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linux内核I2C体系结构注意:static unsigned short normal_i2c 0x4c I2C_CLIENT_END 里面为I2C设备的设备地址(7 位地址),不算第八位的R/W控制位例如:ADM1069 的A0A100 时, 7bit 地址为:0b1001100x,所以设备地址不是 0x98,而是 0x4C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: 不需要花时间去了解 linux 内核中复杂的 I2C 子系统的操作方法。
● 思路比较直接,第一种方法问题(对应第二种方法的好处)有: ● 要求工程师不仅要对 I2C 设备的操作熟悉,而且要熟悉 I2C 的适配器操作; ● 要求工程师对 I2C 的设备器及 I2C 的设备操作方法都比较熟悉,最重要的是写出的程序可移植性差; ● 对内核的资源无法直接使用。
因为内核提供的所有 I2C 设备器及设备驱动都是基于 I2C 子系统的格式。
I2C 适配器的操作简单还好,如果遇到复杂的 I2C 适配器(如:基于 PCI 的 I2C 适配器),工作量就会大很多。
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 .master_xfer s3c24xx_i2c_xfer .functionality s3c24xx_i2c_func 而不适合适配器只支持 smbus 算法的情况,如: static const struct i2c_algorithm smbus_algorithm .smbus_xfer i801_
access .functionality i801_func 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_data 、struct i2c_msg。
使用的命令是 I2C_RDWR。
struct i2c_rdwr_ioctl_data struct i2c_msg __user msgs / pointers to i2c_msgs / __u32 nmsgs / number of i2c_msgs / struct i2c_msg _ _u16 addr / slave address / _ _u16 flags / 标志(读、写) / _ _u16 len / msg length / _ _u8 buf / pointer to msg data / 针对 smbus 算法,需要熟悉 struct i2c_smbus_ioctl_data。
使用的命令是 I2C_SMBUS。
对于 smbus 算法,不需要考虑“多开始信号时序”问题。
struct i2c_smbus_ioctl_data __u8 read_write //读、写 __u8 command //命令 __u32 size //数据长度标识 union i2c_smbus_data __user data //数据 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) static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm .master_xfer s3c24xx_i2c_xfer .functionality s3c24xx_i2c_func 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。
● AT24C02 地址的确定原理图上将 A2、A1、A0 都接地了,所以地址是 0x50。
● AT24C02 任意地址字节写的时序可见此时序符合前面提到的“单开始信号时序”● AT24C02 任意地址字节读的时序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): /i2c_test.c hongtao_liu / include include include include include include include include define I2C_RETRIES 0x0701 define I2C_TIMEOUT 0x0702 define I2C_RDWR 0x0707 /定义 struct i2c_rdwr_ioctl_data 和 struct i2c_msg,要和内核一致/struct i2c_msg unsigned short addr unsigned short flags define I2C_M_TEN 0x0010 define I2C_M_RD 0x0001 unsigned short len unsigned char buf struct i2c_rdwr_ioctl_data struct i2c_msg msgs int nmsgs / nmsgs 这个数量决定了有多少开始信号,对于“单开始时序”,取 1/ /主程序/ int main int fdret struct i2c_rdwr_ioctl_data e2prom_data fdopenquot/dev/i2c-0quotO_RDWR / /dev/i2c-0 是在注册 i2c-dev.c 后产生的,代表一个可操作的适配器。
如果不使用i2c-dev.c 的方式,就没有,也不需要这个节点。
/ iffdlt0 perrorquotopen errorquot e2prom_data.nmsgs2 / 因为操作时序中,最多是用到 2 个开始信号(字节读操作中),所以此将 e2prom_data.nmsgs 配置为 2 / e2prom_data.msgsstructi2c_msgmalloce2prom_data.nmsgssizeofstruct i2c_msg ife2prom_data.msgs perrorquotmalloc errorquot exit1 ioctlfdI2C_TIMEOUT1/超时时间/ ioctlfdI2C_RETRIES2/重复次数/ /write data to e2prom/ e2prom_data.nmsgs1 e2prom_data.msgs0.len2 //1 个 e2prom 写入目标的地址和 1 个数据 e2prom_data.msgs0.addr0x50//e2prom 设备地址 e2prom_data.msgs0.flags0 //write e2prom_data.msgs0.bufunsigned charmalloc2 e2prom_data.msgs0.buf00x10// e2prom 写入目标的地址 e2prom_data.msgs0.buf10x58//the data to write retioctlfdI2C_RDWRunsigned longampe2prom_data ifretlt0 perrorquotioctl error1quot sleep1 /read data from e2prom/ e2prom_data.nmsgs2 e2prom_data.msgs0.len1 //e2prom 目标数据的地址 e2prom_data.msgs0.addr0x50 // e2prom 设备地址 e2prom_data.msgs0.flags0//write e2prom_data.msgs0.buf00x10//e2prom 数据地址 e2prom_data.msgs1.len1//读出的数据 e2prom_data.msgs1.addr0x50// e2prom 设备地址 e2prom_data.msgs1.flagsI2C_M_RD//read e2prom_data.msgs1.bufunsigned charmalloc1//存放返回值的地址。
e2prom_data.msgs1.buf00//初始化读缓冲 retioctlfdI2C_RDWRunsigned longampe2prom_data ifretlt0 perrorquotioctl error2quot printfquotbuff0xnquote2prom_data.msgs1.buf0 /打印读出的值,没错的话,就应该是前面写的 0x58 了/ closefd return 0 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:● Probe 方式(new style),如: static struct i2c_driver pca953x_driver .driver .name quotpca953xquot .probe pca953x_probe .remove pca953x_remove .id_table pca953x_id ● Adapter 方式(LEGACY),如: static struct i2c_driver pcf8575_driver .driver .owner THIS_MODULE .name quotpcf8575quot .attach_adapter pcf8575_attach_adapter .detach_client pcf8575_detach_client (2)适配器驱动编写方法(3)分享一些项目中遇到的问题 希望大家多提意见,多多交流四、在内核里写 i2c 设备驱动的两种方式前文介绍了利用/dev/i2c-0 在应用层完成对 i2c 设备的操作,但很多时候我们还是习惯为i2c 设备在内核层编写驱动程序。
目前内核支持两种编写 i2c 驱动程序的方式。
下面分别介绍这两种方式的实现。
这里分别称这两种方式为“Adapter 方式(LEGACY)”和“Probe 方式(new style)”。
(1) Adapter 方式(LEGACY)(下面的实例代码是在 2.6.27 内核的 pca953x.c 基础上修改的,原始代码采用的是本文将要讨论的第 2 种方式,即 Probe 方式)● 构建 i2c_driverstatic struct i2c_driver pca953x_driver .driver .name quotpca953xquot //名称 .id ID_PCA9555//id 号 .attach_adapter pca953x_attach_adapter //调用适配器连接设备 .detach_client pca953x_detach_client//让设备脱离适配器 ● 注册 i2c_driverstatic int __init pca953x_initvoid return i2c_add_driveramppca953x_driver module_initpca953x_init● attach_adapter 动作执行 i2c_add_driveramppca953x_driver后会,如果内核中已经注册了 i2c 适配器,则顺序调用这些适配器来连接我们的 i2c 设备。
此过程是通过调用 i2c_driver 中的attach_adapter 方法完成的。
具体实现形式如下:static int pca953x_attach_adapterstruct i2c_adapter adapter return i2c_probeadapter ampaddr_data pca953x_detect / adapter:适配器 addr_data:地址信息 pca953x_detect:探测到设备后调用的函数 / 地址信息 addr_data 是由下面代码指定的。
/ Addresses to scan / static unsigned short normal_i2c 0x200x210x220x230x240x250x260x27I2C_CLIENT_END I2C_CLIENT_INSMOD注意:normal_i2c 里的地址必须是你 i2c 芯片的地址。
否则将无法正确探测到设备。
I2C_ 而CLIENT_INSMOD 是一个宏,它会利用 normal_i2c 构建 addr_data。
● 构建 i2c_client,并注册字符设备驱动i2c_probe 在探测到目标设备后,后调用 pca953x_detect,并把当时的探测地址 address作为参数传入。
static int pca953x_detectstruct i2c_adapter adapter int address int kind struct i2c_client new_client struct pca953x_chip chip //设备结构体 int err 0result dev_t pca953x_devMKDEVpca953x_major0//构建设备号,根据具体情况设定,这里我只考虑了 normal_i2c 中只有一个地址匹配的情况。
if i2c_check_functionalityadapterI2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA I2C_FUNC_SMBUS_WORD_DATA//判定适配器能力 goto exit if chip kzallocsizeofstruct pca953x_chip GFP_KERNEL err -ENOMEM goto exit /构建 i2c-client/ chip-gtclientkzallocsizeofstruct i2c_clientGFP_KERNEL new_client chip-gtclient i2c_set_clientdatanew_client chip new_client-gtaddr address new_client-gtadapter adapter new_client-gtdriver amppca953x_driver new_client-gtflags 0 strlcpynew_client-gtname quotpca953xquot I2C_NAME_SIZE if err i2c_attach_clientnew_client//注册 i2c_client goto exit_kfree if err goto exit_detach ifpca953x_major resultregister_chrdev_regionpca953x_dev1quotpca953xquot else resultalloc_chrdev_regionamppca953x_dev01quotpca953xquot pca953x_majorMAJORpca953x_dev if result lt 0 printkKERN_NOTICE quotUnable to get pca953x region errordnquot result return result pca953x_setup_cdevchip0 //注册字符设备,此处不详解 return 0 exit_detach: i2c_detach_clientnew_client exit_kfree: kfreechip exit: return err i2c_check_functionality 用来判定设配器的能力,这一点非常重要。
你也可以直接查看对应设配器的能力,如static const struct i2c_algorithm smbus_algorithm .smbus_xfer i801_
access .functionality i801_func static u32 i801_funcstruct i2c_adapter adapter return I2C_FUNC_SMBUS_QUICK I2C_FUNC_SMBUS_BYTE I2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA I2C_FUNC_SMBUS_WORD_DATA I2C_FUNC_SMBUS_BLOCK_DATA I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_I2C_BLOCK isich4 I2C_FUNC_SMBUS_HWPEC_CALC : 0 ● 字符驱动的具体实现struct file_operations pca953x_fops .owner THIS_MODULE .ioctl pca953x_ioctl .open pca953x_open .release pca953x_release 字符设备驱动本身没有什么好说的,这里主要想说一下,如何在驱动中调用 i2c 设配器帮我们完成数据传输。
目前设配器主要支持两种传输方法:smbus_xfer 和 master_xfer。
一般来说,如果设配器支持了 master_xfer 那么它也可以模拟支持 smbus 的传输。
但如果只实现smbus_xfer,则不支持一些 i2c 的传输。
int master_xferstruct i2c_adapter adapstruct i2c_msg msgsint num int smbus_xfer struct i2c_adapter adap u16 addr unsigned short flagschar read_write u8 command int size unioni2c_smbus_data datamaster_xfer 中的参数设置,和前面的用户空间编程一致。
现在只是要在驱动中构建相关的参数然后调用 i2c_transfer 来完成传输既可。
int i2c_transferstruct i2c_adapter adap struct i2c_msg msgs int numsmbus_xfer 中的参数设置及调用方法如下:static int pca953x_write_regstruct pca953x_chip chip int reg uint16_t val int ret ret i2c_smbus_write_word_datachip-gtclient reg ltlt 1 val if ret lt 0 dev_errampchip-gtclient-gtdev quotfailed writing registernquot return -EIO return 0 上面函数完成向芯片的地址为 reg 的寄存器写一个 16bit 的数据。
i2c_smbus_write_word_data 的实现如下:s32 i2c_smbus_write_word_datastruct i2c_client client u8 command u16value union i2c_smbus_data data data.word value return i2c_smbus_xferclient-gtadapterclient-gtaddrclient-gtflags I2C_SMBUS_WRITEcommand I2C_SMBUS_WORD_DATAampdata 从中可以看出 smbus 传输一个 16 位数据的方法。
其它操作如:字符写、字符读、字读、块操作等,可以参考内核的 i2c-core.c 中提供的方法。
● 注销 i2c_driverstatic void __exit pca953x_exitvoid i2c_del_driveramppca953x_driver module_exitpca953x_exit● detach_client 动作顺序调用内核中注册的适配器来断开我们注册过的 i2c 设备。
此过程通过调用 i2c_driver中的 attach_adapter 方法完成的。
具体实现形式如下:static int pca953x_detach_clientstruct i2c_client client int err struct pca953x_chip data if err i2c_detach_clientclient//断开 i2c_client return err datai2c_get_clientdataclient cdev_delampdata-gtcdev unregister_chrdev_regionMKDEVpca953x_major 0 1 kfreedata-gtclient kfreedata return 0 (2) Probe 方式(new style)● 构建 i2c_driver和 LEGACY 方式一样,也需要构建 i2c_driver,但是内容有所不同。
static struct i2c_driver pca953x_driver .driver .name quotpca953xquot .probe pca953x_probe //当有 i2c_client 和 i2c_dri.
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