3、Linux中I2C总线驱动体系结构
在Linux系统中,对于一个给定的I2C总线硬件配置系统,I2C总线驱动程序体系结构由I2C总线驱动和I2C设备驱动组成。其中I2C总线驱动包括一个具体的控制器驱动和I2C总线的算法驱动.一个算法驱动适用于一类总线控制器.而一个具体的总线控制器驱动要使用某一种算法。例如,Linux内核中提供的算法i2e-algo-8260可以用在MPC82xx系列处理器提供的I2C总线控制器上。Linux内核中提供了一些常见处理器如MPC82xx系列的算法驱动。对于I2C设备,基本上每种具体设备都有自己的基本特性.其驱动程序一般都需要特别设计。
在I2C总线驱动程序体系结构中.使用数据结构Driver来表示I2C设备驱动,使用数据结构Client表示一个具体的I2C设备。而对于I2C总线控制器,各种总线控制器在进行数据传输时采用的算法有好多种,使用相同算法的控制器提供的控制接口也可能不同。在I2C总线驱动程序体系结构中,用数据结构Algorithm来表示算法,用数据结构Adapter来表示不同的总线控制器。Linux内核的I2C总线驱动程序体系结构如图5所示。
图5 Linux内核I2C总线驱动程序体系结构
在图5中,一个Client对象对应一个具体的I2C总线设备,而一种I2C设备的Driver可以同时支持多个Client。每个Adapter对应一个具体的I2C总线控制器.不同的I2C总线控制器可以使用相同的算法Algorithm。i2c-core是I2C总线驱动程序体系结构的核心,在这个模块中,除了为总线设备驱动提供了一些统一的调用接口来访问具体的总线驱动程序功能,以进行读写或设置操作外,还提供了将各种支持的总线设备驱动和总线驱动添加到这个体系中的方法,以及当不再使用这些驱动时将其从体系中删除的方法。i2c-core将总线驱动程序体系一分为二,相互独立。可以针对某个I2C总线设备来设计一个I2C设备驱动程序,而不需要关心系统的I2C总线控制器是何种类型,所以提高了其可移植性。另一方面,在设计I2C总线驱动时也可以不要考虑其将用来支持何种设备。因为i2c-core提供了统一的接口,所以也为设计这两类驱动提供了方便。
4、开发实例
Linux内核已经提供了I2C驱动中所需要的基本模块。i2c-core、i2c-dev和i2c-proc是总线控制器和I2C设备所需要的核心模块。对于MPC8250处理器,内核中还有MPC8260的算法模块i2c-algo-8260,它也适用于MPC8250的I2C控制接口。这些模块程序在默认条件下是不会被编译到内核里的,所以需要在配置Linux内核时把这些模块选中。在笔者的开发中需要实现的是I2C总线控制器驱动和I2C设备EEPROM驱动。
4.1 I2C总线控制器驱动的设计
MPC8250的I2C总线驱动程序由i2c-algo-8260算法模块和MPC8250具体的I2C总线控制器驱动组成。其中i2c-algo-8260算法模块已经在内核中实现,所以主要实现FC总线控制器驱动。
i2c-algo-8260算法模块主要用来描述MPC82xx处理器如何在I2C总线上传输数据。该模块中主要实现了MPC82xx处理器上I2C总线的初始化、读写、ioctl控制和中断请求等功能。另外,还有i2c_8260_add_bus和i2c_8260_del_bus两个函数,它们是使用这个算法的Adapter初始化时和退出时调用的函数,用来注册和注销一个总线控制器,需要从模块导出。这些函数功能都被封装在一个i2c-algorithm结构中,传递给使用这个算法的Adapter。算法模块中这些函数需要调用特定控制器模块中的函数来实现具体的操作。
在I2C总线控制器驱动模块中主要要实现两个结构体i2c_adapter和i2c_algo_8260_da
struct i2c_algo_8260_da
setisr:rw8250_install_isr
};
这里的成员变量rw8250_install__isr提供了MPC8250的I2C总线控制器向内核申请中断请求的功能。结构体i2c_adapter定义如下:
struct i2c_adapter rw8250_ops={"rw8250",I2C_HW_MPC8250_RW8250,NULL,&rw8250_da
其中,"rw8250"是该总线控制器的标识名,宏名I2C_HW_MPC8250_RW8250定义了内核中注册该适配器的ID号,而成员函数rw8250_inc_use和rw8250_dec_use用来增加和减少内核使用该模块的次数。
另外,该模块还要完成一个注册模块时的初始化函数rw8250_iic_init,在该函数中要初始化I2C控制器使用的通用端口号PortD14、PortD15,并在双端口RAM 中为发送和接受数据的缓冲区分配空间。函数rw8250_iic_init在进行模块初始化时将被init_module调用。
总之。I2C控制器模块中设计的这些函数都是为i2c_algo_8650算法模块服务的.最后需要封装在i2c-adapter结构中.通过i2c_algo_8260_da
4.2 I2C设备驱动的设计
I2C设备EEPROM 驱动除了要根据EEPROM的具体特性进行设计外.还要考虑I2C总线驱动程序体系结构的特性。在EEPROM设备驱动程序中需要实现一个i2c_driver结构.每个对应于具体设备的Client都从这个结构来构造。在i2c_driver结构中有两个函数attach_adapter和detach_client必须要实现。i2c_driver结构的定义如下:
struct i2c_driver eeprom_driver = {
"I2C_EEPROM_DRIVER",I2C_DRIVERID_EEPROM,
I2C_DF_NOTIFY,&eeprom_attach_adapter,&eeprom_detach_client,
&eeprom_command, &eeprom_inc_use, &eeprom_dec_use
};
在设备驱动中。向EEPROM 写数据通过调用i2c-core提供的i2c_master_send函数来完成。从EEPROM 读取数据通过另一个函数i2c_master_read来完成。与一般设备驱动不同的地方就是在EEPROM驱动模块初始函数中要调用i2c-core提供的i2c_add_driver函数来注册该设备。在模块退出函数中调用i2c_del_driver函数来注销该设备。
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最近因为工作需要涉及到了I2C总线。虽然我过去用过I2c,但看了 Linux kernel 后才发现,一个 layer 能被做到这样完善。
1.Linux的I2C驱动架
Linux中I2C总线的驱动分为两个部分,总线驱动(BUS)和设备驱动(DEVICE)。其中总线驱动的职责,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。
设备驱动则是与挂在I2C总线上的具体的设备通讯的驱动。通过I2C总线驱动提供的函数,设备驱动可以忽略不同总线控制器的差异,不考虑其实现细节地与硬件设备通讯。
1.1. 总线驱动
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:
name: "pb1550 adapter", id: I2C_HW_AU1550_PSC, algo: NULL,
algo_da inc_use: pb1550_inc_use, dec_use: pb1550_dec_use, client_register: pb1550_reg, client_unregister: pb1550_unreg, client_count: 0,}; |
这个样例挂接了一个叫做“pb1550 adapter”的驱动。但这个模块并未提供读写函数,具体的读写方法由第二个模块,struct i2c_algorithm提供。
.id = I2C_ALGO_AU1550, .master_xfer = au1550_xfer, .functionality = au1550_func,}; i2c_adap->algo = &au1550_algo; |
这个样例给上述总线驱动增加了读写“算法”。通常情况下每个I2C总线驱动都定义一个自己的读写算法,但鉴于有些总线使用相同的算法,因而可以共用同一套读写函数。本例中的驱动定义了自己的读写算法模块,起名叫“Au1550 algorithm”。
全部填妥后,通过调用:
|
将这两个模块注册到操作系统里,总线驱动就算装上了。对于AMD au1550,这部分已经由AMD提供了。
1.2 设备驱动
如前所述,总线驱动只是提供了对一条总线的读写机制,本身并不会去做通信。通信是由I2C设备驱动来做的,设备驱动透过I2C总线同具体的设备进行通讯。一个设备驱动有两个模块来描述,struct i2c_driver和struct i2c_client。
当系统开机、I2C总线驱动装入完成后,就可以装入设备驱动了。首先装入如下结构:
.name = "i2c TV tuner driver", .id = I2C_DRIVERID_TUNER, .flags = I2C_DF_NOTIFY, .attach_adapter = tuner_probe, .detach_client = tuner_detach, .command=tuner_command,}; i2c_add_driver(&driver); |
这个i2c_driver一旦装入完成,其中的attach_adapter函数就会被调用。在其中可以遍历系统中的每个i2c总线驱动,探测想要访问的设备:
{
return i2c_probe(adap, &addr_da } |
注意探测可能会找到多个设备,因而不仅一个I2C总线可以挂多个不同类型的设备,一个设备驱动也可以同时为挂在多个不同I2C总线上的设备服务。
每当设备驱动探测到了一个它能支持的设备,它就创建一个struct i2c_client来标识这个设备:
new_client->adapter = adapter;n ew_client->driver = &driver; err = i2c_attach_client(new_client); if (err) goto error; |
可见,一个i2c_client代表着位于adapter总线上,地址为address,使用driver来驱动的一个设备。它将总线驱动与设备驱动,以及设备地址绑定在了一起。一个i2c_client就代表着一个I2C设备。
当得到I2C设备后,就可以直接对此设备进行读写:
extern int i2c_master_recv(struct i2c_client *,char* ,int); |
与通常意义上的读写函数一样,这两个函数对i2c_client指针指定的设备,读写int个char。返回值为读写的字节数。对于我们现有的SLIC的驱动,只要将最后要往总线上进行读写的数据引出传输到这两个函数中,移植工作就算完成了,我们将得到一个Linux版的I2C设备驱动。