作者:刘洪涛,华清远见嵌入式学院讲师。
一、概述
谈到在linux系统下编写I2C驱动,目前主要有两种方式,一种是把I2C设备当作一个普通的字符设备来处理,另一种是利用linux I2C驱动体系结构来完成。下面比较下这两种驱动。
第一种方法的好处(对应第二种方法的劣势)有:
第一种方法问题(对应第二种方法的好处)有:
本文针对的对象是熟悉I2C协议,并且想使用linux内核子系统的开发人员。
网络和一些书籍上有介绍I2C子系统的源码结构。但发现很多开发人员看了这些文章后,还是不清楚自己究竟该做些什么。究其原因还是没弄清楚I2C子系统为我们做了些什么,以及我们怎样利用I2C子系统。本文首先要解决是如何利用现有内核支持的I2C适配器,完成对I2C设备的操作,然后再过度到适配器代码的编写。本文主要从解决问题的角度去写,不会涉及特别详细的代码跟踪。
二、I2C设备驱动程序编写
首先要明确适配器驱动的作用是让我们能够通过它发出符合I2C标准协议的时序。
在Linux内核源代码中的drivers/i2c/busses目录下包含着一些适配器的驱动。如S3C2410的驱动i2c-s3c2410.c。当适配器加载到内核后,接下来的工作就要针对具体的设备编写设备驱动了。
编写I2C设备驱动也有两种方法。一种是利用系统给我们提供的i2c-dev.c来实现一个i2c适配器的设备文件。然后通过在应用层操作i2c适配器来控制i2c设备。另一种是为i2c设备,独立编写一个设备驱动。注意:在后一种情况下,是不需要使用i2c-dev.c的。
1、利用i2c-dev.c操作适配器,进而控制i2c设备
i2c-dev.c并没有针对特定的设备而设计,只是提供了通用的read()、write()和ioctl()等接口,应用层可以借用这些接口访问挂接在适配器上的i2c设备的存储空间或寄存器,并控制I2C设备的工作方式。
需要特别注意的是:i2c-dev.c的read()、write()方法都只适合于如下方式的数据格式(可查看内核相关源码)
图1 单开始信号时序
所以不具有太强的通用性,如下面这种情况就不适用(通常出现在读目标时)。
图2 多开始信号时序
而且read()、write()方法只适用用于适配器支持i2c算法的情况,如:
static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm = {
而不适合适配器只支持smbus算法的情况,如:
基于上面几个原因,所以一般都不会使用i2c-dev.c的read()、write()方法。最常用的是ioctl()方法。ioctl()方法可以实现上面所有的情况(两种数据格式、以及I2C算法和smbus算法)。
针对i2c的算法,需要熟悉struct i2c_rdwr_ioctl_da
针对smbus算法,需要熟悉struct i2c_smbus_ioctl_da
下面以一个实例讲解操作的具体过程。通过S3C2410操作AT24C02 e2prom。实现在AT24C02中任意位置的读、写功能。
首先在内核中已经包含了对s3c2410 中的i2c控制器驱动的支持。提供了i2c算法(非smbus类型的,所以后面的ioctl的命令是I2C_RDWR)
另外一方面需要确定为了实现对AT24C02 e2prom的操作,需要确定AT24C02的地址及读写访问时序。
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原理图上将A2、A1、A0都接地了,所以地址是0x50。
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可见此时序符合前面提到的“单开始信号时序”
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可见此时序符合前面提到的“多开始信号时序”
下面开始具体代码的分析(代码在2.6.22内核上测试通过):
struct i2c_msg
struct i2c_rdwr_ioctl_da
以上讲述了一种比较常用的利用i2c-dev.c操作i2c设备的方法,这种方法可以说是在应用层完成了对具体i2c设备的驱动工作。
计划下一篇总结以下几点:
(1)在内核里写i2c设备驱动的两种方式:
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(2)适配器驱动编写方法
(3)分享一些项目中遇到的问题
2. Linux I2C 结构分析
2.1 层次分析
1. I2C Core
I2C Core用于维护Linux的I2C核心部分,其中维护了两个静态的List,分别记录系统中的I2C driver结构和I2C adapter结构。
static LIST_HEAD(adapters);
static LIST_HEAD(drivers);
I2C core提供接口函数,允许一个I2C adatper,I2C driver和I2C client初始化时在I2C core中进行注册,以及退出时进行注销。具体可以参见i2c_core.c代码。
同时还提供了I2C总线读写访问的一般接口(具体的实现在与I2C控制器相关的I2C adapter中实现),主要应用在I2C设备驱动中。
常用的主要是
i2c_master_send()
i2c_master_recv()
i2c_transfer()
2. I2C bus driver
总线驱动的职责,是为系统中每个I2C总线增加相应的读写方法。但是总线驱动本身并不会进行任何的通讯,它只是存在在那里,等待设备驱动调用其函数。
在系统开机时,首先装载的是I2C总线驱动。一个总线驱动用于支持一条特定的I2C总线的读写。一个总线驱动通常需要两个模块,一个struct i2c_adapter和一个struct i2c_algorithm来描述:
在 buses目录下的i2c-pxa.c中实现了PXA的I2C总线适配器,I2C adapter 构造一个对I2C core层接口的数据结构,并通过接口函数向I2C core注册一个控制器。I2C adapter主要实现对I2C总线访问的算法,iic_xfer() 函数就是I2C adapter底层对I2C总线读写方法的实现。同时I2C adpter 中还实现了对I2C控制器中断的处理函数。
1) i2c-pxa.c定义了i2c_algorithm,并且实现了master的发送函数i2c_pxa_xfer(),以及设备查询总线的模式的函数i2c_pxa_functionality()
static const struct i2c_algorithm i2c_pxa_algorithm = { .master_xfer = i2c_pxa_xfer, .functionality = i2c_pxa_functionality, }; |
2) i2c-pxa.c中,实现了i2c_adapter,主要是在定义pxa-i2c时进行初始化,并且i2c_pxa_probe()中进行填充parent指针,并且调用
ret = i2c_add_adapter(&i2c->adap);
进行添加。
static struct pxa_i2c i2c_pxa = { .lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED, .adap = { }, }; |
总的来说,在i2c-pxa中,使用platform驱动模型,完成了i2c的总线两种模块struct i2c_adapter和struct i2c_algorithm
3. I2C device driver
I2C只有总线驱动是不够的,必须有设备才能工作。这就是I2C device driver的必要性。I2C的device是有两个模块来描述的,struct i2c_driver和struct i2c_client。
在介绍chips目录下的device driver前有必要介绍一下i2c-dev.c文件。
static struct i2c_driver i2cdev_driver = { .driver = { }, .id .attach_adapter = i2cdev_attach_adapter, .detach_adapter = i2cdev_detach_adapter, .detach_client = i2cdev_detach_client, }; struct i2c_dev { struct list_head list; struct i2c_adapter *adap; struct device *dev; }; |
该文件提供了用户层对I2C设备的访问,包括open,read,write,ioctl,release等常规文件操作,我们可以通过open函数打开 I2C的设备文件,通过ioctl函数设定要访问从设备的地址,然后就可以通过 read和write函数完成对I2C设备的读写操作。
static const struct file_operations i2cdev_fops = { .owner .llseek .read .write .ioctl .open .release = i2cdev_release, }; |
在chips目录下包含着各种device 的driver,完成各种从设备的注册。作为一般的I2C设备,使用i2c-dev.c里的操作足够完成操作了。
当然如果不能完成,则需要独立完成该驱动,这就是chips目录下的代码。因为i2c-dev.c已经实现了I2C设备的文件操作接口,所以只要实现struct i2c_driver就可以了。对于某些特殊的操作,可以使用command接口进行控制。 当然,对于i2接口的fm芯片,则将struct i2c_driver放在i2c的chips目录