在nuc972上实现I2C接口数字电位器isl95311的驱动

本文详细介绍了ISL95311数字电位器的I2C驱动开发过程，包括设备信息的添加、驱动算法的编写以及与硬件电路的连接注意事项。

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https://blog.youkuaiyun.com/b7376811/article/details/100023485

当前的这个项目需要使用一个数字电位器，型号选的是isl95311，控制接口是I2C，折腾了两天，终于实现了这个电位器的驱动，今天记录一下这个过程，以备以后查阅。

1、首先在nuc972的设备文件中增加isl95311相关的设备信息，在内核中的路径为/arch/arm/mach-nuc970/dev.c，如下所示：

static struct i2c_board_info __initdata nuc970_i2c_clients2[] =
{
{
I2C_BOARD_INFO("tsc2007", 0x48),
.platform_data = &tsc2007_info,
/* irq number is run-time assigned */
},
#ifdef CONFIG_SENSOR_OV7725
{I2C_BOARD_INFO("ov7725", 0x21),},
#endif
#ifdef CONFIG_SENSOR_OV5640
{I2C_BOARD_INFO("ov5640", 0x3c),},
#endif
#ifdef CONFIG_SENSOR_NT99141
{I2C_BOARD_INFO("nt99141", 0x2a),},
#endif
#ifdef CONFIG_SENSOR_NT99050
{I2C_BOARD_INFO("nt99050", 0x21),},
#endif
{I2C_BOARD_INFO("lm75a", 0x4e),},
{I2C_BOARD_INFO("ds1307", 0x68),},
{I2C_BOARD_INFO("isl95311", 0x28),},
};
static struct i2c_gpio_platform_data i2c_gpio_adapter_data = {
.sda_pin = NUC970_PB1,
.scl_pin = NUC970_PB0,
.udelay = 1,
.timeout = 100,
.sda_is_open_drain = 0, //not support open drain mode
.scl_is_open_drain = 0, //not support open drain mode
};
static struct platform_device i2c_gpio = {
.name = "i2c-gpio",
.id = 2,
.dev = {
.platform_data = &i2c_gpio_adapter_data,
},
};

在结构体数组nuc972_i2c_clients2中添加一个名字为Isl95311，从设备地址为0x28，这个地址需要配合硬件上的A0与A1的设置，我这里设置的都是低电平，根据isl95311的技术手册，可以计算得到0x28的设备从地址。数组中其他的成员信息，如果不需要，可以屏蔽掉。

结构体i2c_gpio_adapter_data里面保存的是使用gpio模拟I2C时序的方式的I2C适配器需要的数据，因为在当前的内核配置中，使用的是gpio模拟的I2C总线，所以这里也用模拟的I2C，这里面包含了几个重要的信息：

sda_pin:数据线对应的GPIO口；

scl_pin:时钟线对应的GPIO口；

udelay:决定I2C频率的延时，频率=500khz/udelay;

timeout:请求超时时长；

sda_is_open_drain:sda对应的gpio是否支持开漏模式；

scl_is_open_drain:scl对应的gpio是否支持开漏模式；

注意：这两个非常重要，Isl95311的数据线和时钟线都是开漏模式，我刚开始没太弄明白，而且我的板子上也没有设计I2C的上拉电阻，就想当然的把这两项都设置成了1，虽然电平正常，但是就是不通，最后发现这两个选项必须配置为0，外置上拉电阻才行，目前没有搞明白是为什么，可能是这个选项的意思是nuc972的gpio口不支持外部从设备的开漏模式。

结构体i2c_gpio是当前gpio模拟的I2C在系统上注册成平台设备所需要的数据，因为片子的I2C设备不管是硬件I2C还是gpio模拟的I2C在系统上都是注册成平台设备的。

2、第二步是将上面的数据注册到系统中，其实很简单，就一句话：

i2c_register_board_info(2, nuc970_i2c_clients2, ARRAY_SIZE(nuc970_i2c_clients2));

该函数的第一个参数是I2C设备在系统中的编号，我这里用的是I2C2，第二个参数是注册的数据，第三个参数是数据的长度，到这里，isl95311驱动的设备信息部分就完成了。

3、第三步就是编写isl95311驱动的算法部分，直接将所有的代码都贴出来：

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/i2c-algo-bit.h>
#include <asm/uaccess.h>
#define ISL95311_DRV_NAME "isl95311"
#define DRIVER_VERSION "1.0"
#define ISL95311_NUM_CACHABLE_REGS 4
struct isl95311_data {
struct i2c_client *client;
struct mutex lock;
u8 reg_cache[ISL95311_NUM_CACHABLE_REGS];
struct miscdevice i2c_misc;
};
struct isl95311_data *isl95311_data_dev;
/*
* register access helpers
*/
static int __isl95311_i2c_recv(struct i2c_client *client, char *buf, size_t count)
{
return 0;
}
static int __isl95311_i2c_send(struct i2c_client *client, char *buf, size_t count)
{
int ret = 0;
//i2c_adapter描述控制器，包含编号、算法等描述
struct i2c_adapter *adapter = client->adapter;
struct i2c_msg msg;
msg.addr = client->addr;
msg.buf = (char *)buf;
msg.flags = 0;//0是写，1是读
msg.len = count;
ret = i2c_transfer(adapter, &msg, 1);
return ret==1?count:ret;
}
/*
* I2C layer
*/
static int isl95311_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
//printk("-------%s--------\n", __FUNCTION__);
return 0;
}
static int isl95311_close(struct inode *inode, struct file *filp)
{
//printk("------%s------\n", __FUNCTION__);
return 0;
}
static int isl95311_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *fops)
{
//printk("------%s------\n", __FUNCTION__);
return 0;
}
static int isl95311_write(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *fpos)
{
//printk("------%s------\n", __FUNCTION__);
ssize_t ret;
//动态分配一个空间
char *temp = kzalloc(count, GFP_KERNEL);
//从用户空间读取得到的数据
ret = copy_from_user(temp, buf, count);
if (ret > 0) {
printk("copy_from_user error!\n");
ret = -EFAULT;
goto err_free;
}
//将数据写入到硬件设备
ret = __isl95311_i2c_send(isl95311_data_dev->client, temp, count);
if (ret < 0) {
printk("isl95311_i2c_send error\n");
goto err_free;
}
kfree(temp);
return 0;
err_free:
kfree(temp);
return ret;
}
const struct file_operations isl95311_i2c_fops = {
.open = isl95311_open,
.read = isl95311_read,
.write = isl95311_write,
.release = isl95311_close,
};
static int isl95311_probe(struct i2c_client *client,
const struct i2c_device_id *id)
{
struct i2c_adapter *adapter = to_i2c_adapter(client->dev.parent);
int err = 0;
if (!i2c_check_functionality(adapter, I2C_FUNC_SMBUS_BYTE))
return -EIO;
isl95311_data_dev = kzalloc(sizeof(struct isl95311_data), GFP_KERNEL);
if (!isl95311_data_dev)
return -ENOMEM;
isl95311_data_dev->client = client;
i2c_set_clientdata(client, isl95311_data_dev);
mutex_init(&isl95311_data_dev->lock);
isl95311_data_dev->i2c_misc.fops = &isl95311_i2c_fops;
isl95311_data_dev->i2c_misc.minor = 199;
isl95311_data_dev->i2c_misc.name = "isl95311";
misc_register(&isl95311_data_dev->i2c_misc);
dev_info(&client->dev, "driver version %s enabled\n", DRIVER_VERSION);
return 0;
}
static int isl95311_remove(struct i2c_client *client)
{
misc_deregister(&isl95311_data_dev->i2c_misc);
kfree(i2c_get_clientdata(client));
return 0;
}
static const struct i2c_device_id isl95311_id[] = {
{ "isl95311", 0 },
{}
};
MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, isl95311_id);
static struct i2c_driver isl95311_driver = {
.driver = {
.name = ISL95311_DRV_NAME,
.owner = THIS_MODULE,
},
.probe = isl95311_probe,
.remove = isl95311_remove,
.id_table = isl95311_id,
};
module_i2c_driver(isl95311_driver);
MODULE_AUTHOR("jakey <632233021@qq.com>");
MODULE_DESCRIPTION("ISL95311 driver");
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_VERSION(DRIVER_VERSION);

我这里没有用到isl95311的读，只用到了向isl95311写数据，所以只实现了写数据的具体操作方法，其他都只是一个空壳。这个驱动相对比较简单，这里简单的记录说明一下：

驱动一般是从下往上看，最后的几行都是固定格式，其中isl95311id这个结构体数组中的第一个元素的第一个字符串是该驱动的名字，这个名字要和设备文件里面的名字要完全一致，要不然匹配不上，驱动会加载不成功。先看一下这个probe函数，很简单，就是申请一个自定义的和isl95311相关的数据结构空间，并将其中的某些数据填充，我这里是将isl95311注册成了一个杂散类设备，这样可以产生一个字符设备驱动的操作节点，杂散类设备的名字可以随便定，不需要一定和设备信息里面的名字一致。remove函数正好和probe函数相反，注意，操作顺序要相反，比如在probe函数中先申请了空间，后注册设备，在remove函数中要先反注册设备，再释放空间。

最后看一次实现isl95311这个数字电位器写操作的方法，即isl95311_write函数，首先是需要将用户空间的数据拷贝到内核空间，这是内核空间与用户空间交互数据的唯一接口，其次是将这些数据封装成I2C规定的数据包，也就是结构体i2c_msg的这种格式，在这里分析一下这个数据格式，这个结构体主要包括了四个字段：

addr:I2C从机地址，7位或者是10位，在这里，isl95311是7位地址

buf:读或者写数据存放的位置

flags:读或写标志位，0是写，1是读

len:需要读写的数据长度

还有就是调用了一个非常重要的函数i2c_transfer，这个函数是I2C核心层的数据传输函数之一，具体的不做分析，可以翻看内核源码，这里只说明使用方法，该函数的第一个参数是I2C适配器，简单的说就是代表I2C1还是I2C2的相关内容数据，第二个参数是存放要发送的I2C消息缓存的地址，第三个参数是该次发送数据的个数。现在具体的说一下这个函数的工作过程：

（1）、I2C适配器向总线发送设备从机地址，等待ACK；

（2）、收到ACK后，向总线发送从设备片内寄存器地址，等待ACK；

（3）、收到ACK后，向总线发送将要写入片内寄存器的数据，并等待ACK；

（4）、收到ACK后，本次操作就完成了；

以上的每次写操作，如果失败了，默认都是重复3次。

4、好了，到这里驱动部分就完成了，将上面的代码编译成模块，安装到系统，会在/dev的路径下，产生一个名字为isl95311的设备节点，在应用层就可以使用通用的open函数和write函数进行打开和写操作了！

5、有一点需要特别强调一下，硬件电路上，nuc972的gpio不支持开漏模式，所以外部必须对isl95311的时钟线和数据线进行上拉处理，我在这一点儿卡了一天时间，切记切记！