Smart210学习记录-----Linux i2c驱动

Posted 2020-07-14 小败qi

　一：Linux i2c子系统简介：

　1.Linux 的 I2C 体系结构分为 3 个组成部分：

　　（1） I2C 核心。 I2C 核心提供了 I2C 总线驱动和设备驱动的注册、注销方法，I2C 通信方法（即“algorithm”）上层的、与具体适配器无关的代码以及探测设备、检测设备地址的上层代码等。

　　（2） I2C 总线驱动。 I2C 总线驱动是对 I2C 硬件体系结构中适配器端的实现，适配器可由 CPU 控制，甚至可以直接集成在 CPU 内部。 I2C 总线驱动主要包含了 I2C 适配器数据结构 i2c_adapter、I2C 适配器的 algorithm 数据结构i2c_algorithm和控制I2C适配器产生通信信号的函数。 经由 I2C 总线驱动的代码，我们可以控制 I2C 适配器以控制方式产生开始位、停止位、读写周期，以及以从设备方式被读写、产生 ACK 等。

　　（3）I2C 设备驱动。 I2C 设备驱动（也称为客户驱动）是对 I2C 硬件体系结构中设备端的实现，设备一般挂接在受CPU 控制的 I2C 适配器上，通过 I2C 适配器与 CPU 换数据。 I2C 设备驱动主要包含了数据结构 i2c_driver 和 i2c_client，我们需要根据具体设备实现其中的成员函数。

（在 Linux 2.6 内核中，所有的 I C 设备都在 sysfs 文件系统中显示，存于/sys/bus/i2c/目录）

 

 2. i2c中四个主要结构体（i2c.h）

　　i2c_driver、i2c_client、i2c_adapter 和 i2c_algorithm

1  struct i2c_adapter { 
2    struct module *owner;/*所属模块*/ 
3   unsigned int id;   /*algorithm 的类型，定义于 i2c-id.h，以 I2C_ALGO_开始*/ 
4   unsigned int class; 
5   struct i2c_algorithm *algo;/*总线通信方法结构体指针*/ 
6   void *algo_data;/* algorithm 数据 */ 
7   int (*client_register)(struct i2c_client *);  /*client 注册时调用*/ 
8   int (*client_unregister)(struct i2c_client *); /*client 注销时调用*/ 
9   u8 level; 
10  struct semaphore bus_lock;    /*控制并发访问的自旋锁*/ 
11  struct semaphore clist_lock; 
12  int timeout; 
13  int retries;    /*重试次数*/ 
14  struct device dev;/* 适配器设备 */ 
15  struct class_device class_dev;/* 类设备 */ 
16  int nr; 
17  struct list_head clien;  /* client 链表头*/ 
18  struct list_head list; 
19  char name[48];  /*适配器名称*/ 
20  struct completion dev_released;    /*用于同步*/ 
21}; 

i2c_adapter 结构体

1  struct i2c_algorithm { 
2    int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap,struct i2c_msg *msgs,  
3                       int num);  /*i2c 传输函数指针*/ 
4    int (*smbus_xfer) (struct i2c_adapter *adap, u16 addr,   /*smbus 传输函数指针*/ 
5                       unsigned short flags, char read_write, 
6                       u8 command, int size, union i2c_smbus_data * data); 
7   u32 (*functionality) (struct i2c_adapter *);/*返回适配器支持的功能*/ 
8 }; 

i2c_algorithm 结构体

1  struct i2c_driver { 
2    int id; 
3    unsigned int class; 
4    int (*attach_adapter)(struct i2c_adapter *); /*依附 i2c_adapter 函数指针 */ 
5    int (*detach_adapter)(struct i2c_adapter *); /*脱离 i2c_adapter 函数指针*/ 
6    int (*detach_client)(struct i2c_client *);  /*i2c client 脱离函数指针*/ 
7     int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *); 
8    int (*remove)(struct i2c_client *); 
9    void (*shutdown)(struct i2c_client *); 
10    int (*suspend)(struct i2c_client *, pm_message_t mesg); 
11    int (*resume)(struct i2c_client *); 
12    int (*command)(struct i2c_client *client, unsigned int cmd, void *arg); 
13    struct device_driver driver; 
14    const struct i2c_device_id *id_table; /* 该驱动所支持的设备 ID 表 */ 
15    int (*detect)(struct i2c_client *, int kind, struct i2c_board_info *); 
16    const struct i2c_client_address_data *address_data; 
17    struct list_head clients; 
18 }; 

i2c_driver 结构体

1  struct i2c_client { 
2    unsigned int flags;/* 标志 */ 
3    unsigned short addr;   /* 低 7 位为芯片地址 */ 
4    char name[I2C_NAME_SIZE]; /* 设备名称 */ 
5    struct i2c_adapter *adapter;/*依附的 i2c_adapter*/ 
6    struct i2c_driver *driver;   /*依附的 i2c_driver */ 
7    struct device dev;   /* 设备结构体*/ 
8    int irq;   /* 设备使用的中断号*/ 
9    struct list_head list;       /* 链表头 */  
10   struct completion released;   /* 用于同步 */ 
11 }; 

i2c_client 结构体

（1）i2c_adapter 与 i2c_algorithm。

　　i2c_adapter 对应于物理上的一个适配器，而 i2c_algorithm 对应一套通信方法。一个 I2C 适配器需要 i2c_algorithm 中提供的通信函数来控制适配器上产生特定的访问周期缺少 i2c_algorithm的 i2c_adapter 什么也做不了，因此 i2c_adapter 中包含其使用的 i2c_algorithm 的指针。

　　i2c_algorithm 中的关键函数 master_xfer()用于产生 I2C 访问周期需要的信号，以 i2c_msg（即I2C 消息）为单位。i2c_msg 结构体也非常关键

1 struct i2c_msg { 
2   _  _u16 addr;/* 设备地址*/ 
3    _  _u16 flags;/* 标志 */ 
4    _  _u16 len;/* 消息长度*/ 
5    _  _u8 *buf;/* 消息数据*/ 
6 }; 

 
（2）i2c_driver 与 i2c_client。
　　i2c_driver 对应一套驱动方法，其主要成员函数是 probe()、remove()、suspend()、resume()等，另外 id_table 是该驱动所支持的 I2C 设备的 ID 表。i2c_client 对于真实的物理设备，每个 I2C 设备都需要一个 i2c_client 来描述。i2c_driver 与 i2c_client 的关系是一对多，一个 i2c_driver 上可以支持多个同等类型的 i2c_client。

 

3.我们怎么写一个i2c驱动？？

假如1：适配器驱动可能是 Linux 内核本身还不包含的 (一般不需要自己写的)

假如2：挂接在适配器上的具体设备驱动可能也是 Linux 内核还不包含的

!  提供 I2C 适配器的硬件驱动，探测、初始化I2C适配器（如申请I2C的I/O地址和中断号）、驱动 CPU 控制的 I2C 适配器从硬件上产生各种信号以及处理 I2C 中断等。

!  提供 I2C 适配器的 algorithm，用具体适配器的 xxx_xfer()函数填充 i2c_algorithm 的master_xfer 指针，并把 i2c_algorithm 指针赋值给 i2c_adapter 的 algo 指针。

!  实现 I2C 设备驱动中的 i2c_driver 接口，用具体设备 yyy 的 yyy_probe()、yyy_remove()、yyy_suspend()、yyy_resume()函数指针和 i2c_device_id 设备 ID 表赋值给 i2c_driver 的probe、remove、suspend、resume 和 id_table 指针。

!  实现 I2C 设备所对应类型的具体驱动，i2c_driver 只是实现设备与总线的挂接，而挂接在总线上的设备则是千差万别。例如，如果是字符设备，就实现文件操作接口，即实现具
体设备 yyy 的 yyy_read()、yyy_write()和 yyy_ioctl()函数等；如果是声卡，就实现 ALSA驱动。

上述工作中前两个属于 I2C 总线驱动（i2c适配器驱动），后两个属于 I2C 设备驱动。（一般 I2C 总线驱动不需要自己写的）

所以我们主要是写一个 I2C 设备驱动。

 

二：以at24c08为例写一个i2c设备驱动：（Smart210 linux3.0.8）

1.打开：linux-3.0.8/arch/arm/mach-s5pv210/mach-mini210.c这个.c文件。就是在这个文件中填写咱们设备的信息的，
这就是所说的bsp文件。首先添加头文件#include <linux/i2c/at24.h> 因为linux专门问iic接口的eeprom提供了相应的数据结构，要是不加，肯定要报错。接下来添加如下信息：

static struct at24_platform_data at24c08 = {
　　.byte_len = SZ_8K / 8,  //eeprom的容量大小（地址的总数）
      .page_size = 16,        //eeprom的一页中包含的字节数
};

然后添加如下的信息，主要把eeprom的信息包装成符合iic模型中的设备信息的格式：

static struct i2c_board_info i2c_devices[] __initdata = {
    { 
        I2C_BOARD_INFO("24c08", 0x50),  //后边的0x50是eeprom的地址，可能有人说应该是0xa0，但linux中需要的是7bit的地址，所以向右移一位，正好是0x50。当然了，最终会在linux的iic的读函数和写函数中变成0xa0和0xa1的格式
        .platform_data = &at24c08, 　　　　//　("24c08", 0x50) 24c08要记住，写设备驱动要struct i2c_device_id中定义的名字一样，，0x50位设备的标识符，也就是地址
    },
}; 

最后在mini210_machine_init函数中把上面写的信息注册到iic总线上：

static void __init mini210_machine_init(void)
{
        ...
 s3c_i2c2_set_platdata(&i2c2_data);

 i2c_register_board_info(0, i2c_devices, ARRAY_SIZE(i2c_devices));           //仿照着添加如下的，主要这里分为0、1和2，你可以设置适配器0的，跟开发板一样
         
 i2c_register_board_info(2, mini210_i2c_devs2, ARRAY_SIZE(mini210_i2c_devs2));
        ...
}

这就算把设备信息注册上了，重新编译一下你的linux内核吧，然后把编译好的内核烧进开发板，下面开始就是真正的驱动部分了。

 

at24c08驱动程序：

#include<linux/module.h>
#include<linux/init.h>
#include<linux/kernel.h>
#include<linux/fs.h>
#include<asm/uaccess.h>
#include<linux/i2c.h>
#include<linux/miscdevice.h>
#include<linux/slab.h>
#include<linux/list.h>
#include<linux/delay.h>
#include<linux/cdev.h>



#define DEBUG            1                 //调试所用，，因为遇到了空指针的问题，驱动中printk较多
#define AT24C08_MAJOR    0　　　　　　　　　　//设为0，系统自动分配主节点　　
#define AT24C08_NAME     "at24c08"

static unsigned char at24c08_major = AT24C08_MAJOR;

//设置一个设备结构体，便于管理
struct at24cxx_dev {                         
    char name[30];
    struct i2c_client *i2c_client;
    struct cdev *i2c_dev;
    unsigned long current_pointer;
};
static struct at24cxx_dev *at24c08_dev;

static int AT24C08_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
#ifdef  DEBUG
        printk(KERN_ALERT"AT24C08_open be called\\n");
#endif        

    filp->private_data = at24c08_dev;
    return 0;
}

//读函数
static int AT24C08_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ops)
{
    int trainfers = 0;
    int i = 0;
    unsigned char ret;
    unsigned char r_buff[500];
    
    struct at24cxx_dev *dev = (struct at24cxx_dev *)filp->private_data;
    dev->current_pointer = *ops;              //设置当前读写指针

　　//检查是否为读写
    if(i2c_check_functionality(dev->i2c_client->adapter, I2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA)) {
        while(trainfers <= size) {
            ret = i2c_smbus_read_byte_data(dev->i2c_client, dev->current_pointer + i);
            r_buff[i++] = (unsigned char)ret;
            trainfers++;
        }
        dev->current_pointer += trainfers;
        copy_to_user(buf, r_buff, size);
    }
    return trainfers;
}

//写函数
static int AT24C08_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ops)
{
    int trainfers = 0;
    int i = 0;
    int ret;
    unsigned char w_buff[500];
    
    struct at24cxx_dev *dev = (struct at24cxx_dev *)filp->private_data;
    dev->current_pointer = *ops;

    if(i2c_check_functionality(dev->i2c_client->adapter, I2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA)) {
        copy_from_user(w_buff, buf, size);
        while(trainfers <= size) {
            ret = i2c_smbus_write_byte_data(dev->i2c_client, dev->current_pointer + i, w_buff[i]);
            i++;
            trainfers++;
        }
        dev->current_pointer += trainfers;
    }
    return trainfers;
}

static int AT24C08_close(struct inode *inode , struct file *filp)
{
#ifdef  DEBUG
        printk(KERN_ALERT"AT24C08_close be called\\n");
#endif        
    
        filp->private_data = NULL;
        return 0;
}



static struct file_operations i2c_ops = {
    .owner     =     THIS_MODULE,
    .open      =     AT24C08_open,
    .read      =     AT24C08_read,
    .write     =     AT24C08_write,
    .release   =     AT24C08_close,
};


static int ac24c08_setup_cdev(struct at24cxx_dev *at24cxx_dev, unsigned char minor)
{
    int err;
    dev_t denom;

    denom = MKDEV(at24c08_major, minor);
     //这个一定要有，所遇到的空指针问题就在这，郁闷死
    at24c08_dev->i2c_dev = kmalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);
    if(!at24c08_dev->i2c_dev) {
        printk(KERN_ALERT"at24c08_dev->i2c_dev kmalloc error\\n");
        return -ENOMEM;
    }
    memset(at24c08_dev->i2c_dev, 0, sizeof(struct cdev));
        
    cdev_init(at24c08_dev->i2c_dev, &i2c_ops);
    at24c08_dev->i2c_dev->owner = THIS_MODULE;
    at24c08_dev->i2c_dev->ops  = &i2c_ops;

    err = cdev_add(at24c08_dev->i2c_dev, denom, 1);
    if(err) {
        printk(KERN_ALERT"cdev_add error\\n");
        return err;
    }
    return 0;
}

//探测函数
static int at24c08_probe(struct i2c_client *client , const struct i2c_device_id *id)
{
    int err;
    dev_t denom;
#ifdef  DEBUG
    printk(KERN_ALERT"at24c08_probe start\\n");
#endif        
    
    denom = MKDEV(at24c08_major, 0);
    if(AT24C08_MAJOR) {
        err = register_chrdev_region(denom, 1, AT24C08_NAME);
    } else {
        err = alloc_chrdev_region(&denom, 0, 1, AT24C08_NAME);
        at24c08_major = MAJOR(denom);
    }
    if(err) {
        printk(KERN_ALERT"alloc_chrdev_region error\\n");
        return err;
    }
#ifdef  DEBUG
        printk(KERN_ALERT"kmalloc start\\n");
#endif    

    at24c08_dev = kmalloc(sizeof(struct at24cxx_dev), GFP_KERNEL);
    if(!at24c08_dev) {
        printk(KERN_ALERT"at24c08_dev kmalloc error\\n");
        goto out1;
    }
    memset(at24c08_dev, 0, sizeof(struct at24cxx_dev));
    
#ifdef  DEBUG
        printk(KERN_ALERT"kmalloc end\\n");
#endif        

    at24c08_dev->i2c_client = client;

#ifdef  DEBUG
            printk(KERN_ALERT"ac24c08_setup_cdev start\\n");
#endif        

    err = ac24c08_setup_cdev(at24c08_dev, 0);
    if(err) {
        printk(KERN_ALERT"ac24c08_setup_cdev error\\n");
        goto out2;
    }
#ifdef  DEBUG
            printk(KERN_ALERT"ac24c08_setup_cdev end\\n");
#endif    


    return 0;

out2:
    kfree(at24c08_dev);
out1:
    unregister_chrdev_region(denom, 1);
#ifdef  DEBUG
        printk(KERN_ALERT"at24c08_probe error\\n");
#endif        
    return err;
}


static int at24c08_remove(struct i2c_client *client)
{
    cdev_del(at24c08_dev->i2c_dev);
    kfree(at24c08_dev);
    unregister_chrdev_region(MKDEV(at24c08_major, 0), 1);
    return 0;
}



static struct i2c_device_id at24c08_id[] = {
        {"24c08", 0},
        {},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(i2c,at24c08_id);

static struct i2c_driver at24c08_drv = {
    .probe     =      at24c08_probe,
    .remove    =      __devexit_p(at24c08_remove),
    .id_table  =      at24c08_id,
    .driver    = {
        .name  =  "24c08",  
        .owner =  THIS_MODULE,
    },
};


static int __init at24c08_init(void)
{
#ifdef  DEBUG
    printk(KERN_ALERT"at24c08_init start\\n");
#endif        
    i2c_add_driver(&at24c08_drv);
    return 0;
}


static void __exit at24c08_exit(void)
{
#ifdef  DEBUG
    printk(KERN_ALERT"at24c08_exit \\n");
#endif        
    i2c_del_driver(&at24c08_drv);
}


module_init(at24c08_init);
module_exit(at24c08_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

 

深入参考： http://blog.csdn.net/airk000/article/details/21345535

 

附加：I2C对外API

I2C对外API