執行個體解析linux核心I2C體繫結構（1）

　本文轉自：http://www.dzsc.com/data/html/2009-12-22/81040.html

作者：劉洪濤,華清遠見嵌入式學院講師。

　　一、概述

　　談到在Linux系統下編寫I2C驅動，目前主要有兩種方式，一種是把I2C裝置當作一個普通的字元裝置來處理，另一種是利用linux I2C驅動體繫結構來完成。下面比較下這兩種驅動。

　　第一種方法的好處（對應第二種方法的劣勢）有：

　　●    思路比較直接，不需要花時間去瞭解linux核心中複雜的I2C子系統的操作方法。

　　第一種方法問題（對應第二種方法的好處）有：

　　●    要求工程師不僅要對I2C裝置的操作熟悉，而且要熟悉I2C的適配器操作；

　　●    要求工程師對I2C的裝置器及I2C的裝置操作方法都比較熟悉，最重要的是寫出的程式可移植性差；

　　●    對核心的資源無法直接使用。因為核心提供的所有I2C裝置器及裝置驅動都是基於I2C子系統的格式。I2C適配器的操作簡單還好，如果遇到複雜的I2C適配器（如：基於PCI的I2C適配器），工作量就會大很多。

　　本文針對的對象是熟悉I2C協議，並且想使用linux核心子系統的開發人員。

　　網路和一些書籍上有介紹I2C子系統的源碼結構。但發現很多開發人員看 了這些文章後，還是不清楚自己究竟該做些什麼。究其原因還是沒弄清楚I2C子系統為我們做了些什麼，以及我們怎樣利用I2C子系統。本文首先要解決是如何 利用現有核心支援的I2C適配器，完成對I2C裝置的操作，然後再過度到適配器代碼的編寫。本文主要從解決問題的角度去寫，不會涉及特別詳細的代碼跟蹤。

　　二、I2C裝置驅動程式編寫

　　首先要明確適配器驅動的作用是讓我們能夠通過它發出符合I2C標準協議的時序。

　　在Linux核心原始碼中的drivers/i2c/busses目錄下包含著一些適配器的驅動。如S3C2410的驅動i2c-s3c2410.c。當適配器載入到核心後，接下來的工作就要針對具體的裝置編寫裝置驅動了。

　　編寫I2C裝置驅動也有兩種方法。一種是利用系統給我們提供的i2c- dev.c來實現一個i2c適配器的裝置檔案。然後通過在應用程式層操作i2c適配器來控制i2c裝置。另一種是為i2c裝置，獨立編寫一個裝置驅動。注意： 在後一種情況下，是不需要使用i2c-dev.c的。

　　1、利用i2c-dev.c操作適配器，進而控制i2c裝置

　　i2c-dev.c並沒有針對特定的裝置而設計，只是提供了通用的read()、write()和ioctl()等介面，應用程式層可以借用這些介面訪問掛接在適配器上的i2c裝置的儲存空間或寄存器，並控制I2C裝置的工作方式。

　　需要特別注意的是：i2c-dev.c的read()、write()方法都只適合於如下方式的資料格式（可查看核心相關源碼）

　　圖1 單開始訊號時序

　　所以不具有太強的通用性，如下面這種情況就不適用（通常出現在讀目標時）。

　　圖2 多開始訊號時序

　　而且read()、write()方法只適用用於適配器支援i2c演算法的情況，如：

　　STaTIc cONst struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm = {

　　.master_xfer = s3c24xx_i2c_xfer,

　　.functionality = s3c24xx_i2c_func,

　　};

　　而不適合適配器只支援smbus演算法的情況，如：

　　static const struct i2c_algorithm smbus_algorithm = {

　　.smbus_xfer = i801_access,

　　.functionality = i801_func,

　　};

　　基於上面幾個原因，所以一般都不會使用i2c-dev.c的read()、write()方法。最常用的是ioctl()方法。ioctl()方法可以實現上面所有的情況（兩種資料格式、以及I2C演算法和smbus演算法）。

　　針對i2c的演算法，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; /* 標誌（讀、寫） */

　　_ _u16 len; /* msg length */

　　_ _u8 *buf; /* pointer to msg data */

　　};

　　針對smbus演算法，需要熟悉struct i2c_smbus_ioctl_data。使用的命令是I2C_SMBUS。對於smbus演算法，不需要考慮“多開始訊號時序”問題。

　　struct i2c_smbus_ioctl_data {

　　__u8 read_write; //讀、寫

　　__u8 command; //命令

　　__u32 size; //資料長度標識

　　union i2c_smbus_data __user *data; //資料

　　};

　　下面以一個執行個體講解操作的具體過程。通過S3C2410操作AT24C02 e2prom。實現在AT24C02中任意位置的讀、寫功能。

　　首先在核心中已經包含了對s3c2410 中的i2c控制器驅動的支援。提供了i2c演算法（非smbus類型的，所以後面的ioctl的命令是I2C_RDWR）

　　static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm = {

　　.master_xfer = s3c24xx_i2c_xfer,

　　.functionality = s3c24xx_i2c_func,

　　};

　　另外一方面需要確定為了實現對AT24C02 e2prom的操作，需要確定AT24C02的地址及讀寫訪問時序。

　　●        AT24C02地址的確定

 

　　原理圖上將A2、A1、A0都接地了，所以地址是0x50。

　　●        AT24C02任意地址位元組寫的時序

 

　　可見此時序符合前面提到的“單開始訊號時序”

　　●        AT24C02任意地址位元組讀的時序

　　可見此時序符合前面提到的“多開始訊號時序”

　　下面開始具體代碼的分析（代碼在2.6.22核心上測試通過）：

　　/*i2c_test.c

　　* hongtao_liu <lht@farsight.com.cn>

　　*/

　　#define I2C_RETRIES 0x0701

　　#define I2C_TIMEOUT 0x0702

　　#define I2C_RDWR 0x0707

　　/*********定義struct i2c_rdwr_ioctl_data和struct i2c_msg，要和核心一致*******/

　　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這個數量決定了有多少開始訊號，對於“單開始時序”，取1*/

　　};

　　/***********主程式***********/

　　int main()

　　{

　　int fd,ret;

　　struct i2c_rdwr_ioctl_data e2prom_data;

　　fd=open("/dev/i2c-0",O_RDWR);

　　/*

　　*/dev/i2c-0是在註冊i2c-dev.c後產生的，代表一個可操作的適配器。如果不使用i2c-dev.c

　　*的方式，就沒有，也不需要這個節點。

　　*/

　　if(fd<0)

　　{

　　perror("open error");

　　}

　　e2prom_data.nmsgs=2;

　　/*

　　*因為操作時序中，最多是用到2個開始訊號（位元組讀操作中），所以此將

　　*e2prom_data.nmsgs配置為2

　　*/

　　e2prom_data.msgs=(struct i2c_msg*)malloc(e2prom_data.nmsgs*sizeof(struct i2c_msg));

　　if(!e2prom_data.msgs)

　　{

　　perror("malloc error");

　　exit(1);

　　}

　　ioctl(fd,I2C_TIMEOUT,1);/*逾時時間*/

　　ioctl(fd,I2C_RETRIES,2);/*重複次數*/

　　/***write data to e2prom**/

　　e2prom_data.nmsgs=1;

　　(e2prom_data.msgs[0]).len=2; //1個 e2prom 寫入目標的地址和1個資料

　　(e2prom_data.msgs[0]).addr=0x50;//e2prom 裝置地址

　　(e2prom_data.msgs[0]).flags=0; //write

　　(e2prom_data.msgs[0]).buf=(unsigned char*)malloc(2);

　　(e2prom_data.msgs[0]).buf[0]=0x10;// e2prom 寫入目標的地址

　　(e2prom_data.msgs[0]).buf[1]=0x58;//the data to write

　　ret=ioctl(fd,I2C_RDWR,(unsigned long)&e2prom_data);

　　if(ret<0)

　　{

　　perror("ioctl error1");

　　}

　　sleep(1);

　　/******read data from e2prom*******/

　　e2prom_data.nmsgs=2;

　　(e2prom_data.msgs[0]).len=1; //e2prom 目標資料的地址

　　(e2prom_data.msgs[0]).addr=0x50; // e2prom 裝置地址

　　(e2prom_data.msgs[0]).flags=0;//write

　　(e2prom_data.msgs[0]).buf[0]=0x10;//e2prom資料地址

　　(e2prom_data.msgs[1]).len=1;//讀出的資料

　　(e2prom_data.msgs[1]).addr=0x50;// e2prom 裝置地址

　　(e2prom_data.msgs[1]).flags=I2C_M_RD;//read

　　(e2prom_data.msgs[1]).buf=(unsigned char*)malloc(1);//存放傳回值的地址。

　　(e2prom_data.msgs[1]).buf[0]=0;//初始化讀緩衝

　　ret=ioctl(fd,I2C_RDWR,(unsigned long)&e2prom_data);

　　if(ret<0)

　　{

　　perror("ioctl error2");

　　}

　　printf("buff[0]=%x\n",(e2prom_data.msgs[1]).buf[0]);

　　/***列印讀出的值，沒錯的話，就應該是前面寫的0x58了***/

　　close(fd);

　　return 0;

　　}

　　以上講述了一種比較常用的利用i2c-dev.c操作i2c裝置的方法，這種方法可以說是在應用程式層完成了對具體i2c裝置的驅動工作。

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　在核心裡寫i2c裝置驅動

　　（1）在核心裡寫i2c裝置驅動的兩種方式：

　　●    Probe方式（new style），如：

　　static struct i2c_driver pca953x_driver = {

　　.driver = {

　　.name = "pca953x",

　　},

　　.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 = "pcf8575",

　　},

　　.attach_adapter = pcf8575_attach_adapter,

　　.detach_client = pcf8575_detach_client,

　　};

　　（2）適配器驅動編寫方法

　　（3）分享一些項目中遇到的問題

　　希望大家多提意見，多多交流。

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