I2C协议及其源码跟进（一）I2C协议简介及层次架构

I2C协议及其源码跟进

（一）I2C协议简介

I2C协议特点：

I2C总线示意图

1.它是飞利浦公司生产的一种串口协议；

2.它是两根线传输的 SDA,SCl 数据时钟线；

3.两根线上必须要由上拉电阻；（上拉电阻的作用是将不确定的信号通过一个电阻与电源相连，固定在高电平，同时起到限流的作用。）

4.可以挂多个设备，采用的是主从模式；

5. I2C的时钟都是由主机产生的；

6.半双工通信方式   （SPI 全双工的，四根线，串行的）； 

7.速度问题，低速模式：100K/s  全速模式：400k/s  高速模式：3.4M/s   （SPI 的速度一般在 10M 左右）； 

8.真正的多主机总线； 

9. 串行 8 位双向传输，先传高位再传低位 ；

I2C时序图规定：

I2C一般是有7位/10位寻址的；

①I2C起始和停止信号

起始信号：在SCL线是高电平时 SDA 线从高电平向低电平切换；

停止信号：当SCL线是高电平时 SDA 线由低电平向高电平切换。

 

②数据的有效性

在SCL线为高电平时，SDA 线上的数据保持稳定，也就是说SDA线的高低改变只能是在SCL线为低时，当然起停信号不在此列。

 

③响应问题

第九个电平的低电平期间，主机会将SDA线拉低，第九个高电平期间，从机将SDA线拉低，同时主机将检测SDA是为0还是为1，为零表示有响应，否则无响应。

I2C发送数据，读写操作

“0”为写，“1”为读，写操作是直接先写地址再写数据，读操作是先写地址再改为读，再读取数据。

 

（二）I2C层次架构

了解完了I2C协议的一些规定及特点之后，然后进入Linux内核源码（Linux-2.6.22.6）跟进阶段。我们知道I2C驱动总共分为三层，I2C总线适配器驱动层，设备驱动层，I2C核心层。I2C框架关系图如下：

 

总线适配器驱动层是一个平台设备驱动（platform-device-driver），对应的是控制器的驱动，它分为I2C控制器驱动（i2c-s3c2410.c文件中）和设备资源（在devs.c文件中声明资源，在mach-smdk2410.c中注册资源），对应一个虚拟总线将它们挂接起来，定义描述具体i2c总线适配器的i2c_adapter数据结构、实现在具体i2c适配器上的i2c总线通信方法，并由i2c_algorithm数据结构进行描述。

设备驱动层是对于具体设备的一个驱动比如eeprom驱动（在eeprom.c文件中），由I2C总线将驱动与控制器挂接起来；定义描述具体设备的i2c_client和可能的私有数据结构、借助i2c框架的i2c_probe函数实现注册设备的attach_adapter方法、提供设备可能使用的地址范围、以及设备地址检测成功后创建i2c_client数据结构的回调函数。

I2C核心层（在i2c-core.c和i2c.h中）就类似于一个封装起来的函数库，它提供公用的结构体，提供注册和注销的接口，提供公用或者转接函数，起一个上下层承接的作用。

还有一个分离出来东西i2c-dev.c文件，i2c-dev模块为系统中所有的i2c适配器创建相应的/dev/i2c/%d字符设备节点，并注册设备访问方法，从而使得用户进程可以访问该i2c总线上的设备。它包含对I2C适配器申请主设备号（内核中已规定#define I2C_MAJOR 89）和创建设备类以及对设备的操作方法file_operations（也就是找到对应的adapter和client并作相应操作），主设备号的申请放这里是因为可以有多条I2C总线所以以主次设备号表示，而不是有一个申请一个，浪费系统资源。