通用i2c驱动

    了解I2C的同志都知道，常规I2C驱动中的最重点就是这4个结构体：i2c_driver、i2c_client、i2c_adapter 和i2c_algorithm，而且他们之间的关系错综复杂，我看了好长一段时间，也没看出多少头绪来，而且代码的可移植性很差劲，换个平台，要该的地方一大堆，改了之后还不一定对呢，所以，下面介绍的通用I2C驱动就很必要了。

    大家都知道， I2C总线仅仅使用SCL、SDA这两根信号线就实现了设备之间的数据交互，极大地简化了对硬件资源和PCB板布线空间的占用。因此，I2C总线应用非常的广泛。而工作中，我需要通过I2C实现Hi35XX控制视频芯片CX25828，我是这样做的，首先，把I2C当做一个字符设备，然后用2个GPIO管脚模拟数据线和时钟线，一个管脚控制方向，实现电平的高低控制，这样就可以模拟I2C通信了（CPU与设备间的通信）。

 

 

1.当做一个字符设备

     看到这个，相信大家一定很熟悉了，对了，这就是我们入门时再熟悉不过的东东了，上层可直接对dev下的“gpioi2c”的这个节点open、write、read、close（不过，就目前这个，无read、write接口，只有ioctl了），接下来，你懂的。（在网上有很多比较成熟的I2C驱动，也是同我这个原理实现的，改改GPIO口地址就可以了）。

//打开和关闭设备
int gpioi2c_open(struct inode * inode, struct file * file)
{
    return 0;
}
int gpioi2c_close(struct inode * inode, struct file * file)
{
    return 0;
}

//最重要的结构体，文件描述符指针，上层直接ioctl就可通过底层调用gpioi2c_ioctl函数。
//当然，可以有其他的成员，如read、write等。
static struct file_operations gpioi2c_fops =
{
    .owner      = THIS_MODULE,
    .ioctl      = gpioi2c_ioctl,
    .open       = gpioi2c_open,
    .release    = gpioi2c_close
};

static struct miscdevice gpioi2c_dev =
{
    .minor       = MISC_DYNAMIC_MINOR,
    .name        = "gpioi2c",//在dev下可以找到这个节点，上层就是通过open、read/write这个节点而对设备操作的。
     .fops  = &gpioi2c_fops,
};

//导入导出
static int __init gpio_i2c_init(void)
{
    int ret;
    printk("hello dvr iic\n");
    //注册设备
     ret = misc_register(&gpioi2c_dev);
    if(0 != ret)
        return -1;

    i2c_set(SCL | SDA);

    return 0;
}
static void __exit gpio_i2c_exit(void)
{
    //卸载设备
     misc_deregister(&gpioi2c_dev);
}

//导入导出内核设备
module_init(gpio_i2c_init);
module_exit(gpio_i2c_exit);

MODULE_INFO(build, UTS_VERSION);
MODULE_LICENSE("GPL");

杂项设备(misc device)：
    在 Linux 内核的include\linux\miscdevice.h文件，要把自己定义的misc device从设备定义在这里。其实是因为这些字符设备不符合预先确定的字符设备范畴，所有这些设备采用主设备号10 ，一起归于misc device，其实misc_register就是用主设备号10调用register_chrdev()的。也就是说，misc设备其实也就是特殊的字符设备。
    misc_device是特殊的字符设备。注册驱动程序时采用misc_register函数注册，此函数中会自动创建设备节点，即设备文件。无需mknod指令创建设备文件。因为misc_register()会调用class_device_create()或者device_create()。

 

2.对字符设备的控制：ioctl函数

     提供给上层的接口，arg参数其实是一个地址，这个地址里面必须存放三个信息：设备地址+寄存器地址+data。通过设备地址找到设备，然后通过寄存器地址配置相应的寄存器。关于每次通信的信息量，这要看上层接口函数ioctl：int ioctl(int file_operations, int cmd, void *addr)时arg地址内存放的内容了，如果内容是int类型即4个字节，就如下。如果这个地址内存放的是结构体，而且sizeof这个结构体的大小为12byte（即设备地址、寄存器地址、以及数据各占4个字节），就不需要移动了，直接填进去。

int gpioi2c_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    unsigned int val;
    char device_addr, reg_addr;
    short reg_val;

    switch(cmd)
    {
        case GPIO_I2C_READ:
            val = *(unsigned int *)arg;
            device_addr = (val&0xff000000)>>24;
            reg_addr = (val&0xffff00)>>8;

            reg_val = gpio_i2c_read(device_addr, reg_addr);
            *(unsigned int *)arg = (val&0xffffff00)|reg_val;
            break;

        case GPIO_I2C_WRITE:
            val = *(unsigned int *)arg;
            device_addr = (val&0xff000000)>>24;
            reg_addr = (val&0xffff00)>>8;

            reg_val = val&0xff;
            gpio_i2c_write(device_addr, reg_addr, reg_val);
            break;

        default:
            return -1;
    }
    return 0;
}

 

 

3.对设备的读写：read、write

     CX25828中，寄存器的地址为16位，设备地址为8位，所有，I2C每次只能read、write1个字节的数据。。总线空闲时，上拉电阻使SDA和SCL线都保持高电平。当 SCL 稳定在高电平时，SDA 由高到低的变化将产生一个开始位，而由低到高的变化则产生一个停止位。开始位和停止位都由 I2C 主设备产生。在选择从设备时，如果从设备采用 7 位地址，则主设备在发起传输过程前，需先发送1字节的地址信息，前 7 位为设备地址，最后 1 位为读写标志。之后，每次传输的数据也是 1 个字节，从 MSB 位开始传输。每个字节传完后，在SCL的第9个上升沿到来之前，接收方应该发出 1 个 ACK 位。SCL上的时钟脉冲由I2C主控方发出， 在第8个时钟周期之后。

                 

//读1个字节（其实可以2,或者4个字节，这个地方是实现读写功能以及决定字节数的，IIC支持）
unsigned short  gpio_i2c_read(unsigned char devaddress, unsigned int address)
{
    unsigned short rxdata=0
    unsigned int tmp=0;
    int dev_addr=devaddress;

   //发送设备地址：8位
    i2c_start_bit();
    i2c_send_byte((unsigned char)(dev_addr));
    i2c_receive_ack();

    //寄存器地址：16位
     tmp=address&0xff00;
    tmp=tmp>>8;
    i2c_send_byte((unsigned char)tmp);
    i2c_receive_ack();
    tmp=address&0xff;
    i2c_send_byte((unsigned char)tmp);
    i2c_receive_ack();

     //发送:读状态
     i2c_start_bit();
    i2c_send_byte((unsigned char)(dev_addr) | 1);
    i2c_receive_ack();

    //接收数据：8bit
    rxdata = i2c_receive_byte();

    //停止接收数据
    i2c_stop_bit();
    rxdata=rxdata&0xff;

    return rxdata;
}

//写一个字节
void gpio_i2c_write(unsigned char devaddress, unsigned int address, unsigned int data)
{
    int tmp;
    unsigned short devaddr=devaddress&0xfe;//在手册中可以看到，读写状态占1bit，读为1，写为0.

    //设备地址:8bit
    i2c_start_bit();
    i2c_send_byte((unsigned char)(devaddr));
    i2c_receive_ack();//ACK

    //寄存器地址：16bit
    tmp=address&0xff00;
    tmp=tmp>>8;
    i2c_send_byte((unsigned char)tmp);
    i2c_receive_ack();
    tmp=address&0xff; 
    i2c_send_byte((unsigned char)tmp);
    i2c_receive_ack();

    //发送数据：8bit
    tmp=data&0xff;
    i2c_send_byte((unsigned char)tmp);
    i2c_receive_ack();

    //停止接收数据 
    i2c_stop_bit();
}

 

4.模拟数据线时钟线以及需要调用的一些函数

#include "gpio_i2c.h"
#define GPIO_0_BASE 0x20150000
#define GPIO_0_DIR IO_ADDRESS(GPIO_0_BASE + 0x400)  //GPIO方向控制

#define SCL                 (1 << 1)    /* GPIO 0_1 */
#define SDA                 (1 << 0)    /* GPIO 0_0 */
#define GPIO_I2C_SDA_REG    IO_ADDRESS(GPIO_0_BASE + 0x4)//数据线GPIO管脚
#define GPIO_I2C_SCL_REG    IO_ADDRESS(GPIO_0_BASE + 0x8)//时钟线GPIO管脚
#define GPIO_I2C_SCLSDA_REG IO_ADDRESS(GPIO_0_BASE + 0xc)
#define HW_REG(reg)         *((volatile unsigned int *)(reg))
#define DELAY(us)           time_delay_us(us)

//拉低数据线/时钟线
static void i2c_clr(unsigned char whichline)
{
    unsigned char regvalue;
	
    //拉低时钟线
     if(whichline == SCL)
    {
	  //方向：输入/输出
          regvalue = HW_REG(GPIO_0_DIR);
        regvalue |= SCL;
        HW_REG(GPIO_0_DIR) = regvalue;
		
	//置零
        HW_REG(GPIO_I2C_SCL_REG) = 0;
      return;
    }
    else if(whichline == SDA)
    {
        regvalue = HW_REG(GPIO_0_DIR);
        regvalue |= SDA;
        HW_REG(GPIO_0_DIR) = regvalue;

        HW_REG(GPIO_I2C_SDA_REG) = 0;
        return;
    }
    else if(whichline == (SDA|SCL))
    {
        regvalue = HW_REG(GPIO_0_DIR);
        regvalue |= (SDA|SCL);
        HW_REG(GPIO_0_DIR) = regvalue;

        HW_REG(GPIO_I2C_SCLSDA_REG) = 0;
        return;
    }
    else
    {
        printk("Error input.\n");
        return;
    }

}

//拉高数据线/时钟线
static void  i2c_set(unsigned char whichline)
{
    unsigned char regvalue;
    //拉高时钟线
     if(whichline == SCL)
    {
        regvalue = HW_REG(GPIO_0_DIR);
        regvalue |= SCL;
        HW_REG(GPIO_0_DIR) = regvalue;
		
        HW_REG(GPIO_I2C_SCL_REG) = SCL;
        return;
    }
    else if(whichline == SDA)
    {
        regvalue = HW_REG(GPIO_0_DIR);
        regvalue |= SDA;
        HW_REG(GPIO_0_DIR) = regvalue;

        HW_REG(GPIO_I2C_SDA_REG) = SDA;
        return;
    }
    else if(whichline == (SDA|SCL))
    {
        regvalue = HW_REG(GPIO_0_DIR);
        regvalue |= (SDA|SCL);
        HW_REG(GPIO_0_DIR) = regvalue;

        HW_REG(GPIO_I2C_SCLSDA_REG) = (SDA|SCL);
        return;
    }
    else
    {
        printk("Error input.\n");
        return;
    }
}

//延时usec微秒
void time_delay_us(unsigned int usec)
{
    int i,j;

    for(i=0; i高：结束通信
    DELAY(1);
    i2c_clr(SDA);
    DELAY(1);
    i2c_set(SCL);
    DELAY(1);
    i2c_set(SDA);
    DELAY(1);
}

//读取数据：1bit
static unsigned char i2c_data_read(void)
{
    unsigned char regvalue;

    regvalue = HW_REG(GPIO_0_DIR);
    regvalue &= (~SDA);
    HW_REG(GPIO_0_DIR) = regvalue;
    DELAY(1);

    regvalue = HW_REG(GPIO_I2C_SDA_REG);
    if((regvalue&SDA) != 0)
        return 1;
    else
        return 0;
}

//发送数据：1byte
static void i2c_send_byte(unsigned char c)
{
    int i;
	//屏蔽中断
    local_irq_disable();
    for(i=0; i<8; i++)
    {
        DELAY(1);
        i2c_clr(SCL);
        DELAY(1);
		
	  //发送1（这个是重点哦）
        if(c & (1<<(7-i)))
            i2c_set(SDA);
        else//发送0
            i2c_clr(SDA);

        DELAY(1);
        i2c_set(SCL);
        DELAY(1);
        i2c_clr(SCL);
    }
    DELAY(1);
    local_irq_enable();
}

//接收数据：1byte
static unsigned char i2c_receive_byte(void)
{
    int j=0;
    int i;
    unsigned char regvalue;

    local_irq_disable();
    for(i=0; i<8; i++)
    {
        DELAY(1);
        i2c_clr(SCL);
        DELAY(2);
        i2c_set(SCL);

        regvalue = HW_REG(GPIO_0_DIR);
        regvalue &= (~SDA);
        HW_REG(GPIO_0_DIR) = regvalue;
        DELAY(1);

        if(i2c_data_read())
            j+=(1<<(7-i));

        DELAY(1);
        i2c_clr(SCL);
    }
    local_irq_enable();
    DELAY(1);


    return j;
}

//响应（每发送一个字节，都要响应），返回值为0：成功。
static int i2c_receive_ack(void)
{
    int nack;
    unsigned char regvalue;

    DELAY(1);
    regvalue = HW_REG(GPIO_0_DIR);
    regvalue &= (~SDA);//数据线置零
    HW_REG(GPIO_0_DIR) = regvalue;
    DELAY(1);
    i2c_clr(SCL);
    DELAY(1);
    i2c_set(SCL);
    DELAY(1);
    nack = i2c_data_read();
    DELAY(1);
    i2c_clr(SCL);
    DELAY(1);
    if(nack == 0)
        return 1;

    return 0;
}

 

5.上层调用

/***** IIC写数据 ********************************************************************************************/

//参数分别为设备地址、寄存器地址、值。

//如果writeval为结构体（最好12字节），而非unsiged long类型，就不需要移动了（底层驱动支持情况下）
void IIC_Write(int devAddr, int regAddr, int val)
{
	unsigned long writeval, ret;	
	writeval = (((devAddr & 0xff) << 24) | ((regAddr & 0xffff) << 8) | (val & 0xff));
	ret = ioctl(i2cfd, I2C_WRITE, &writeval);
	if(0 > ret)
	{
		_ERROR("write iic ERROR");
	}		
}

/***** IIC读数据 ********************************************************************************************/
unsigned int IIC_Read(int devAddr, int regAddr)
{
	unsigned long readval, ret;
	
	readval = (((devAddr & 0xff) << 24) | ((regAddr & 0xffff) << 8));
	ret = ioctl(i2cfd, I2C_READ, &readval);
	if(0 > ret)
	{
		_ERROR("read iic ERROR");
	}	
	
    readval &= 0xff;
	return readval;
}