Linux的 i2c 驱动框架分析

1.基本概念

总线设备驱动模型，是Linux 内核的一个基础，基本理论可以说按照大企业的分工原则，每个人只要负责自己的事情，向其他部门给出标准的接口调用，后勤部就负责后勤工作，厨房有可能跟后勤部产生工作上的沟通，不能一个厨师炒菜就去找后勤部的某个人员拿一根大白菜，而是由厨房统一申请，由后勤部门去采购再给回厨房，写代码很多时候跟生活中相识，需要遵守一定的规则，如果喜欢打擦边球，绕过规则的程序员，也很像那些走机动车道的开电动车的人们，有时候都能达到目的，但是存在车祸的风险。

总线

Linux 内核里面的总线很多，总线的工作主要是管理设备和驱动的，可以是驱动和设备耦合的媒婆，没有总线，设备找不到驱动，驱动也找不到设备，所以如果一个设备，首先要确定它是属于什么总线的，就是一个单身狗，他是想找哪个地方的妹子，需要向总线注册，告诉总线我的name是什么，对于驱动也是一样，这个驱动也要告诉总线，我是什么类型的驱动，实现了哪些接口，我的name是什么？

设备在注册的时候，向总线的设备链表添加一个设备，然后通过name，后面还有一个table_id，来查找这个总线上有没有已经实现了这个设备的驱动，如果有了，就执行这个驱动的probe函数。

驱动在注册的时候也是一样，通过name 和 table_id 匹配来查找设备，找到了就执行驱动对应的probe函数来做一系列事情。一个驱动是可以对应多个设备的，但是一个设备只能对应一个驱动。

总线设备

设备对应描述的是一个硬件，原来老的Linux 内核使用板级文件来描述设备，新的Linux 内核使用dts来描述设备，实际上是一个东西，都是用来描述设备，dts更能显示面向对象思想，也更能题先程序员的能力，比如一个I2C设备，需要描述I2C地址，I2C gpio端口，设备挂载在哪路I2C总线上等等。

总线驱动

一个驱动程序，总是要有依赖的，既然是对应的总线设备，就需要对应的总线驱动来驱动它，让硬件设备能够正常工作起来， 驱动也就是操作设备的方式和操作设备的流程还有接口。

2.I2C传输协议

3.Linux下I2C驱动程序的体系结构

---

Linux下的i2c框架，分为了3个子模块

1、I2C核心

I2C核心主要是i2c-core.c，里面涉及的adapter都是和i2c核心进行耦合的，设备和驱动不需要关心adapter部分。

2、I2C总线驱动

I2C总线驱动是对I2C硬件体系结构中适配器（i2c-adapter）端的实现，这部分主要是产生I2C协议的波形，操作硬件完成开始信号，数据传输，停止信号，设备应答检测等等，还是看上面那个经典的图片，adapter就是往下走的，所以就是操作到平台cpu的部分了。

3、I2C设备驱动

I2C设备驱动(i2c-client)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交换数据。

重要的文件说明

\kernel\drivers\i2c\i2c-core.c

这个文件实现了 I2C 核心的功能以及/proc/bus/i2c*接口。同时对I2C底层的收发函数进行封装。会调用i2c_transfer ，里面实现了adap->algo->master_xfer(adap, msgs, num)

kernel\drivers\i2c\i2c-dev.c

该函数注册了一个设备文件的功能，也就是注册了一个字符设备驱动程序，可以通过/dev/i2c-0(i2c-0, i2c-1,…, i2c-10,…)找到具体的I2C适配器，这个I2C设备的主设备号为89，次设备号0～255。通过访问这个接口，可以通过open()、 write()、 read()、 ioctl()和 close()等来访问这个设备。

kernel\drivers\i2c\busses\i2c-rk30.c

跟平台相关的i2c-adapter，通过这些接口，达到控制cpu的I2C控制器寄存器，然后可以在i2c总线上产生i2c信号，驱动i2c设备。

比较重要的结构体和调用过程

i2c_driver

对应一套驱动方法，是纯粹的用于辅助作用的数据结构，它不对应于任何的物理实体。

i2c_client

对应于真实的物理设备，每个 I2C 设备都需要一个 i2c_client 来描述。i2c_client 一般被包含在 I2C 字符设备的私有信息结构体中。

i2c_adpater

用来匹配i2c_driver与i2c_client。即 i2c_client 依附于 i2c_adpater。由于一个适配器上可以连接多个 I2C 设备， 所以一个 i2c_adpater 也可以被多个 i2c_client 依附， i2c_adpater 中包括依附于它的 i2c_client 的链表 。

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

我们在驱动里面调用

这个i2c_transfer继续往下看

会跑到i2c_core.c里面的__i2c_transfer，里面会调用一个指针adap->algo->master_xfer

这个是一个指针，那我们就要找到这个指针的初始化位置

这个位置在 i2c_rk29.c里面

所以这个才是最终的产生I2C波形的位置。

贴出最终的代码

static int rk29_xfer_msg(struct i2c_adapter *adap, 	
             struct i2c_msg *msg, int start, int stop)	
{	
  struct rk29_i2c_data *i2c = (struct rk29_i2c_data *)adap->algo_data;	
  int ret = 0;	
  	
  if(msg->len == 0)	
  {	
    ret = -EINVAL;	
    i2c_err(i2c->dev, "msg->len = %d\n", msg->len);	
    goto exit;	
  }	
  if(msg->flags & I2C_M_NEED_DELAY)	
    i2c->udelay = msg->udelay;	
  else	
    i2c->udelay = 0;	
  if((ret = rk29_send_address(i2c, msg, start))!= 0)	
  {	
    rk29_set_nak(i2c);	
    i2c_err(i2c->dev, "rk29_send_address timeout\n");	
    goto exit;	
  }	
  if(msg->flags & I2C_M_RD)	
  {	
    if(msg->flags & I2C_M_REG8_DIRECT)	
    {	
      struct i2c_msg msg1 = *msg;	
      struct i2c_msg msg2 = *msg;	
      msg1.len = 1;	
      msg2.len = msg->len - 1;	
      msg2.buf = msg->buf + 1;	

	
      if((ret = rk29_i2c_send_msg(i2c, &msg1)) != 0)	
        i2c_err(i2c->dev, "rk29_i2c_send_msg timeout\n");	
      if((ret = rk29_i2c_recv_msg(i2c, &msg2)) != 0)	
      {	
        i2c_err(i2c->dev, "rk29_i2c_recv_msg timeout\n");	
        goto exit;	
      }	
      	
    }	
    else if((ret = rk29_i2c_recv_msg(i2c, msg)) != 0)	
    {	
      i2c_err(i2c->dev, "rk29_i2c_recv_msg timeout\n");	
      goto exit;	
    }	
  }	
  else	
  {	
    if((ret = rk29_i2c_send_msg(i2c, msg)) != 0)	
    {	
      rk29_set_nak(i2c);	
      i2c_err(i2c->dev, "rk29_i2c_send_msg timeout\n");	
      goto exit;	
    }	
  }	
  	
exit:  	
  if(stop || ret < 0)	
  {	
    rk29_i2c_stop(i2c);      	
  }	
  return ret;	

	
}

4.总结

相信大家学Linux 之前都做过单片机吧，不管什么总线协议，最终都是要发信号出去的，不发信号出去的总线协议框架是没有任何意义的，所以我们在这里吹牛这么多，最终还是要回到代码里面去fucking the code的。不要我说了一大堆，你还是没有知道怎么看代码，那也是没有任何作用的。

也就是device与driver同时向i2c总线上注册。当注册在总线上时，可以通过id_table进行匹配，匹配上之后会调用driver的probe函数。对于一般的I2C设备，可以在probe函数中注册一个字符设备驱动，从而应用层可以通过open函数打开/dev/i2c-0等设备节点对I2C设备进行读写操作。

I2C只是驱动的一部分，我们需要把I2C糅合到Input子系统里面，糅合到摄像头V4L2里面等等，这些都是需要去看代码了解里面的脉络的，我很多时候总是担心自己太水讲了大家也不懂，然后就把图贴上来，i2c到最后还是通过writel readl等函数读取IO部分，只有你有个代码，跟进去看看就知道了。

好了，就说这么多，使劲评论。

扫码或长按关注

回复「 加群 」进入技术群聊