I2C驱动详解

Posted 2020-08-30 我有一壶酒

I2C讲解：

在JZ2440开发板上，I2C是由两条数据线构成的SCL，SDA；SCL作为时钟总线，SDA作为数据总线；两条线上可挂载I2C设备，如：AT24C08

两条线连接ARM9 I2C控制器，通过控制来控制I2C设备的识别设备地址、读、写操作；如图所示

从中所知：I2C线上可以挂载很多个I2C设备；挂载简单，只需要一根数据线和一根时钟线就可以挂载上去，通过地址来去别每个设备的区别；

 

I2C操作：

对I2C操作主要思想为：1、找到设备  2、进行读写操作 主要原理为：

1、发送开始信号S 然后紧接着发生设备8位地址如：0x50，然后等待设备发出一个应答ACK信号

2、当控制器接收到ACK信号后，表面找到这条I2C总线上确实有这个设备，然后发出数据，是进行读还是进行写，由第8位来决定

 原理如下图：

JZ2440对I2c驱动框架

正常的设备驱动程序，大体框架为：

1、通过应用程序open、read、write、ioctl函数去对硬件操作

2、在内核里，接收到应用程序发送过来的open、read、write、ioctl命令，出发中断，进而会跳到一个字符描述符的数组（open时返回值）当中，查找驱动程序ID（驱动程序进行注册）；通过该ID找到相对应的drv_open、drv_read、drv_wrte等操作；

3、drv_open、drv_read、drv_wrte等操作跟字符设备的硬件驱动程序紧密相关，会最终会跳到字符设备驱动程序file_operation结构体进行硬件的操作过程。

4、在此之前，需要编写I2C驱动程序，驱动程序要有主入口、出口、file_openration结构体、进行注册等操作；

具体字符设备驱动程序框架为：

而I2C设备驱动采用的是总线—设备-驱动模型

总线-设备-驱动模型：

    总线-设备-驱动模型：其原理为在一条总线上分为两部分，一部分作为设备链表对象的，另一部分作为driver链表；设备链表对象就是

注册一个设备client对象挂载到这条链表上，但注册的设备名需要与右边driver链表注册的驱动名相比配才有意义，才能对进入driver链表

上与设备名相匹配的驱动程序里面的probe函数进行i2c驱动操作；举个例子：将驱动程序比作学生，驱动程序的名字比作学生的宿舍号码

管理员相当于总线，总线知道两个信息：1、学生 2、宿舍号 ；当有一个学生进行入住，学生想住A10-208，好，经过管理员同意好，就

住进A10-208（注册一个i2c_driver）了，当管理员想找到那个学生，则需要通过A10-208这个名字去查找到学生所在住处，通过管理员

管理的学生信息本（注册一个设备）找到名字，进而去到宿舍找到这个学生，让他扫地、打扫卫生什么的；主要原理图如下：

 

i2c-总线-驱动模型

 

应用程序是如何调用的呢？如图所示

 

i2c进行open、read、write、ioctl等操作会进入内核太，找到相关设备驱动函数，然后就进入了总线控制层，I2c总线层两部分组成，核心层

里面已经定义了对i2c提供的操作函数，不需要用户自己定义，适配器就是具体的对2440的i2c硬件操作或者定义其它的芯片的硬件操作；

 

总结：总得来说，我们需要进行的操作为

 

1、注册一个设备，里面要有设备名，以及该设备id，并挂载到这条设备链表上

2、注册一个驱动，该设备驱动需要有设备名，probe函数、id_table设备地址，然后挂载到驱动链表上

3、比较两条链表上的设备名字是否相同，如果有相同的话，就去到相关的驱动设备上的probe函数，进行

    操作

4、probe函数里面就是我们正常的驱动程序的编程程序了，主入口、出口、file_operation结构体的构造等等操作；最终应用程序会进入这里操作硬件对象

 

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如图代码所示：新建一个设备有多种方法，该方法为第二种i2c_new_probed_device

at24cxx_dev：注册一个新设备

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/regmap.h>
#include <linux/slab.h>

static struct i2c_client *at24cxx_client;

static const unsigned short addr_list[] = { 0x60, 0x50, I2C_CLIENT_END };

static int at24cxx_dev_init(void)
{
    struct i2c_adapter *i2c_adap;
    struct i2c_board_info at24cxx_info;

    memset(&at24cxx_info, 0, sizeof(struct i2c_board_info));    
    strlcpy(at24cxx_info.type, "at24c08", I2C_NAME_SIZE);

    i2c_adap = i2c_get_adapter(0);
    at24cxx_client = i2c_new_probed_device(i2c_adap, &at24cxx_info, addr_list, NULL);
    i2c_put_adapter(i2c_adap);

    if (at24cxx_client)
        return 0;
    else
        return -ENODEV;
}

static void at24cxx_dev_exit(void)
{
    i2c_unregister_device(at24cxx_client);
}


module_init(at24cxx_dev_init);
module_exit(at24cxx_dev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

at24cxx_drv：注册一个新驱动  注：probe函数并没有进行i2c的·操作，只是打印一些信息而已

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/regmap.h>
#include <linux/slab.h>


static int __devinit at24cxx_probe(struct i2c_client *client,
                  const struct i2c_device_id *id)
{
    printk("%s %s %d\\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    return 0;
}

static int __devexit at24cxx_remove(struct i2c_client *client)
{
    printk("%s %s %d\\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    return 0;
}

static const struct i2c_device_id at24cxx_id_table[] = {
    { "at24c08", 0 },
    {}
};


/* 1. 分配/设置i2c_driver */
static struct i2c_driver at24cxx_driver = {
    .driver    = {
        .name    = "100ask",
        .owner    = THIS_MODULE,
    },
    .probe        = at24cxx_probe,
    .remove        = __devexit_p(at24cxx_remove),
    .id_table    = at24cxx_id_table,
};

static int at24cxx_drv_init(void)
{
    /* 2. 注册i2c_driver */
    i2c_add_driver(&at24cxx_driver);
    
    return 0;
}

static void at24cxx_drv_exit(void)
{
    i2c_del_driver(&at24cxx_driver);
}


module_init(at24cxx_drv_init);
module_exit(at24cxx_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

Makefile：

KERN_DIR = /work/system/linux-3.4.2

all:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 

clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
    rm -rf modules.order

obj-m    += at24cxx_dev.o
obj-m    += at24cxx_drv.o
#obj-m    += i2c_bus_s3c2440.o

 

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对I2c驱动的操作

前面已经讲过对于I2c的操作可以调用总线上现成的函数来操作i2c_smbus_write_byte_data

at24cxx_dev：

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/regmap.h>
#include <linux/slab.h>


static struct i2c_board_info at24cxx_info = {    
    I2C_BOARD_INFO("at24c08", 0x50),
};

static struct i2c_client *at24cxx_client;

static int at24cxx_dev_init(void)
{
    struct i2c_adapter *i2c_adap;

    i2c_adap = i2c_get_adapter(0);
    at24cxx_client = i2c_new_device(i2c_adap, &at24cxx_info);
    i2c_put_adapter(i2c_adap);
    
    return 0;
}

static void at24cxx_dev_exit(void)
{
    i2c_unregister_device(at24cxx_client);
}


module_init(at24cxx_dev_init);
module_exit(at24cxx_dev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

at24cxx_drv：注册驱动程序，进行I2c操作

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/regmap.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fs.h>
#include <asm/uaccess.h>


static int major;
static struct class *class;
static struct i2c_client *at24cxx_client;

/* 传入: buf[0] : addr
 * 输出: buf[0] : data
 */
static ssize_t at24cxx_read(struct file * file, char __user *buf, size_t count, loff_t *off)
{
    unsigned char addr, data;
    
    copy_from_user(&addr, buf, 1);
    data = i2c_smbus_read_byte_data(at24cxx_client, addr);
    copy_to_user(buf, &data, 1);
    return 1;
}

/* buf[0] : addr
 * buf[1] : data
 */
static ssize_t at24cxx_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *off)
{
    unsigned char ker_buf[2];
    unsigned char addr, data;

    copy_from_user(ker_buf, buf, 2);
    addr = ker_buf[0];
    data = ker_buf[1];

    printk("addr = 0x%02x, data = 0x%02x\\n", addr, data);

    if (!i2c_smbus_write_byte_data(at24cxx_client, addr, data))
        return 2;
    else
        return -EIO;    
}

static struct file_operations at24cxx_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .read  = at24cxx_read,
    .write = at24cxx_write,
};

static int __devinit at24cxx_probe(struct i2c_client *client,
                  const struct i2c_device_id *id)
{
    at24cxx_client = client;
        
    //printk("%s %s %d\\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    major = register_chrdev(0, "at24cxx", &at24cxx_fops);
    class = class_create(THIS_MODULE, "at24cxx");
    device_create(class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "at24cxx"); /* /dev/at24cxx */
    
    return 0;
}

static int __devexit at24cxx_remove(struct i2c_client *client)
{
    //printk("%s %s %d\\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    device_destroy(class, MKDEV(major, 0));
    class_destroy(class);
    unregister_chrdev(major, "at24cxx");
        
    return 0;
}

static const struct i2c_device_id at24cxx_id_table[] = {
    { "at24c08", 0 },
    {}
};


/* 1. 分配/设置i2c_driver */
static struct i2c_driver at24cxx_driver = {
    .driver    = {
        .name    = "100ask",
        .owner    = THIS_MODULE,
    },
    .probe        = at24cxx_probe,
    .remove        = __devexit_p(at24cxx_remove),
    .id_table    = at24cxx_id_table,
};

static int at24cxx_drv_init(void)
{
    /* 2. 注册i2c_driver */
    i2c_add_driver(&at24cxx_driver);
    
    return 0;
}

static void at24cxx_drv_exit(void)
{
    i2c_del_driver(&at24cxx_driver);
}


module_init(at24cxx_drv_init);
module_exit(at24cxx_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

应用测试程序i2c_test：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>


/* i2c_test r addr
 * i2c_test w addr val
 */

void print_usage(char *file)
{
    printf("%s r addr\\n", file);
    printf("%s w addr val\\n", file);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd;
    unsigned char buf[2];
    
    if ((argc != 3) && (argc != 4))
    {
        print_usage(argv[0]);
        return -1;
    }

    fd = open("/dev/at24cxx", O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        printf("can\'t open /dev/at24cxx\\n");
        return -1;
    }

    if (strcmp(argv[1], "r") == 0)
    {
        buf[0] = strtoul(argv[2], NULL, 0);
        read(fd, buf, 1);
        printf("data: %c, %d, 0x%2x\\n", buf[0], buf[0], buf[0]);
    }
    else if ((strcmp(argv[1], "w") == 0) && (argc == 4))
    {
        buf[0] = strtoul(argv[2], NULL, 0);
        buf[1] = strtoul(argv[3], NULL, 0);
        if (write(fd, buf, 2) != 2)
            printf("write err, addr = 0x%02x, data = 0x%02x\\n", buf[0], buf[1]);
    }
    else
    {
        print_usage(argv[0]);
        return -1;
    }
    
    return 0;
}

Makefile：

KERN_DIR = /work/system/linux-3.4.2

all:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 

clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
    rm -rf modules.order

obj-m    += at24cxx_dev.o
obj-m    += at24cxx_drv.o
#obj-m    += i2c_bus_s3c2440.o