实例解析linux内核I2C体系结构.docx
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实例解析linux内核I2C体系结构
实例解析linux内核I2C体系结构
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linuxI2C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：
●思路比较直接，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。
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：
staticconststructi2c_algorithms3c24xx_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：
staticconststructi2c_algorithmsmbus_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structi2c_rdwr_ioctl_data、structi2c_msg。
使用的命令是I2C_RDWR。
structi2c_rdwr_ioctl_data{
structi2c_msg__user*msgs;/*pointerstoi2c_msgs*/
__u32nmsgs;/*numberofi2c_msgs*/
};
structi2c_msg{
__u16addr;/*slaveaddress*/
__u16flags;/*标志（读、写）*/
__u16len;/*msglength*/
__u8*buf;/*pointertomsgdata*/
};
针对smbus算法，需要熟悉structi2c_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。
structi2c_smbus_ioctl_data{
__u8read_write;//读、写
__u8command;//命令
__u32size;//数据长度标识
unioni2c_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AT24C02e2prom。
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）
staticconststructi2c_algorithms3c24xx_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AT24C02e2prom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
#defineI2C_RETRIES0x0701
#defineI2C_TIMEOUT0x0702
#defineI2C_RDWR0x0707
/*********定义structi2c_rdwr_ioctl_data和structi2c_msg，要和内核一致*******/
structi2c_msg
{
unsignedshortaddr;
unsignedshortflags;
#defineI2C_M_TEN0x0010
#defineI2C_M_RD0x0001
unsignedshortlen;
unsignedchar*buf;
};
structi2c_rdwr_ioctl_data
{
structi2c_msg*msgs;
intnmsgs;
/*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***********/
intmain（）
{
intfd,ret;
structi2c_rdwr_ioctl_datae2prom_data;
fd=open（"/dev/i2c-0",O_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。
*/
if（fd<0）
{
perror（"openerror"）;
}
e2prom_data.nmsgs=2;
/*
*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.msgs=（structi2c_msg*）malloc（e2prom_data.nmsgs*sizeof（structi2c_msg））;
if（!
e2prom_data.msgs）
{
perror（"mallocerror"）;
exit
（1）;
}
ioctl（fd,I2C_TIMEOUT,1）;/*超时时间*/
ioctl（fd,I2C_RETRIES,2）;/*重复次数*/
/***writedatatoe2prom**/
e2prom_data.nmsgs=1;
（e2prom_data.msgs[0]）.len=2;//1个e2prom写入目标的地址和1个数据
（e2prom_data.msgs[0]）.addr=0x50;//e2prom设备地址
（e2prom_data.msgs[0]）.flags=0;//write
（e2prom_data.msgs[0]）.buf=（unsignedchar*）malloc
（2）;
（e2prom_data.msgs[0]）.buf[0]=0x10;//e2prom写入目标的地址
（e2prom_data.msgs[0]）.buf[1]=0x58;//thedatatowrite
ret=ioctl（fd,I2C_RDWR,（unsignedlong）&e2prom_data）;
if（ret<0）
{
perror（"ioctlerror1"）;
}
sleep
（1）;
/******readdatafrome2prom*******/
e2prom_data.nmsgs=2;
（e2prom_data.msgs[0]）.len=1;//e2prom目标数据的地址
（e2prom_data.msgs[0]）.addr=0x50;//e2prom设备地址
（e2prom_data.msgs[0]）.flags=0;//write
（e2prom_data.msgs[0]）.buf[0]=0x10;//e2prom数据地址
（e2prom_data.msgs[1]）.len=1;//读出的数据
（e2prom_data.msgs[1]）.addr=0x50;//e2prom设备地址
（e2prom_data.msgs[1]）.flags=I2C_M_RD;//read
（e2prom_data.msgs[1]）.buf=（unsignedchar*）malloc
（1）;//存放返回值的地址。
（e2prom_data.msgs[1]）.buf[0]=0;//初始化读缓冲
ret=ioctl（fd,I
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