【转载】I2C子系统
作者：互联网
转载原文：
https://blog.csdn.net/qq_31885403/article/details/121522775
I2C子系统的作用：
为屏蔽不同的I2C主机控制器驱动，可以使I2C设备驱动仅关心如何操作I2C设备，而不需要了解I2C主机控制器（主控芯片）的细节，从而使I2C设备驱动可以独立存在，适用于不同的硬件平台。
I2C驱动框架的主要目标是：
让驱动开发者可以在内核中方便的添加自己的I2C设备的驱动程序，从而可以更容易的在linux下驱动自己的I2C接口硬件。
一、基本知识：
1、cpu一般只有一个iic_core，有几条IIC总线（比如IIC0、IIC1、IIC2），驱动内就会有几个i2c_adapter（适配器）;
2、板上有多少个外围IIC设备（比如摄像头、触摸屏），驱动内就会有多少个iic_client;
3、ls -l /dev/i2c*就会看到主设备号只有一个(89),有几条IIC总线，就会有多少个次设备号；
4、IIC驱动其实包括两方面：适配器驱动(或者叫IIC总线驱动)和iic设备驱动。
5、IIC核心加上IIC驱动，构成了IIC驱动架构的所有3个部分，
I2C核心，由Linux内核维护者编写，代码目录位于kernel\drivers\i2c。I2C核心提供了I2C总线驱动和总线设备注册，注销，通信等接口。
I2C总线驱动（I2C适配器驱动，也就是主控芯片上的I2C模块驱动），由主控芯片厂家编写，并放入Linux内核源码中，不同厂家的芯片，都有其对应的不同的I2C适配器驱动，代码目录位于V2.1\kernel\drivers\i2c\busses。通过写主控芯片的寄存器，控制主控芯片内部的I2C模块，输出标准I2C时序。主要提供读写I2C寄存器的接口。
I2C设备驱动（具体某个设备的I2C驱动），由驱动工程师编写，并放入Linux内核源码中，目录位置不定。通过I2C通讯，来读写具体设备的寄存器，比如某个摄像头设备。提供给应用层控制具体设备的接口，ioctl等。
适配器驱动：
（芯片厂商负责的，一般不同的芯片厂商的芯片，都有不同的I2C适配器驱动，都是芯片原厂厂家写好，放入Linux内核里的kernel/drivers/i2c/busses$目录）可能是linux内核本身还不包含的，需提供I2C适配器的硬件驱动，探测并初始化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，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。驱动内的probe函数的最后，通过执行i2c_add_adapter()将适配器驱动注册进入Linux内核。
主控芯片的设备树dts文件中，有多少个i2c总线匹配上了名称，probe函数就执行多少次，每一条名字匹配上的i2c总线，分别i2c_add_adapter()一次。
设备驱动：
（驱动工程师负责的，给不同的具体设备写不同的设备驱动，比如某个型号的摄像头）实现I2C设备驱动中的i2c_driver接口，具体设备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。一开始，驱动入口处通过执行i2c_add_driver()将I2C设备驱动注册进入Linux内核。
在LINUX内核中,每个IIC驱动对应的结构体为struct i2c_driver。在xxx_probe()的最后，会使用device_create在/sys/class/ 下创建设备一个文件节点。
Linux i2c驱动架构：
I2C子系统的4个关键结构体
struct i2c_adapter：I2C适配器。在i2c适配器驱动内初始化，芯片厂商负责写好，不同的芯片平台有不同的适配器驱动。
struct i2c_algorithm：I2C算法，也叫通信方法。在i2c适配器驱动内初始化，芯片厂商负责写好，不同的芯片平台有不同的算法。 缺少i2c_algorithm的i2c_adapter什么也做不了，因此i2c_adapter中包含其使用i2c_algorithm的指针。i2c_algorithm中的关键函数master_xfer()用于（用写主控芯片寄存器的方式）产生i2c访问周期需要的start stop ack信号，以i2c_msg（即i2c消息）为单位发送和接收通信数据。
struct i2c_driver：对应一套驱动方法，其主要是驱动我们的i2c设备的，比如设备的初始化、上电时序、下电时序等等。包含很多函数指针，指向实现不同具体功能的函数。
struct i2c_client：对应真实的i2c物理设备device，每个i2c设备都需要一个i2c_client来描述。包含很多设备相关的信息。
驱动中i2c_adapter和i2c_client的关系与i2c实际硬件中适配器（某个I2C总线）和设备（某个设备）的关系一致，即i2c_client依附于i2c_adapter,由于一个适配器上可以连接多个i2c设备，所以i2c_adapter中包含依附于它的i2c_client的链表。
各种I2C接口的设备驱动都需要通过I2C子系统的i2c-core-base.c内提供的API “i2c_transfer()”来进行读写寄存器的操作。瑞芯微的os04a10.c驱动中使用i2c_master_send()来发送I2C数据，i2c_transfer()来读取I2C数据，但是i2c_master_send()最终也是调用i2c_transfer()。 i2c_transfer(client->adapter, msgs, ARRAY_SIZE(msgs)); 其中第1个参数是client（某个具体设备，比如某个摄像头）下的某个adapter（某个I2C适配器，也就是具体是主控芯片中的I2C几，比如I2C1、I2C2、I2C0）。每个设备都记录着自己是位于哪个I2C适配器（I2C总线）下面。 其中第2个参数i2c_msg，里面包含了从机I2C地址。
struct i2c_msg {
__u16 addr; /* slave address*/
__u16 flags;
__u16 len; /* msg length*/
__u8 *buf; /* pointer to msg data*/
};
I2C总线的i2c_client是在哪生成的？ https://blog.csdn.net/qq_45544223/article/details/109673067 S：I2C总线的i2c_client的提供是内核通过i2c_add_adapter/i2c_add_numbered_adapter接口调用时自动生成的，生成的原料是mach-x210.c中的i2c_register_board_info(1, i2c_devs1, ARRAY_SIZE(i2c_devs1));生成之后就能与i2c_drivert通过i2c_driver的id_table里面的名字匹配。
读写I2C寄存器的流程是怎么样的，如下图：
在用户空间时，在/dev/i2c-x文件接口，使用文件操作来写入I2C数据，I2C数据传输到内核空间中的write()函数，再传输到i2c_master_send()，最后调用i2c_transfer()将数据最终传输给i2c-adapter也就是i2c适配器驱动（就是主控芯片里的i2c模块对应的驱动），内对应的i2c_algorithm里的master_xfer()函数，该函数通过写主控芯片寄存器的方式，控制主控芯片内部的i2c模块发送标准的i2c时序（start stop ack信号），传输I2C数据给具体的i2c设备（比如摄像头）。
下面给出一个i2c子系统实例代码（用设备树实现）：
主机 - 三星的某款cpu
从机 - mpu6050三轴加速度传感器
设备树描述：
当设备树被内核解析后会生成一个依附于i2c-0这个adapter的i2c_client
@i2c-0 {//表示这个i2c_client所依附的adapter是i2c-0
//对应i2c_client的name = "invensense,mpu6050"
compatible = "invensense,mpu6050";
//对应i2c_client的addr = 0x69 -- 从机设备的地址
reg = <0x69>;
//对应i2c_client的irq
interrupts = <70>;
};
driver代码：
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include "mpu6050.h"
MODULE_LICENSE("GPL");
#define SMPLRT_DIV 0x19
#define CONFIG 0x1A
#define GYRO_CONFIG 0x1B
#define ACCEL_CONFIG 0x1C
#define TEMP_OUT_H 0x41
#define TEMP_OUT_L 0x42
#define PWR_MGMT_1 0x6B
int MAJOR = 255;
int MINOR = 0;
struct mpu6050_device {
struct cdev cdev;
dev_t devno;
struct i2c_client * client;
}mpu6050_dev;
/* 读取mpu6050中一个字节的数据,将读取的数据的地址返回 */
static int mpu6050_read_byte(struct i2c_client * client, unsigned char reg_add)
{
int ret;
/* 要读取的那个寄存器的地址 */
char txbuf = reg_add;
/* 用来接收读到的数据 */
char rxbuf[1];
/* i2c_msg指明要操作的从机地址，方向，缓冲区 */
struct i2c_msg msg[] = {
{client->addr, 0, 1, &txbuf}, //0表示写，向往从机写要操作的寄存器的地址
{client->addr, I2C_M_RD, 1, rxbuf}, //读数据
};
/* 通过i2c_transfer函数操作msg */
ret = i2c_transfer(client->adapter, msg, 2); //执行2条msg
if (ret < 0)
{
printk("i2c_transfer read err\n");
return -1;
}
return rxbuf[0];
}
static int mpu6050_write_byte(struct i2c_client * client, unsigned char reg_addr, unsigned char data)
{
int ret;
/* 要写的那个寄存器的地址和要写的数据 */
char txbuf[] = {reg_addr, data};
/* 1个msg，写两次 */
struct i2c_msg msg[] = {
{client->addr, 0, 2, txbuf}
};
ret = i2c_transfer(client->adapter, msg, 1);
if (ret < 0)
{
printk("i2c_transfer write err\n");
return -1;
}
return 0;
}
static int mpu6050_open(struct inode * inodep, struct file * filep)
{
printk("%s called\n", __func__);
mpu6050_write_byte(mpu6050_dev.client, PWR_MGMT_1, 0x00);
mpu6050_write_byte(mpu6050_dev.client, SMPLRT_DIV, 0x07);
mpu6050_write_byte(mpu6050_dev.client, CONFIG, 0x06);
mpu6050_write_byte(mpu6050_dev.client, GYRO_CONFIG, 0xF8);
mpu6050_write_byte(mpu6050_dev.client, ACCEL_CONFIG, 0x19);
return 0;
}
static int mpu6050_release(struct inode * inodep, struct file * filep)
{
printk("%s called\n", __func__);
return 0;
}
void get_temp(union mpu6050_data * data)
{
data->temp = mpu6050_read_byte(mpu6050_dev.client, TEMP_OUT_L);
data->temp |= mpu6050_read_byte(mpu6050_dev.client, TEMP_OUT_H) << 8;
}
static long mpu6050_ioctl(struct file * filep, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
union mpu6050_data data;
switch (cmd)
{
case GET_TEMP:
get_temp(&data);
break;
default:
break;
}
if (copy_to_user((unsigned int *)arg, &data, sizeof(data)))
return -1;
return 0;
}
struct file_operations mpu6050_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = mpu6050_open,
.release = mpu6050_release,
.unlocked_ioctl = mpu6050_ioctl,
};
/* 匹配函数,设备树中的mpu6050结点对应转换为一个client结构体 */
static int mpu6050_probe(struct i2c_client * client, const struct i2c_device_id * id)
{
int ret;
printk("mpu6050 match ok!\n");
mpu6050_dev.client = client;
/* 注册设备号 */
mpu6050_dev.devno = MKDEV(MAJOR, MINOR);
ret = register_chrdev_region(mpu6050_dev.devno, 1, "mpu6050");
if (ret < 0)
goto err1;
cdev_init(&mpu6050_dev.cdev, &mpu6050_fops);
mpu6050_dev.cdev.owner = THIS_MODULE;
ret = cdev_add(&mpu6050_dev.cdev, mpu6050_dev.devno, 1);
if (ret < 0)
goto err2;
return 0;
err2:
unregister_chrdev_region(mpu6050_dev.devno, 1);
err1:
return -1;
}
static int mpu6050_remove(struct i2c_client * client)
{
printk("mpu6050 removed!\n");
cdev_del(&mpu6050_dev.cdev);
unregister_chrdev_region(mpu6050_dev.devno, 1);
return 0;
}
/* 用来匹配mpu6050的设备树 */
static struct of_device_id mpu6050_of_match[] = {
{.compatible = "invensense,mpu6050"},
{},
};
struct i2c_driver mpu6050_driver = {
.driver = {
.name = "mpu6050",
.owner = THIS_MODULE,
.of_match_table = of_match_ptr(mpu6050_of_match),
},
.probe = mpu6050_probe,
.remove = mpu6050_remove,
};
static int mpu6050_init(void)
{
printk("%s called\n", __func__);
i2c_add_driver(&mpu6050_driver);
return 0;
}
static void mpu6050_exit(void)
{
printk("%s called\n", __func__);
i2c_del_driver(&mpu6050_driver);
return ;
}
module_init(mpu6050_init);
module_exit(mpu6050_exit);
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