一、IIC 总线概述：
IIC 即Inter-Integrated Circuit(集成电路总线）
I2C总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线， I2C总线只有两根双向信号线。一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。
每个接到I2C总线上的器件都有唯一的地址。主机与其它器件间的数据传送可以是由主机发送数据到其它器件，这时主机即为发送器。由总线上接收数据的器件则为接收器。
二、IIC 总线通信协议：
要掌握IIC的通信协议，需要掌握以下6个通信信号：
1.起始信号
2.终止信号
3.写数据
4.读数据
5.应答信号
6.非应答信号
-
起始和终止信号
SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号。 -
应答信号
IIC 总线协议规定，每传送一个字节数据后，都要有一个应答信号以确定数据传送是否被对方收到。应答信号由接受设备产生，在SCL为高电平期间，接受设备将SDA拉低为低电平，表示数据传输正确，产生应答（ACK） -
数据传送
I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。
根据AT24C02的芯片，可编写以下信号函数程序：
//1.起始信号 SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；
void IIC_Start(void)
{
SDA = 1;
SCL = 1; delay_us(1); //15us >> 4.7us SDA = 0; delay_us(1); SCL = 0; } //2.终止信号 SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号。 void IIC_Stop(void) { SDA = 0; SCL = 1; delay_us(1); //15us >> 4.7us SDA = 1; delay_us(1); SCL = 0; } void IIC_SendByte(unsigned char dat) //3.写数据 { unsigned char i; for (i = 0; i < 8; i++) { if((dat<0x80) { SDA = 1; } else { SDA = 0; } SCL = 1; //开始让数据维持稳定 delay_us(1); SCL = 0; delay_us(1); } SDA = 1; //释放总线 ， 发送完8位，主机置高电平 SCL = 1; delay_us(1); if (SDA) //SDA 低电平 从机回馈低电平 { ack = 0; //0 == ack 代表无ack信号， 从机不应答，发送不成功 } else { ack = 1; //从机应答，发送成功 } SCL = 0; delay_us(5); } unsigned char IIC_RecvByte(void) //4. 读数据 { unsigned char i, temp; SDA = 1; //保险 高的 与 上低的 是低的， 线与 for (i = 0; i < 8; i++) { SCL = 0; // 告诉 数据可以变化 SDA 脉冲线 //只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。 delay_us(1); SCL = 1; // 数据保持稳定， 开始读 delay_us(1); temp<<=1; if (SDA) { temp = temp + 1; } } SCL = 0; delay_us(10); return temp; } void IIC_ACK(void) //5. 应答信号 { SDA = 0; SCL = 1; delay_us(1); SCL = 0; } void IIC_NOACK(void) //6. 非应答信号 { SDA = 1; SCL = 1; delay_us(1); SCL = 0; } 根据时序图，可编写24C02的读写函数程序：
unsigned char AT24CXX_WriteStr(unsigned char devaddr, unsigned char romaddr, unsigned char *s, unsigned char num) { unsigned char i; IIC_Start(); IIC_SendByte(devaddr); if (0 == ack) { return 0; } IIC_SendByte(romaddr); if (0 == ack) { return 0; } for (i = 0; i < num; i++) { IIC_SendByte(*s); if (0 == ack) { return 0; } s++; } IIC_Stop(); return 1; }
unsigned char AT24CXX_ReadStr(unsigned char devaddr, unsigned char romaddr, unsigned char *s, unsigned char num) { unsigned char i; IIC_Start(); IIC_SendByte(devaddr); if (0 == ack) //无应答 返回0 失败 { return 0; } IIC_SendByte(romaddr); if (0 == ack) { return 0; } IIC_Start(); IIC_SendByte(devaddr + 1); if (0 == ack) { return 0; } for (i = 0; i < num - 1; i++) { *s = IIC_RecvByte(); IIC_ACK(); s++; } *s = IIC_RecvByte(); IIC_NOACK(); IIC_Stop(); return 1; }三、有关 IIC 总线常见面试题：（参考）
- 介绍一下你了解的I2C？
I2C总线是飞利浦（PHLIPS）公司推出的一种串行总线，用于连接微控制器及其外围设备， I2C串行总线有两根双向信号线。一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。 它仅通过两根信号线就可以完成对所有挂载在I2C总线上的从器件进行操作。这样的好处是可以大大的节省我们微处理器的IO口资源。
- I2C到底可以挂载多少个器件呢？
答：IIC协议规定，在启动总线后第1字节的高7位是从节点的寻址地址，其中高四位为器件类型识别符，接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作，所以具体挂载多少个器件由I2C地址决定，7位寻址地址减去1个广播地址0x00不用，所以有2^7=128 - 1 = 127，那就是127个地址， 所以理论上可以挂127个从器件。
- I2C如何同时挂载多个同一种器件（地址相同的器件）？
答：理论上是不会这样设计的，如果一定要这样做的话，可以通过硬件上设计，控制器件是否挂载总线来实现（方法可用一个开关电路切断器件SDA或者SCL是否接入总线来实现）
- I2C总线的主机与从机之间是如何通信的呢？
I2C总线的主机与从机之间的通信主要和I2C的时序有关。在通信开始的时候SCL与SDA都置为高电平，此时为总线空闲时间。当SCL为高电平期间SDA的电平被拉低，标志这总线的启动。当SCL为高电平期间SDA的电平被拉高，标志这总线的终止。在进行数据传送时，SCL为高电平期间，SDA上的数据必须保持稳定，只有在SCL的信号为低电平时，SDA上的高电平才允许变化。所以只要我们根据芯片手册正确的写好IIC的时序，按时序发送器件地址（不同的器件的地址不同）以及数据，就可以使主机与从机之间通信。
- I2C总线的仲裁你知道吗？
总线上可能挂接有多个器件，有时会发生两个或多个主器件同时想占用总线的情况，这种情况叫做总线竞争。I2C总线具有多主控能力，可以对发生在SDA线上的总线竞争进行仲裁，其仲裁原则是这样的：当多个主器件同时想占用总线时，如果某个主器件发送高电平，而另一个主器件发送低电平，则发送电平与此时SDA总线电平不符的那个器件将自动关闭其输出级。总线竞争的仲裁是在两个层次上进行的。首先是地址位的比较，如果主器件寻址同一个从器件，则进入数据位的比较，从而确保了竞争仲裁的可靠性。由于是利用I2C总线上的信息进行仲裁，因此不会造成信息的丢失。
- I2C时钟信号（SCL）的同步问题
在I2C总线上传送信息时的时钟同步信号是由挂接在SCL线上的所有器件的逻辑“与”完成的。SCL线上由高电平到低电平的跳变将影响到这些器件，一旦某个器件的时钟信号下跳为低电平，将使SCL线一直保持低电平，使SCL线上的所有器件开始低电平期。此时，低电平周期短的器件的时钟由低至高的跳变并不能影响SCL线的状态，于是这些器件将进入高电平等待的状态。当所有器件的时钟信号都上跳为高电平时，低电平期结束，SCL线被释放返回高电平，即所有的器件都同时开始它们的高电平期。其后，第一个结束高电平期的器件又将SCL线拉成低电平。这样就在SCL线上产生一个同步时钟。可见，时钟低电平时间由时钟低电平期最长的器件确定，而时钟高电平时间由时钟高电平期最短的器件确定。
- I2C总线的其他注意点
1、进行数据传送时，在SCL为高电平期间，SDA线上电平必须保持稳定，只有SCL为低时，才允许SDA线上电平改变状态。并且每个字节传送时都是高位在前。
2、对于应答信号，ACK=0时为有效应答位，说明从机已经成功接收到该字节，若为1则说明接受不成功。
3、如果从机需要延迟下一个数据字节开始传送的时间，可以通过把SCL电平拉低并保持来强制主机进入等待状态。
4、主机完成一次通信后还想继续占用总线在进行一次通信，而又不释放总线，就要利用重启动信号Sr。它既作为前一次数据传输的结束，又作为后一次传输的开始。
5、总线冲突时，按“低电平优先”的仲裁原则，把总线判给在数据线上先发送低电平的主器件。
6、在特殊情况下，若需禁止所有发生在I2C总线上的通信，可采用封锁或关闭总线，具体操作为在总线上的任一器件将SCL锁定在低电平即可。
7、SDA仲裁和SCL时钟同步处理过程没有先后关系，而是同时进行的。
I2C的基础概念和框架
一、IIC 基础概念
IIC(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。IIC总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理。
1、 IIC总线的特点
IIC总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此IIC总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。IIC总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。
2、IIC总线工作原理
a -- 总线构成
IIC总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，IIC总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。
CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分：
1) 地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；
2) 控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。
这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。
b -- 信号类型
IIC总线在传送数据过程中共有四种类型信号：
开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据；
结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据；
数据传输信号：在开始条件以后，时钟信号SCL的高电平周期期问，当数据线稳定时，数据线SDA的状态表示数据有效，即数据可以被读走，开始进行读操作。在时钟信号SCL的低电平周期期间，数据线上数据才允许改变。每位数据需要一个时钟脉冲。
应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。
目前有很多半导体集成电路上都集成了IIC接口。带有IIC接口的单片机有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供IIC接口。
3、总线基本操作
IIC规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。 总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。
a -- 控制字节
在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，EEPROM一般应为1010），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作。
b -- 写操作
写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。关于页面写的地址、应答和数据传送的时序。
c -- 读操作
读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。图4给出的是顺序读的时序图。应当注意的是：最后一个读操作的第9个时钟周期不是“不关心”。为了结束读操作，主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。
d -- 总线仲裁
主机只能在总线空闲的时候启动传输。两个或多个主机可能在起始条件的最小持续内产生一个起始条件，结果在总线上产生一个规定的起始条件。
当SCL线是高电平时，仲裁在SDA线发生：这样，在其他主机发送低电平时，发送高电平的主机将断开它的数据输出级，因为总线上的电平和它自己的电平不同。
仲裁可以持续多位。从地址位开始，同一个器件的话接着就是数据位（如果主机-发送器），或者比较相应位（如果主机-接收器）。IIC总线的地址和数据信息由赢得仲裁的主机决定，在这个过程中不会丢失信息。
仲裁不能在下面情况之间进行：
1）重复起始条件和数据位；
2）停止条件和数据位；
3）重复起始条件和停止条件。
4、特性总结
IIC肯定是2线的(不算地线)IIC协议确实很科学,比3/4线的SPI要好,当然线多通讯速率相对就快了
IIC的原则是
a -- 在SCL=1(高电平)时,SDA千万别忽悠!!!否则,SDA下跳则"判罚"为"起始信号S",SDA上跳则"判罚"为"停止信号P".
b -- 在SCL=0(低电平)时,SDA随便忽悠!!!(可别忽悠过火到SCL跳高)
c -- 每个字节后应该由对方回送一个应答信号ACK做为对方在线的标志.非应答信号一般在所有字节的最后一个字节后.一般要由双方协议签定.
d -- SCL必须由主机发送,否则天下大乱
e -- 首字节是"片选信号",即7位从机地址加1位方向(读写)控制.从机收到(听到)自己的地址才能发送应答信号(必须应答!!!)表示自己在线.其他地址的从机不允许忽悠!!!(当然群呼可以忽悠但只能听不许说话)
f -- 读写是站在主机的立场上定义的."读"是主机接收从机数据,"写"是主机发送数据给从机.
g-- 重复位主要用于主机从发送模式到接收模式的转换"信号",由于只有2线,所以收发转换肯定要比SPI复杂,因为SPI可用不同的边沿来收发数据,而IIC不行.
h -- 在硬件IIC模块,特别是MCU/ARM/DSP等每个阶段都会得到一个准确的状态码,根据这个状态码可以很容易知道现在在什么状态和什么出错信息.
i -- 7位IIC总线可以挂接127个不同地址的IIC设备,0号"设备"作为群呼地址.10位IIC总线可以挂接更多的10位IIC设备.
二、 Linux下IIC驱动架构
Linux定义了系统的IIC驱动体系结构，在Linux系统中，IIC驱动由3部分组成，即IIC核心、IIC总线驱动和IIC设备驱动。这3部分相互协作，形成了非常通用、可适应性很强的IIC框架。
上图完整的描述了linux i2c驱动架构，虽然I2C硬件体系结构比较简单，但是i2c体系结构在linux中的实现却相当复杂。
那么我们如何编写特定i2c接口器件的驱动程序？就是说上述架构中的那些部分需要我们完成，而哪些是linux内核已经完善的或者是芯片提供商已经提供的？
1、架构层次分类
第一层：提供i2c adapter的硬件驱动，探测、初始化i2c adapter（如申请i2c的io地址和中断号），驱动soc控制的i2c adapter在硬件上产生信号（start、stop、ack）以及处理i2c中断。覆盖图中的硬件实现层
第二层：提供i2c adapter的algorithm，用具体适配器的xxx_xferf()函数来填充i2c_algorithm的master_xfer函数指针，并把赋值后的i2c_algorithm再赋值给i2c_adapter的algo指针。覆盖图中的访问抽象层、i2c核心层
第三层：实现i2c设备驱动中的i2c_driver接口，用具体的i2c device设备的attach_adapter()、detach_adapter()方法赋值给i2c_driver的成员函数指针。实现设备device与总线（或者叫adapter）的挂接。覆盖图中的driver驱动层
第四层：实现i2c设备所对应的具体device的驱动，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的，所以要实现具体设备device的write()、read()、ioctl()等方法，赋值给file_operations，然后注册字符设备（多数是字符设备）。覆盖图中的driver驱动层
第一层和第二层又叫i2c总线驱动(bus)，第三第四属于i2c设备驱动(device driver)。
在linux驱动架构中，几乎不需要驱动开发人员再添加bus，因为linux内核几乎集成所有总线bus，如usb、pci、i2c等等。并且总线bus中的(与特定硬件相关的代码)已由芯片提供商编写完成，例如三星的s3c-2440平台i2c总线bus为/drivers/i2c/buses/i2c-s3c2410.c
第三第四层与特定device相干的就需要驱动工程师来实现了。
2、Linux下I2C驱动体系结构三部分详细分析
a -- IIC核心
IIC 核心提供了IIC总线驱动和设备驱动的注册、注销方法，IIC通信方法（即“algorithm”，笔者认为直译为“运算方法”并不合适，为免引起误解， 下文将直接使用“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。
在我们的Linux驱动的i2c文件夹下有algos，busses，chips三个文件夹，另外还有i2c-core.c和i2c-dev.c两个文件。
i2c-core.c文件实现了I2Ccore框架，是Linux内核用来维护和管理的I2C的核心部分，其中维护了两个静态的List，分别记录系统中的I2Cdriver结构和I2Cadapter结构。I2Ccore提供接口函数，允许一个I2Cadatper，I2Cdriver和I2Cclient初始化时在I2Ccore中进行注册，以及退出时进行注销。同时还提供了I2C总线读写访问的一般接口，主要应用在I2C设备驱动中。
b -- IIC总线驱动
IIC总线驱动是对IIC硬件体系结构中适配器端的实现，适配器可由CPU控制，甚至直接集成在CPU内部。总线驱动的职责，是为系统中每个I2C总线增加相应的读写方法。但是总线驱动本身并不会进行任何的通讯，它只是存在那里，等待设备驱动调用其函数。
IIC总线驱动主要包含了IIC适配器数据结构i2c_adapter、IIC适配器的algorithm数据结构i2c_algorithm和控制IIC适配器产生通信信号的函数。经由IIC总线驱动的代码，我们可以控制IIC适配器以主控方式产生开始位、停止位、读写周期，以及以从设备方式被读写、产生ACK等。
Busses文件夹下的i2c-mpc.c文件实现了PowerPC下I2C总线适配器驱动，定义描述了具体的I2C总线适配器的i2c_adapter数据结构，实现比较底层的对I2C总线访问的具体方法。I2Cadapter 构造一个对I2Ccore层接口的数据结构，并通过接口函数向I2Ccore注册一个控制器。I2Cadapter主要实现对I2C总线访问的算法，iic_xfer() 函数就是I2Cadapter底层对I2C总线读写方法的实现。同时I2Cadpter 中还实现了对I2C控制器中断的处理函数。
c -- IIC设备驱动
IIC设备驱动是对IIC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IIC适配器上，通过IIC适配器与CPU交换数据。设备驱动则是与挂在I2C总线上的具体的设备通讯的驱动。通过I2C总线驱动提供的函数，设备驱动可以忽略不同总线控制器的差异，不考虑其实现细节地与硬件设备通讯。
IIC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。
i2c-dev.c文件中实现了I2Cdriver，提供了一个通用的I2C设备的驱动程序，实现了字符类型设备的访问接口，实现了对用户应用层的接口，提供用户程序访问I2C设备的接口，包括实现open，release，read，write以及最重要的ioctl等标准文件操作的接口函数。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。
通过I2Cdriver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。
3、重要的结构体
因为IIC设备种类太多，如果每一个IIC设备写一个驱动程序，那么显得内核非常大。不符合软件工程代码复用，所以对其层次话：
这里简单的将IIC设备驱动分为设备层、总线层。理解这两个层次的重点是理解4个数据结构，这4个数据结构是i2c_driver、i2c_client、i2c_algorithm、i2c_adapter。i2c_driver、i2c_client属于设备层；i2c_algorithm、i2c_adapter属于总线型。如下图：
设备层关系到实际的IIC设备，总线层包括CPU中的IIC总线控制器和控制总线通信的方法。值得注意的是：一个系统中可能有很多个总线层，也就是包含多个总线控制器；也可能有多个设备层，包含不同的IIC设备
由IIC总线规范可知，IIC总线由两条物理线路组成，这两条物理线路是SDA和SCL。只要连接到SDA和SCL总线上的设备都可以叫做IIC设备。
a -- i2c_client
一个IIC设备由i2c_client数据结构进行描述：
- struct i2c_client
- {
- unsigned short flags; //标志位
- unsigned short addr; //设备的地址，低7位为芯片地址
- char name[I2C_NAME_SIZE]; //设备的名称，最大为20个字节
- struct i2c_adapter *adapter; //依附的适配器i2c_adapter，适配器指明所属的总线
- struct i2c_driver *driver; //指向设备对应的驱动程序
- struct device dev; //设备结构体
- int irq; //设备申请的中断号
- struct list_head list; //连接到总线上的所有设备
- struct list_head detected; //已经被发现的设备链表
- struct completion released; //是否已经释放的完成量
- };
设备结构体i2c_client中addr的低8位表示设备地址。设备地址由读写位、器件类型和自定义地址组成，如下图：
第7位是R/W位，0表示写，2表示读，所以I2C设备通常有两个地址，即读地址和写地址；
类型器件由中间4位组成，这是由半导体公司生产的时候就已经固化了；
自定义类型由低3位组成。由用户自己设置；
IIC设备还有一些重要的注意事项：
1、i2c_client数据结构是描述IIC设备的“模板”，驱动程序的设备结构中应包含该结构；
2、adapter指向设备连接的总线适配器，系统可能有多个总线适配器。内核中静态指针数组adapters记录所有已经注册的总线适配器设备；
3、driver是指向设备驱动程序，这个驱动程序是在系统检测到设备存在时赋值的；
b -- IIC设备驱动 i2c_driver
- struct i2c_driver
- {
- int id; //驱动标识ID
- unsigned int class; //驱动的类型
- int (*attach_adapter)(struct i2c_adapter *); //当检测到适配器时调用的函数
- int (*detach_adapter)(struct i2c_adapter*); //卸载适配器时调用的函数
- int (*detach_client)(struct i2c_client *) __deprecated; //卸载设备时调用的函数
- //以下是一种新类型驱动需要的函数，这些函数支持IIC设备动态插入和拔出。如果不想支持只实现上面3个。要不实现上面3个。要么实现下面5个。不能同时定义
- int (*probe)(struct i2c_client *,const struct i2c_device_id *); //新类型设备探测函数
- int (*remove)(struct i2c_client *); //新类型设备的移除函数
- void (*shutdown)(struct i2c_client *); //关闭IIC设备
- int (*suspend)(struct i2c_client *,pm_messge_t mesg); //挂起IIC设备
- int (*resume)(struct i2c_client *); //恢复IIC设备
- int (*command)(struct i2c_client *client,unsigned int cmd,void *arg); //使用命令使设备完成特殊的功能。类似ioctl（）函数
- struct devcie_driver driver; //设备驱动结构体
- const struct i2c_device_id *id_table; //设备ID表
- int (*detect)(struct i2c_client *,int kind,struct i2c_board_info *); //自动探测设备的回调函数
- const struct i2c_client_address_data *address_data; //设备所在的地址范围
- struct list_head clients; //指向驱动支持的设备
- };
结构体i2c_driver和i2c_client的关系较为简单，其中i2c_driver表示一个IIC设备驱动，i2c_client表示一个IIC设备。关系如下图：
c -- i2c_adapter
IIC总线适配器就是一个IIC总线控制器，在物理上连接若干个IIC设备。IIC总线适配器本质上是一个物理设备，其主要功能是完成IIC总线控制器相关的数据通信：
- struct i2c_adapter
- {
- struct module *owner; //模块计数
- unsigned int id; //alogorithm的类型，定义于i2c_id.h中
- unsigned int class; //允许探测的驱动类型
- const struct i2c_algorithm *algo; //指向适配器的驱动程序
- void *algo_data; //指向适配器的私有数据，根据不同的情况使用方法不同
- int (*client_register)(struct i2c_client *); //设备client注册时调用
- int (*client_unregister(struct i2c_client *); //设备client注销时调用
- u8 level;
- struct mutex bus_lock; //对总线进行操作时，将获得总线锁
- struct mutex clist_lock ; //链表操作的互斥锁
- int timeout; //超时
- int retries; //重试次数
- struct device dev; //指向 适配器的设备结构体
- int nr ;
- struct list_head clients; //连接总线上的设备的链表
- char name[48]; //适配器名称
- struct completion dev_released; //用于同步的完成量
- };
d -- i2c_algorithm
每一个适配器对应一个驱动程序，该驱动程序描述了适配器与设备之间的通信方法:
- struct i2c_algorithm
- {
- int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msg, int num); //传输函数指针，指向实现IIC总线通信协议的函数，用来确定适配器支持那些传输类型
- int (*smbus_xfer)(struct i2c_adapter *adap, u16 addr, unsigned short flags, char read_write, u8 command, int size, union i2c_smbus_data *data); //smbus方式传输函数指针，指向实现SMBus总线通信协议的函数。SMBus和IIC之间可以通过软件方式兼容，所以这里提供了一个函数，但是一般都赋值为NULL
- u32 (*functionality)(struct i2c_adapter *); //返回适配器支持的功能
- };
IIC设备驱动程序大致可以分为设备层和总线层。设备层包括一个重要的数据结构，i2c_client。总线层包括两个重要的数据结构，分别是i2c_adapter和i2c_algorithm。一个i2c_algorithm结构表示适配器对应的传输数据方法。3个数据结构关系：
IIC设备层次结构较为简单，但是写IIC设备驱动程序却相当复杂。
IIC设备驱动程序的步骤：
4、各结构体的作用与它们之间的关系
a -- i2c_adapter与i2c_algorithm
i2c_adapter对应与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（i2c_algorithm中的又是更下层与硬件相关的代码提供）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start stop ack信号，以i2c_msg（即i2c消息）为单位发送和接收通信数据。
i2c_msg也非常关键，调用驱动中的发送接收函数需要填充该结构体
- struct i2c_msg {
- __u16 addr; /* slave address */
- __u16 flags;
- __u16 len; /* msg length */
- __u8 *buf; /* pointer to msg data */
- };
b --i2c_driver和i2c_client
i2c_driver对应一套驱动方法，其主要函数是attach_adapter()和detach_client()
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
2c_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.
c -- i2c_adapter和i2c_client
i2c_adapter和i2c_client的关系与i2c硬件体系中适配器和设备的关系一致，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。
从i2c驱动架构图中可以看出，linux内核对i2c架构抽象了一个叫核心层core的中间件，它分离了设备驱动device driver和硬件控制的实现细节（如操作i2c的寄存器），core层不但为上面的设备驱动提供封装后的内核注册函数，而且还为小面的硬件事件提供注册接口（也就是i2c总线注册接口），可以说core层起到了承上启下的作用。
面试你该如何回答---->IIC总线协议？
面试的时候主要会遇到的IIC问题如下
- 介绍一下你了解的I2C？
I2C总线是飞利浦（PHLIPS）公司推出的一种串行总线，用于连接微控制器及其外围设备， I2C串行总线有两根双向信号线。一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。 它仅通过两根信号线就可以完成对所有挂载在I2C总线上的从器件进行操作。这样的好处是可以大大的节省我们微处理器的IO口资源。
- I2C到底可以挂载多少个器件呢？
答：IIC协议规定，在启动总线后第1字节的高7位是从节点的寻址地址，其中高四位为器件类型识别符，接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作，所以具体挂载多少个器件由I2C地址决定，7位寻址地址减去1个广播地址0x00不用，所以有2^7=128 - 1 = 127，那就是127个地址， 所以理论上可以挂127个从器件。
- I2C如何同时挂载多个同一种器件（地址相同的器件）？
答：理论上是不会这样设计的，如果一定要这样做的话，可以通过硬件上设计，控制器件是否挂载总线来实现（方法可用一个开关电路切断器件SDA或者SCL是否接入总线来实现）
- I2C总线的主机与从机之间是如何通信的呢？
I2C总线的主机与从机之间的通信主要和I2C的时序有关。在通信开始的时候SCL与SDA都置为高电平，此时为总线空闲时间。当SCL为高电平期间SDA的电平被拉低，标志这总线的启动。当SCL为高电平期间SDA的电平被拉高，标志这总线的终止。在进行数据传送时，SCL为高电平期间，SDA上的数据必须保持稳定，只有在SCL的信号为低电平时，SDA上的高电平才允许变化。所以只要我们根据芯片手册正确的写好IIC的时序，按时序发送器件地址（不同的器件的地址不同）以及数据，就可以使主机与从机之间通信。
- I2C总线的仲裁你知道吗？
总线上可能挂接有多个器件，有时会发生两个或多个主器件同时想占用总线的情况，这种情况叫做总线竞争。I2C总线具有多主控能力，可以对发生在SDA线上的总线竞争进行仲裁，其仲裁原则是这样的：当多个主器件同时想占用总线时，如果某个主器件发送高电平，而另一个主器件发送低电平，则发送电平与此时SDA总线电平不符的那个器件将自动关闭其输出级。总线竞争的仲裁是在两个层次上进行的。首先是地址位的比较，如果主器件寻址同一个从器件，则进入数据位的比较，从而确保了竞争仲裁的可靠性。由于是利用I2C总线上的信息进行仲裁，因此不会造成信息的丢失。
- I2C时钟信号（SCL）的同步问题
在I2C总线上传送信息时的时钟同步信号是由挂接在SCL线上的所有器件的逻辑“与”完成的。SCL线上由高电平到低电平的跳变将影响到这些器件，一旦某个器件的时钟信号下跳为低电平，将使SCL线一直保持低电平，使SCL线上的所有器件开始低电平期。此时，低电平周期短的器件的时钟由低至高的跳变并不能影响SCL线的状态，于是这些器件将进入高电平等待的状态。当所有器件的时钟信号都上跳为高电平时，低电平期结束，SCL线被释放返回高电平，即所有的器件都同时开始它们的高电平期。其后，第一个结束高电平期的器件又将SCL线拉成低电平。这样就在SCL线上产生一个同步时钟。可见，时钟低电平时间由时钟低电平期最长的器件确定，而时钟高电平时间由时钟高电平期最短的器件确定。
- I2C总线的其他注意点
1、进行数据传送时，在SCL为高电平期间，SDA线上电平必须保持稳定，只有SCL为低时，才允许SDA线上电平改变状态。并且每个字节传送时都是高位在前。
2、对于应答信号，ACK=0时为有效应答位，说明从机已经成功接收到该字节，若为1则说明接受不成功。
3、如果从机需要延迟下一个数据字节开始传送的时间，可以通过把SCL电平拉低并保持来强制主机进入等待状态。
4、主机完成一次通信后还想继续占用总线在进行一次通信，而又不释放总线，就要利用重启动信号Sr。它既作为前一次数据传输的结束，又作为后一次传输的开始。
5、总线冲突时，按“低电平优先”的仲裁原则，把总线判给在数据线上先发送低电平的主器件。
6、在特殊情况下，若需禁止所有发生在I2C总线上的通信，可采用封锁或关闭总线，具体操作为在总线上的任一器件将SCL锁定在低电平即可。
7、SDA仲裁和SCL时钟同步处理过程没有先后关系，而是同时进行的。