实例解析linux内核I2C体系结构课件.docx

1、实例解析linux内核I2C体系结构课件实例解析linux内核I2C体系结构作者：刘洪涛,华清远见嵌入式学院讲师。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： 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

2、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

3、。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

4、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

5、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()、w

6、rite()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; _u32 nmsgs; ; struct i2c_msg _ _u16 addr; _ _u16 flags; _ _u16 len; _ _u8 *buf; ;针对smbus算法，需要熟悉struct i2

7、c_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smbu

8、s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

9、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）： #include #include #include #include #include #include #include #include #define I2C_RETRIES 0x0701 #define I2C_TIMEOUT 0x0702 #define I2C_RDWR 0x0707struct i2c_msg unsigned short addr; unsigned short flags; #define I2C_M_TEN 0x0010 #define

10、I2C_M_RD 0x0001 unsigned short len; unsigned char *buf; ;struct i2c_rdwr_ioctl_data struct i2c_msg *msgs; int nmsgs; ; int main() int fd,ret; struct i2c_rdwr_ioctl_data e2prom_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(fd0) perror

11、(open error); e2prom_data.nmsgs=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); ioctl(fd,I2C_RETRIES,2); e2prom_data.nmsgs=1; (e2prom_data.msgs0).len=2; /1个 e2prom 写入目标的地址和1个数据 (e2prom

12、_data.msgs0).addr=0x50;/e2prom 设备地址 (e2prom_data.msgs0).flags=0; /write (e2prom_data.msgs0).buf=(unsigned char*)malloc(2); (e2prom_data.msgs0).buf0=0x10;/ e2prom 写入目标的地址 (e2prom_data.msgs0).buf1=0x58;/the data to write ret=ioctl(fd,I2C_RDWR,(unsigned long)&e2prom_data); if(ret0) perror(ioctl error1)

13、; sleep(1); e2prom_data.nmsgs=2; (e2prom_data.msgs0).len=1; /e2prom 目标数据的地址 (e2prom_data.msgs0).addr=0x50; / e2prom 设备地址 (e2prom_data.msgs0).flags=0;/write (e2prom_data.msgs0).buf0=0x10;/e2prom数据地址 (e2prom_data.msgs1).len=1;/读出的数据 (e2prom_data.msgs1).addr=0x50;/ e2prom 设备地址 (e2prom_data.msgs1).flags

14、=I2C_M_RD;/read (e2prom_data.msgs1).buf=(unsigned char*)malloc(1);/存放返回值的地址。 (e2prom_data.msgs1).buf0=0;/初始化读缓冲 ret=ioctl(fd,I2C_RDWR,(unsigned long)&e2prom_data); if(retadap);进行添加。static struct pxa_i2c i2c_pxa = .lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED,.adap = .owner = THIS_MODULE, .algo = &i2c_pxa_algorithm, .n

15、ame = pxa2xx-i2c.0, .retries = 5,;总的来说，在i2c-pxa中，使用platform驱动模型，完成了i2c的总线两种模块struct i2c_adapter和struct i2c_algorithm3. I2C device driverI2C只有总线驱动是不够的，必须有设备才能工作。这就是I2C device driver的必要性。I2C的device是有两个模块来描述的，struct i2c_driver和struct i2c_client。在介绍chips目录下的device driver前有必要介绍一下i2c-dev.c文件。 i2c-dev.c中提供

16、了一个通用的I2C设备的驱动程序，实现了字符类型设备的访问接口，对设备的具体访问是通过I2C adapter来实现的。构造一个对I2C core层接口的数据结构，通过接口函数向 I2C Core注册一个I2C设备驱动。同时构造一个对用户层接口的数据结构，并通过接口函数向内核注册为一个主设备号为89的字符类型设备。static struct i2c_driver i2cdev_driver = .driver = .name = dev_driver,.id = I2C_DRIVERID_I2CDEV,.attach_adapter = i2cdev_attach_adapter,.detach

17、_adapter = i2cdev_detach_adapter,.detach_client = i2cdev_detach_client,;struct i2c_dev struct list_head list;struct i2c_adapter *adap;struct device *dev;该文件提供了用户层对I2C设备的访问，包括open，read，write，ioctl，release等常规文件操作，我们可以通过open函数打开 I2C的设备文件，通过ioctl函数设定要访问从设备的地址，然后就可以通过 read和write函数完成对I2C设备的读写操作。static con

18、st struct file_operations i2cdev_fops = .owner = THIS_MODULE,.llseek = no_llseek,.read = i2cdev_read,.write = i2cdev_write,.ioctl = i2cdev_ioctl,.open = i2cdev_open,.release = i2cdev_release,; 注：通过I2C driver提供的通用方法可以访问任何一个I2C的设备，但是其中实现的read，write及ioctl等功能完全是基于一般设备的实现，所有的操作 数据都是基于字节流，没有明确的格式和意义。为了更方便

19、和有效地使用I2C设备，我们可以为一个具体的I2C设备开发特定的I2C设备驱动程序，在驱动中 完成对特定的数据格式的解释以及实现一些专用的功能。在chips目录下包含着各种device 的driver，完成各种从设备的注册。作为一般的I2C设备，使用i2c-dev.c里的操作足够完成操作了。当然如果不能完成，则需要独立完成该驱动，这就是chips目录下的代码。因为i2c-dev.c已经实现了I2C设备的文件操作接口，所以只要实现struct i2c_driver就可以了。对于某些特殊的操作，可以使用command接口进行控制。 当然，对于i2接口的fm芯片，则将struct i2c_driver放在i2c的chips目录