin, 1);
                bit_data->setscl = i2c_gpio_setscl_dir;
        }

        if (!pdata->scl_is_output_only)
                bit_data->getscl = i2c_gpio_getscl;
        bit_data->getsda = i2c_gpio_getsda;

再接下来是设置 udelay 和timeout, 这连个值在bitbang中都会使用到，udelay是用来控制scl的脉冲周期的，timeout是用来控制最长脉冲宽度，比如有时CPU被中断，被别的进程使用，这时bitbang就会有延时，timeout就是用来控制最大的延时的，如果延时超出timeout，就会报错之类的出现，后面会有详细代码说明。

        if (pdata->udelay)
                bit_data->udelay = pdata->udelay;
        else if (pdata->scl_is_output_only)
                bit_data->udelay = 50;                  /* 10 kHz */
        else
                bit_data->udelay = 5;                   /* 100 kHz */

        if (pdata->timeout)
                bit_data->timeout = pdata->timeout;
        else
                bit_data->timeout = HZ / 10;            /* 100 ms */

最后就是i2c adapter 的赋值，并向i2c core 添加i2c adapter：

        bit_data->data = pdata;

        adap->owner = THIS_MODULE;
        snprintf(adap->name, sizeof(adap->name), "i2c-gpio%d", pdev->id);
        adap->algo_data = bit_data;
        adap->dev.parent = &pdev->dev;

        ret = i2c_bit_add_bus(adap);
        if (ret)
                goto err_add_bus;

        platform_set_drvdata(pdev, adap);

i2c_bit_add_bus() 中可以先测试I2C bus bitbang功能行不行，如果测试失败，就返回错误。如果成功，就添加adapter到i2c core中。

int i2c_bit_add_bus(struct i2c_adapter *adap)
{
        int err;

        err = i2c_bit_prepare_bus(adap);
        if (err)
                return err;

        return i2c_add_adapter(adap);
}
EXPORT_SYMBOL(i2c_bit_add_bus);

i2c_bit_prepare_bus() 就是用来测试i2c最基本的拉低拉高bitbang功能的，并添加几个adapter数据。

/*
 * registering functions to load algorithms at runtime
 */
static int i2c_bit_prepare_