思路清晰!Linux设备驱动子系统之I2C

发布时间:2017年12月02日 09:12    发布者:技术小白
1. Overview
2. Data Structure
3. Adapter
4. I2C-core
5. Slave Device

1. Overview
1.1 Definition
·  I2C           Inter-Integrated Circuit
·  SMBUS      System Management Bus, the I2C subset

1.2 Characteristics
·  The amount of data exchanged is small.
·  The required data transfer rate is low.

1.3 Speed
·  Fast speed     400 kbps
·  Full speed      100 kbps
  1.4 Topology

2 Data Structure

理解数据结构对理解整个驱动程序子系统是很重要的。I2C的主要有两大数据结构,struct i2c_client 和 struct

i2c_adapter。

  2.1 i2c_client

    struct i2c_client {
        unsigned short flags;  /* div., see below  */
        unsigned short addr;  /* chip address */
        char name[I2C_NAME_SIZE];
        struct i2c_adapter *adapter; /* the adapter we sit on */
        struct i2c_driver *driver; /* and our access routines */
        struct device dev;  /* the device structure  */
        int irq;   /* irq issued by device (or -1) */
        char driver_name[KOBJ_NAME_LEN];
        struct list_head list;  /* DEPRECATED */
        struct completion released;
};

struct i2c_client代表一个挂载到i2c总线上的i2c从设备,该设备所需要的数据结构,其中包括
· 该i2c从设备所依附的i2c主设备 struct i2c_adapter *adapter
· 该i2c从设备的驱动程序struct i2c_driver *driver
· 作为i2c从设备所通用的成员变量,比如addr, name等
· 该i2c从设备驱动所特有的数据,依附于dev->driver_data下

2.2 i2c_adapter
     struct i2c_adapter {
        struct module *owner;
        unsigned int id;
        unsigned int class;
        const struct i2c_algorithm *algo; /* the algorithm to access the bus */
        void *algo_data;
        ... ...
     };

struct i2c_adapter代表主芯片所支持的一个i2c主设备,该设备所需要的数据结构,

其中,struct i2c_algorithm *algo是该i2c主设备传输数据的一种算法,或者说是在i2c总线上完成主从设备间数

据通信的一种能力。
struct i2c_algorithm {
        int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap,struct i2c_msg *msgs, int num);
        int (*smbus_xfer) (struct i2c_adapter *adap, u16 addr,
                    unsigned short flags, char read_write,
                    u8 command, int size, union i2c_smbus_data * data);
        u32 (*functionality) (struct i2c_adapter *);
    };

接下来,要实现整个i2c子系统的驱动,便围绕这两个数据结构展开,其主要步骤可总结为以下三步,
· 实现i2c主设备驱动                (drivers/i2c/bus/*)
· 注册i2c从设备的i2c_client    (drivers/i2c/i2c-core)
· 实现i2c从设备驱动

3 Adapter
内核目录drivers/i2c下有两个文件夹,algorithm和bus,其中bus存放i2c主设备的驱动,主设备驱动完成两大

任务,
· 提供该i2c主设备与从设备间完成数据通信的能力
· 完成该i2c_adapter和所有已知的i2c_client的注册

以i2c-pxa.c为例,
  /* drivers/i2c/bus/i2c-pxa.c */
static int __init i2c_adap_pxa_init(void)
{
return platform_driver_register(&i2c_pxa_driver);
}
static struct platform_driver i2c_pxa_driver = {
.probe  = i2c_pxa_probe,
... ...
.id_table = i2c_pxa_id_table,
};
static int i2c_pxa_probe(struct platform_device *dev)
{
struct pxa_i2c *i2c;
  i2c->adap.algo = i2c_pxa_algorithm;             // 提供该i2c主设备与从设备间完成数据通信的能力
  i2c_add_numbered_adapter(&i2c->adap);      // 调用i2c-core.c中的接口函数,完成该i2c_adapter和

i2c_client的注册
  ... ...
}
static const struct i2c_algorithm i2c_pxa_algorithm = {
.master_xfer = i2c_pxa_xfer,                  // 根据pxa具体芯片的要求,完成i2c数据传输
.functionality = i2c_pxa_functionality,
};

4 I2C-core
内核目录drivers/i2c下的i2c-core.c,顾名思义,是内核为I2C提供的统一系统接口。

看看i2c_add_numbered_adapter做了些什么,
int i2c_add_numbered_adapter(struct i2c_adapter *adap)
{
   ... ...
  status = i2c_register_adapter(adap);
  return status;
}

static int i2c_register_adapter(struct i2c_adapter *adap)
{
   ... ...
  device_register(&adap->dev);     //完成I2C主设备adapter的注册,即注册object和发送uevent等
  i2c_scan_static_board_info(adap);      
   ... ...
}

i2c_scan_static_board_info(adap),此函数为整个I2C子系统的核心,它会去遍历一个由I2C从设备组成的双向

循环链表,并完成所有I2C从设备的i2c_client的注册,具体过程如下,
static void i2c_scan_static_board_info(struct i2c_adapter *adapter)
{
struct i2c_devinfo *devinfo;     //已经建立好了的I2C从设备链表

list_for_each_entry(devinfo, &__i2c_board_list, list) {
     i2c_new_device(adapter,&devinfo->board_info);
     ... ...
}
}
struct i2c_client *i2c_new_device(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_board_info const *info)
{
   ... ...
   i2c_attach_client(client);
   ... ...
}
int i2c_attach_client(struct i2c_client *client)
{
   ... ...
   device_register(&client->dev);     //完成I2C从设备client的注册
   ... ...
}

那么,这个I2C从设备组成的双向循环链表,是什么时候通过什么方式建立起来的呢?

以某重力感应设备为例,
/* /arch/arm/mach-pxa/starwood_p1.c */
static void __init saar_init(void)
{
   ... ...
   i2c_register_board_info(0, ARRAY_AND_SIZE(saar_i2c_bma220_info));
   ... ...
}
static struct i2c_board_info saar_i2c_bma220_info[] = {
{
  .driver_name = "bma220",
  .addr  = 0x0B,
  .irq  = IRQ_GPIO(mfp_to_gpio(MFP_PIN_GPIO15)),
},
};
/* drivers/i2c/i2c-boardinfo.c */
int __init i2c_register_board_info(int busnum, struct i2c_board_info const *info, unsigned len)
{
   ... ...
  struct i2c_devinfo *devinfo;
  devinfo->board_info = *info;
  list_add_tail(&devinfo->list, &__i2c_board_list);    //将I2C从设备加入该链表中
   ... ...
}

所以,在系统初始化的过程中,我们可以通过 i2c_register_board_info,将所需要的I2C从设备加入一个名为

__i2c_board_list双向循环链表,系统在成功加载I2C主设备adapt后,就会对这张链表里所有I2C从设备逐一地

完成 i2c_client的注册。


5 Slave Driver

如果说硬件方面,I2C主设备已经集成在主芯片内,软件方面,linux也为我们提供了相应的驱动程序,位于

drivers/i2c/bus下,那么接下来I2C从设备驱动就变得容易得多。既然系统加载I2C主设备驱动时已经注册了

i2c_adapter和i2c_client,那么I2C从设备主要完成三大任务,
· 系统初始化时添加以i2c_board_info为结构的I2C从设备的信息
· 在I2C从设备驱动程序里使用i2c_adapter里所提供的算法,即实现I2C通信。
· 将I2C从设备的特有数据结构挂在到i2c_client.dev->driver_data下。

以重力感应装置为例,
static int __init BMA220_init(void)
{
return i2c_add_driver(&bma220_driver);
}
static struct i2c_driver bma220_driver = {
.driver = {
  .owner = THIS_MODULE,
  .name = "bma220",
},
.class  = I2C_CLASS_HWMON,
.probe  = bma220_probe,
.remove  = bma220_remove,
};
static int bma220_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)
{
struct bma220_data *data;      
i2c_check_functionality(client->adapter, I2C_FUNC_I2C)
i2c_smbus_read_word_data(client, 0x00);    // i2c-core提供的接口,利用i2c_adapter的算法实现I2C通信
i2c_set_clientdata(bma220_client, data);      // 将设备的数据结构挂到i2c_client.dev->driver_data下
misc_register(&bma_device);
request_irq(client->irq, bma220_irq_handler, IRQF_TRIGGER_RISING, "bma220", &data->bma220);
bma220_set_en_tt_xyz(0);
bma220_reset_int();
... ...
}

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