Linux I2C驅動完全分析（一）

 博主按：其實老早就想寫這個I2C的了，期間有各種各樣的事情給耽誤了。藉著五一放假的時間把這個寫出來，供同志們參考。以後會花一些時間深入研究下核心，雖然以前對核心也有所瞭解，但是還不系統。I2C的硬體結構並不複雜，一個適配器加幾個裝置而已。Linux下驅動的體繫結構看著挺複雜，實際也是比較簡單的。在本文中我還是使用實際的例子，結合硬體和軟體兩個方面來介紹。希望能給初學的同志們一些協助，另外拋磚引玉，希望高手能給一些指點。話不多說，開整！~

 

本文用到的一些資源：

   1. Source Insight軟體

   2. mini2440原理圖。 http://wenku.baidu.com/view/0521ab8da0116c175f0e48fe.html

   3. S3C2440 datasheet

   4. AT24C08 datasheet

   5. Bq27200 datasheet

   6. kernel 2.6.31中的At24.c ，Bq27x00_battery.c和i2c-s3c2410.c

   7. mini2440的板檔案mach-mini2440.c

   8. 參考資料：《linux裝置驅動開發詳解（第2版）》 by 宋寶華

 

本文的結構：

第一部分：At24C08驅動

   1. mini2440中at24c08的電氣串連

   2. Linux中I2C驅動架構分析

   3. I2C匯流排驅動程式碼分析

   4. at24c08驅動程式碼分析

第二部分：Bq27200驅動

   1. Bq27200的典型應用電路

   2. 主要分析一下ba27x00的代碼，對比at24c08來加深理解。

 

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第一部分

1. mini2440中at24c08的電氣串連及其板檔案

       如。

                                

24C08的I2C介面是與2440的IICSCL/IICSDA直接相連的。在2440內部整合了一個I2C控制器，可以通過寄存器來控制它。先來和這四個寄存器混個臉熟吧，後面分析時還會經常用到這四個寄存器。

   

 在mini2440的板檔案中可以找到關於at24c08的內容，如下：

/*<br /> * I2C devices<br /> */<br />static struct at24_platform_data at24c08 = {<br />.byte_len= SZ_8K / 8,<br />.page_size= 16,<br />};</p><p>static struct i2c_board_info mini2440_i2c_devs[] __initdata = {<br />{<br />I2C_BOARD_INFO("24c08", 0x50),<br />.platform_data = &at24c08,<br />},<br />};</p><p>static void __init mini2440_init(void)<br />{<br /> ... ...<br /> i2c_register_board_info(0, mini2440_i2c_devs,<br />ARRAY_SIZE(mini2440_i2c_devs));<br /> ... ...<br />}

可以看出，在mini2440的init函數中註冊了一個i2c的裝置，這個裝置我們使用了一個結構體i2c_board_info來描述。這個結構體定義在i2c.h檔案中。如下：

struct i2c_board_info {<br />chartype[I2C_NAME_SIZE];<br />unsigned shortflags;<br />unsigned shortaddr;<br />void*platform_data;<br />struct dev_archdata*archdata;<br />intirq;<br />};

其中的platform_data又指向一個at24_platform_data結構體。

 

以上只是at24c08的部分，在板檔案中還可以看到關於2440內部i2c控制器的部分，如下：

static struct platform_device *mini2440_devices[] __initdata = {<br /> ... ...<br /> &s3c_device_i2c0,<br /> ... ...<br />};</p><p>static void __init mini2440_init(void)<br />{<br /> ... ...<br /> platform_add_devices(mini2440_devices, ARRAY_SIZE(mini2440_devices));<br /> ... ...<br />}

其中s2c_device_i2c0定義在arch/arm/plat-s3c/Dev-i2c0.c中（在同一目錄下還可以看到很多Dev-開頭的c檔案，都是2440內部整合的各種裝置），仔細看下面的代碼再對比2440的datasheet就可以很清楚的知道：

   * 控制器的IO起始地址為S3C_PA_IIC =0x54000000，大小是4K，中斷號是43 = IRQ_IIC      S3C2410_IRQ(27)

   * 控制器名是"s3c2410-i2c"

static struct resource s3c_i2c_resource[] = {<br />[0] = {<br />.start = S3C_PA_IIC,<br />.end = S3C_PA_IIC + SZ_4K - 1,<br />.flags = IORESOURCE_MEM,<br />},<br />[1] = {<br />.start = IRQ_IIC,<br />.end = IRQ_IIC,<br />.flags = IORESOURCE_IRQ,<br />},<br />};</p><p>struct platform_device s3c_device_i2c0 = {<br />.name = "s3c2410-i2c",<br />#ifdef CONFIG_S3C_DEV_I2C1<br />.id = 0,<br />#else<br />.id = -1,<br />#endif<br />.num_resources = ARRAY_SIZE(s3c_i2c_resource),<br />.resource = s3c_i2c_resource,<br />};<br />

   

2. Linux中I2C驅動架構分析

    這部分是本文的重點部分。根據上面的電氣串連關係我們可以看出，我們要想操作24c08，必須要做兩方面的驅動。

       第一方面： 2440中I2C控制器的驅動，有了這部分驅動，我們才可以操作控制器來產生I2C的時序訊號，來發送資料和接收資料。

       第二方面： 24C08的驅動，有了這部分驅動，才能使用控制器正確操作晶片，來讀取和存放資料。

    在Linux系統中，對上邊第一方面的實現叫做I2C匯流排驅動，對第二方面的實現叫做I2C裝置驅動。一般來說，如果CPU中整合了I2C控制器並且Linux核心支援這個CPU，那麼匯流排驅動方面就不用我們操心了，核心已經做好了。但如果CPU中沒有I2C控制器，而是外接的話，那麼就要我們自己實現匯流排驅動了。對於裝置驅動來說，一般常用的驅動也都包含在核心中了，如果我們用了一個核心中沒有的晶片，那麼就要自己來寫了。

    Linux中I2C體繫結構如所示（圖片來源於網路）。圖中用分割線分成了三個層次：使用者空間（也就是應用程式），核心（也就是驅動部分）和硬體（也就是實際物理裝置，這裡就是2440中的i2c控制器和at24c08）。這個夠清晰了吧？我們現在就是要研究中間那一層。

   

 由我們還可以看出哪些資訊呢？

  1). 可以看到幾個重要的組成部分，它們是：Driver，Client，i2c-dev，i2c-core，Algorithm，Adapter。這幾個部分在核心中都有相應的資料結構，定義在i2c.h檔案中，盡量避免粘貼打斷代碼來湊數，就不貼出來了。簡要概括一下每個結構體的意義。

       Driver --> struct i2c_driver 

          這個結構體對應了驅動方法，重要成員函數有probe，remove，suspend，resume。

          還包括一個重要的資料結構: struct i2c_device_id *id_table; 如果驅動可以支援好幾個裝置，那麼這裡面就要包含這些裝置的ID

 

       Client --> struct i2c_client

          應用程式是選擇性失明的，它只能看到抽象的裝置檔案，其他部分都是看不見的。圖中只有Client與應用程式有聯絡，所以我們可以大膽得出結論：這個Client是對應於真實的物理裝置，在本文就是at24c08。 所以很顯然這個結構體中的內容應該是描述裝置的。包含了晶片地址，裝置名稱，裝置使用的中斷號，裝置所依附的控制器，裝置所依附的驅動等內容。

 

       Algorithm -->struct i2c_algorithm

          Algorithm就是演算法的意思。在這個結構體中定義了一套控制器使用的通訊方法。其中關鍵函數是master_xfer()。我們實際工作中的重要一點就是要實現這個函數。

int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num);

 

       Adapter --> struct i2c_adapter

           這個結構體對應一個控制器。其中包含了控制器名稱，algorithm資料，控制器裝置等。

 

 2). 可以看出，i2c-core起到了關鍵的承上啟下的作用。事實上也是這樣，我們將從這裡展開來分析。原始碼位於drivers/i2c/i2c-core.c中。在這個檔案中可以看到幾個重要的函數。

   *增加/刪除i2c控制器的函數

 int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adapter)<br />int i2c_del_adapter(struct i2c_adapter *adap)

  

   *增加/刪除裝置驅動的函數int i2c_register_driver(struct module *owner, struct i2c_driver *driver)<br />void i2c_del_driver(struct i2c_driver *driver)<br />

 

    *增加/刪除i2c裝置的函數

struct i2c_client *<br />i2c_new_device(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_board_info const *info);<br />void i2c_unregister_device(struct i2c_client *client)

註：在2.6.30版本之前使用的是i2c_attach_client()和i2c_detach_client()函數。之後attach被merge到了i2c_new_device中，而detach直接被unresister取代。實際上這兩個函數內部都是調用了device_register()和device_unregister()。源碼如下：

    *I2C傳輸、發送和接收函數int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num);</p><p>int i2c_master_send(struct i2c_client *client,const char *buf ,int count);</p><p>int i2c_master_recv(struct i2c_client *client, char *buf ,int count);

 其中send和receive分別都調用了transfer函數，而transfer也不是直接和硬體互動，而是調用algorithm中的master_xfer()函數，所以我們要想進行資料轉送，必須自己來實現這個master_xfer()函數，這是匯流排驅動開發的重點之一。下面以read()系統調用的流程來簡單梳理一下：

 

（待續）