linux i2c

1 Linux I2C驱动架构
Linux下I2C驱动的架构图如下：

 
图1.1 Linux下I2C驱动架构

    如上图所示，每条I2C总线会对应一个adapter，而每条I2C总线上则可以有多个 client，在linux kernel中，通过I2C core层将I2C client与I2C adapter关联起来，Linux 中I2C驱动代码位于drivers/i2c目录。
    Linux中I2C可以分为三个层次，分别为I2C core层、I2C adapter driver层、I2C device driver层。

1.1 I2C core层
    I2C core是用于维护Linux的I2C核心部分，提供了核心的数据结构，I2C适配器驱动和设备驱动的注册、注销管理等API，同时还提供了I2C总线读写访问的一般接口（具体的实现在与I2C控制器相关的I2C adapter中实现）。
    该层为硬件平台无关层，向下屏蔽了物理总线适配器的差异，定义了统一的访问策略和接口；向上则提供了统一的接口，以便I2C设备驱动可以通过总线适配器进行数据收发。
    Linux中，I2C core层的代码位于driver/i2c/ i2c-core.c。由于该层是平台无关层，本文将不再叙述，有兴趣可以查阅相关资料。

 

1.2 I2C adapter driver层
    I2C adapter driver层即I2C适配器驱动层，每种处理器平台都有自己的适配器驱动，属于平台移植相关层。它的职责是为系统中每条I2C总线实现相应的读写方法。但是适配器驱动本身并不会进行任何的通讯，而是等待设备驱动调用其函数。
    在系统开机时，I2C适配器驱动被首先装载。一个适配器驱动用于支持一条特定的I2C总线的读写。一个适配器驱动通常需要两个模块，一个struct i2c_adapter和一个struct i2c_algorithm来描述。
    i2c adapter 构造一个对I2C core层接口的数据结构，并通过相应的接口函数向I2C core注册一个适配器。i2c_algorithm主要实现对I2C总线访问的算法，master_xfer和smbus_xfer即I2C adapter底层对I2C总线读写方法的实现，相关的数据结构如下：

/*  
 * The following structs are for those who like to implement new bus drivers:  
 * i2c_algorithm is the interface to a class of hardware solutions which can  
 * be addressed using the same bus algorithms - i.e. bit-banging or the PCF8584  
 * to name two of the most common.  
 */  
struct i2c_algorithm {   
    /* If an adapter algorithm can't do I2C-level access, set master_xfer  
       to NULL. If an adapter algorithm can do SMBus access, set  
       smbus_xfer. If set to NULL, the SMBus protocol is simulated  
       using common I2C messages */  
    /* master_xfer should return the number of messages successfully  
       processed, or a negative value on error */  
    int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,   
               int num);   
    int (*smbus_xfer) (struct i2c_adapter *adap, u16 addr,   
               unsigned short flags, char read_write,   
               u8 command, int size, union i2c_smbus_data *data);   
    /* To determine what the adapter supports */  
    u32 (*functionality) (struct i2c_adapter *);   
}; 

    主要就是master_xfer方法，其和具体的总线控制器相关，不同的CPU在实现上会有差异。

/*  
 * i2c_adapter is the structure used to identify a physical i2c bus along  
 * with the access algorithms necessary to access it.  
 */  
struct i2c_adapter {   
    struct module *owner;   
    unsigned int id;   
    unsigned int class;       /* classes to allow probing for */  
    const struct i2c_algorithm *algo; /* the algorithm to access the bus */  
    void *algo_data;   
    /* data fields that are valid for all devices   */  
    struct rt_mutex bus_lock;   
    int timeout;            /* in jiffies */  
    int retries;   
    struct device dev;      /* the adapter device */  
    int nr;   
    char name[48];   
    struct completion dev_released;   
    struct list_head userspace_clients;   
}; 

    Algo是和底层硬件的接口，标识了具体的物理总线传输的实现。
    Userspace_clients为使用该总线的client链表。
    Nr为该适配器也就是某条I2C总线占据的全局编号。
    bus_lock总线的互斥锁，防止总线冲突。
    Linux中，I2C adapter driver层的代码位于drivers/i2c/busses目录，第3章会详细介绍该层的内容。

1.3 I2C device driver层
    I2C device driver层为用户接口层，其为用户提供了通过I2C总线访问具体设备的接口。
    I2C的device driver层可以用两个模块来描述，struct i2c_driver和struct i2c_client。

    i2c_client和i2c_driver分别构造对I2C core层接口的数据结构，并且通过相关的接口函数向 I2C Core注册I2C设备驱动。相关的数据结构如下： 
 
/**  
 * struct i2c_driver - represent an I2C device driver  
 * @class: What kind of i2c device we instantiate (for detect)  
 * @attach_adapter: Callback for bus addition (for legacy drivers)  
 * @detach_adapter: Callback for bus removal (for legacy drivers)  
 * @probe: Callback for device binding  
 * @remove: Callback for device unbinding  
 * @shutdown: Callback for device shutdown  
 * @suspend: Callback for device suspend  
 * @resume: Callback for device resume  
 * @command: Callback for bus-wide signaling (optional)  
 * @driver: Device driver model driver  
 * @id_table: List of I2C devices supported by this driver  
 * @detect: Callback for device detection  
 * @address_list: The I2C addresses to probe (for detect)  
 * @clients: List of detected clients we created (for i2c-core use only)  
 *  
 * The driver.owner field should be set to the module owner of this driver.  
 * The driver.name field should be set to the name of this driver.  
 *  
 * For automatic device detection, both @detect and @address_data must  
 * be defined. @class should also be set, otherwise only devices forced  
 * with module parameters will be created. The detect function must  
 * fill at least the name field of the i2c_board_info structure it is  
 * handed upon successful detection, and possibly also the flags field.  
 *  
 * If @detect is missing, the driver will still work fine for enumerated  
 * devices. Detected devices simply won't be supported. This is expected  
 * for the many I2C/SMBus devices which can't be detected reliably, and  
 * the ones which can always be enumerated in practice.  
 *  
 * The i2c_client structure which is handed to the @detect callback is  
 * not a real i2c_client. It is initialized just enough so that you can  
 * call i2c_smbus_read_byte_data and friends on it. Don't do anything  
 * else with it. In particular, calling dev_dbg and friends on it is  
 * not allowed.  
 */  
struct i2c_driver {   
    unsigned int class;   
    /* Notifies the driver that a new bus has appeared or is about to be  
     * removed. You should avoid using this if you can, it will probably  
     * be removed in a near future.  
     */  
    int (*attach_adapter)(struct i2c_adapter *);   
    int (*detach_adapter)(struct i2c_adapter *);   
    /* Standard driver model interfaces */  
    int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *);   
    int (*remove)(struct i2c_client *);   
    /* driver model interfaces that don't relate to enumeration  */  
    void (*shutdown)(struct i2c_client *);   
    int (*suspend)(struct i2c_client *, pm_message_t mesg);   
    int (*resume)(struct i2c_client *);   
    /* Alert callback, for example for the SMBus alert protocol.  
     * The format and meaning of the data value depends on the protocol.  
     * For the SMBus alert protocol, there is a single bit of data passed  
     * as the alert response's low bit ("event flag").  
     */  
    void (*alert)(struct i2c_client *, unsigned int data);   
    /* a ioctl like command that can be used to perform specific functions  
     * with the device.  
     */  
    int (*command)(struct i2c_client *client, unsigned int cmd, void *arg);   
    struct device_driver driver;   
    const struct i2c_device_id *id_table;   
    /* Device detection callback for automatic device creation */  
    int (*detect)(struct i2c_client *, struct i2c_board_info *);   
    const unsigned short *address_list;   
    struct list_head clients;   
}; 

    Driver是为device服务的，i2c_driver注册时会扫描i2c bus上的设备，进行驱动和设备的绑定。主要有两种接口attach_adapter和probe，二者分别针对旧的和新式的驱动。 

 
/**  
 * struct i2c_client - represent an I2C slave device  
 * @flags: I2C_CLIENT_TEN indicates the device uses a ten bit chip address;  
 *  I2C_CLIENT_PEC indicates it uses SMBus Packet Error Checking  
 * @addr: Address used on the I2C bus connected to the parent adapter.  
 * @name: Indicates the type of the device, usually a chip name that's  
 *  generic enough to hide second-sourcing and compatible revisions.  
 * @adapter: manages the bus segment hosting this I2C device  
 * @driver: device's driver, hence pointer to access routines  
 * @dev: Driver model device node for the slave.  
 * @irq: indicates the IRQ generated by this device (if any)  
 * @detected: member of an i2c_driver.clients list or i2c-core's  
 *  userspace_devices list  
 *  
 * An i2c_client identifies a single device (i.e. chip) connected to an  
 * i2c bus. The behaviour exposed to Linux is defined by the driver  
 * managing the device.  
 */  
struct i2c_client {   
    unsigned short flags;       /* div., see below      */  
    unsigned short addr;        /* chip address - NOTE: 7bit    */  
                    /* addresses are stored in the  */  
                    /* _LOWER_ 7 bits       */  
    char name[I2C_NAME_SIZE];   
    struct i2c_adapter *adapter;    /* the adapter we sit on    */  
    struct i2c_driver *driver;  /* and our access routines  */  
    struct device dev;      /* the device structure     */  
    int irq;            /* irq issued by device     */  
    struct list_head detected;   
}; 

    通常来说i2c_client对应着I2C总线上某个特定的slave或者是user space的某个用户对应，而此时的slave可以动态变化。
    Linux中，I2C device driver层的代码位于drivers/i2c/chips目录，第4章将详细介绍该层的内容。

 

2 OMAP3630 I2C控制器
    OMAP3630具有4个高速I2C控制器，每个控制器都通过I2C串行总线为本地主机即OAMP3630 MPU和I2C总线兼容设备提供了一个通讯接口，支持多达8-bit的数据传送和接收。

    每个I2C控制器都能配置成一个主机或者从机设备，而且他们都能配置成在一个2线的串行的摄像头控制总线（SCCB总线）上作为主设备，I2C2和I2C3还能配置成在一个3线的SCCB总线上作为主设备。
    I2C4控制器位于PRCM模块，可以进行动态电压控制和电源序列测定。
    OMAP3630的I2C控制器模块图如下：

 

 图2.1 OMAP3630 I2C控制器模块图

 
控制器1，2，3具有以下特征：
? 兼容飞利浦I2C 2.1版本
? 支持标准I2C标准模式（100Kbps）和快速模式（400Kpbs）
? 支持高达3.4Mbps的高速发送模式
? 支持I2C2和I2C3 模块的3线/2线的SCCB主从模式，I2C1 模块的2线的SCCB主从模式，高达100kbit/s
? 7-bit和10bit的设备地址模式
? 多主控发送/从接收模式
? 多主控接收/从发送模式
? 联合的主机发送/接收和接收/发送模式
? 内置FIFO（8，16，32，64字节大小）用于缓存读取和接收
? 模块使能/关闭
? 可编程的时钟
? 8-bit的数据存取
? 低功耗的设计
? 两个DMA通道
? 支持中断机制
? 自动空闲机制
? 空闲请求和应答握手机制
主从的发送机I2C4控制器有以下特征：
? 支持高速和快速模式
? 只能支持7-bit地址模式
? 只支持主发送模式
关于I2C控制器的详细介绍请参考OMAP36XX_ES1.1_NDA_TRM_V_G.pdf的第17章。

 

3 OMAP3630 I2C adapter驱动
    在Linux内核中，I2C adapter驱动位于drivers/i2c/busses目录下，OMAP3630 的I2C adapter驱动程序为i2c-omap.c。
    I2C adapter驱动，本质上就是实现了具体的总线传输算法并向核心层注册适配器。该驱动的注册采用Platform驱动和设备机制。

3.1 I2C adapter的Platform device
    Andrord 2.1中Platform device的注册的代码位于内核的arch/arm/plat-omap/i2c.c，arch/arm/mach-omap2/board-xxxx.c中。
3.1.1 Platform device的定义
    在文件arch/arm/plat-omap/i2c.c中，Platform device定义如下：

#define OMAP_I2C_SIZE       0x3f   
#define OMAP1_I2C_BASE      0xfffb3800   
#define OMAP2_I2C_BASE1     0x48070000   
#define OMAP2_I2C_BASE2     0x48072000   
#define OMAP2_I2C_BASE3     0x48060000   
static const char name[] = "i2c_omap";   
  
#define I2C_RESOURCE_BUILDER(base, irq)         /   
    {                       /   
        .start  = (base),           /   
        .end    = (base) + OMAP_I2C_SIZE,   /   
        .flags  = IORESOURCE_MEM,       /   
    },                      /   
    {                       /   
        .start  = (irq),            /   
        .flags  = IORESOURCE_IRQ,       /   
    },   
  
static struct resource i2c_resources[][2] = {   
    { I2C_RESOURCE_BUILDER(0, 0) },   
#if defined(CONFIG_ARCH_OMAP24XX) || defined(CONFIG_ARCH_OMAP34XX)   
    { I2C_RESOURCE_BUILDER(OMAP2_I2C_BASE2, INT_24XX_I2C2_IRQ) },   
#endif   
#if defined(CONFIG_ARCH_OMAP34XX)   
    { I2C_RESOURCE_BUILDER(OMAP2_I2C_BASE3, INT_34XX_I2C3_IRQ) },   
#endif   
};   
  
#define I2C_DEV_BUILDER(bus_id, res, data)      /   
    {                       /   
        .id = (bus_id),         /   
        .name   = name,             /   
        .num_resources  = ARRAY_SIZE(res),  /   
        .resource   = (res),        /   
        .dev        = {         /   
            .platform_data  = (data),   /   
        },                  /   
    }   
  
static u32 i2c_rate[ARRAY_SIZE(i2c_resources)];   
static struct platform_device omap_i2c_devices[] = {   
    I2C_DEV_BUILDER(1, i2c_resources[0], &i2c_rate[0]),   
#if defined(CONFIG_ARCH_OMAP24XX) || defined(CONFIG_ARCH_OMAP34XX)   
    I2C_DEV_BUILDER(2, i2c_resources[1], &i2c_rate[1]),   
#endif   
#if defined(CONFIG_ARCH_OMAP34XX)   
    I2C_DEV_BUILDER(3, i2c_resources[2], &i2c_rate[2]),   
#endif   
}; 

     可以看到，这边定义了三个I2C适配器的Platform device，id分别为“1，2，3”，name都为“i2c_omap”，变量resource中定义了适配器的寄存器基地址，irq中断号等。

3.1.2 Platform device的注册
    Platform device的注册是由内核启动后，具体产品的板级初始化完成的。xxxx项目的I2C　adapter的Platform device注册过程如下图：

图3.1 Platform device注册过程

 
    函数omap_i2c_add_bus()中，通过函数platform_device_register()注册Platform device到platform bus上，代码如下：

static int __init omap_i2c_add_bus(int bus_id)   
{   
    struct platform_device *pdev;   
    struct resource *res;   
    resource_size_t base, irq;   
    ……   
    ……   
    return platform_device_register(pdev);   
} 

    注册完成后，中断号及寄存器的基地址等信息会在设备树中描述了，此后只需利用platform_get_resource等标准接口自动获取即可，实现了驱动和资源的分离。

3.2 I2C adapter的Platform driver
    Andrord 2.1中Platform driver的注册的代码位于内核的drivers/i2c/busses/ i2c-omap.c中，该驱动的注册目的是初始化OMAP3630的I2C adapter，提供I2C总线传输的具体实现，并且向I2C core注册I2C adapter。

 

3.2.1 Platform driver的定义
    在文件drivers/i2c/busses/ i2c-omap.c中，platform driver定义如下：
static struct platform_driver omap_i2c_driver = {   
    .probe      = omap_i2c_probe,   
    .remove     = omap_i2c_remove,   
    .driver     = {   
        .name   = "i2c_omap",   
        .owner  = THIS_MODULE,   
    },   
}; 

 

3.2.2 Platform driver的注册
    在文件drivers/i2c/busses/ i2c-omap.c中，platform driver注册如下：

/* I2C may be needed to bring up other drivers */  
static int __init   
omap_i2c_init_driver(void)   
{   
    return platform_driver_register(&omap_i2c_driver);   
}   
subsys_initcall(omap_i2c_init_driver); 

    通过platform_driver_register()函数注册Platform driver omap_i2c_driver时，会扫描platform bus上的所有设备，由于匹配因子是name即"i2c_omap"，而之前已经将name为"i2c_omap"的Platform device注册到platform bus上，因此匹配成功，调用函数omap_i2c_probe将设备和驱动绑定起来。
    在drivers/i2c/busses/ i2c-omap.c中会涉及到一个数据结构omap_i2c_dev，这个结构定义了omap3630的I2C控制器，结构如下：

struct omap_i2c_dev {   
    struct device       *dev;   
    void __iomem        *base;      /* virtual */  
    int         irq;   
    struct clk      *iclk;      /* Interface clock */  
    struct clk      *fclk;      /* Functional clock */  
    struct completion   cmd_complete;   
    struct resource     *ioarea;   
    u32         speed;      /* Speed of bus in Khz */  
    u16         cmd_err;   
    u8          *buf;   
    size_t          buf_len;   
    struct i2c_adapter  adapter;   
    u8          fifo_size;  /* use as flag and value  
                         * fifo_size==0 implies no fifo  
                         * if set, should be trsh+1  
                         */  
    u8          rev;   
    unsigned        b_hw:1;     /* bad h/w fixes */  
    unsigned        idle:1;   
    u16         iestate;    /* Saved interrupt register */  
    u16         pscstate;   
    u16         scllstate;   
    u16         sclhstate;   
    u16         bufstate;   
    u16         syscstate;   
    u16         westate;   
}; 

Base对应I2C控制器寄存器的虚拟地址。
Irq对应I2C控制器的中断号。
Buf对应上层传下来的需要发送数据或者I2C控制接收到数据的缓存空间，buf_len是其大小。
Adapter对应I2C控制器的适配器结构。
U16类型的各个state变量是用于对应I2C控制器的寄存器的值。
    函数omap_i2c_probe的执行流程如下图： 

 

图3.2 omap_i2c_probe的执行流程

 

    函数omap_i2c_probe的简要代码如下：

static int __init   
omap_i2c_probe(struct platform_device *pdev)   
{   
    struct omap_i2c_dev *dev;   
    struct i2c_adapter  *adap;   
    struct resource     *mem, *irq, *ioarea;   
    irq_handler_t isr;   
    ……   
  
    /* NOTE: driver uses the static register mapping */  
    mem = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);   
    ……   
    irq = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, 0);   
    ……   
    dev = kzalloc(sizeof(struct omap_i2c_dev), GFP_KERNEL);   
    ……   
    dev->dev = &pdev->dev;   
    dev->irq = irq->start;   
    dev->base = ioremap(mem->start, mem->end - mem->start + 1);   
    ……   
    /* reset ASAP, clearing any IRQs */  
    omap_i2c_init(dev);   
  
    isr = (dev->rev < OMAP_I2C_REV_2) ? omap_i2c_rev1_isr : omap_i2c_isr;   
    r = request_irq(dev->irq, isr, 0, pdev->name, dev);   
    ……   
    adap = &dev->adapter;   
    i2c_set_adapdata(adap, dev);   
    adap->owner = THIS_MODULE;   
    adap->class = I2C_CLASS_HWMON;   
    strncpy(adap->name, "OMAP I2C adapter", sizeof(adap->name));   
    adap->algo = &omap_i2c_algo;   
    adap->dev.parent = &pdev->dev;   
    /* i2c device drivers may be active on return from add_adapter() */  
    adap->nr = pdev->id;   
    r = i2c_add_numbered_adapter(adap);   
    ……   
    return 0;   
    ……   
} 

     这里定义了I2C adapter的中断处理函数omap_i2c_isr()，该函数对I2C控制器的中断事件进行响应，主要实现了对I2C数据收发中断事件的处理。
     这边还涉及到了一个i2c_algorithm结构的变量omap_i2c_algo，该变量的定义如下：

static const struct i2c_algorithm omap_i2c_algo = {   
    .master_xfer    = omap_i2c_xfer,   
    .functionality  = omap_i2c_func,   
}; 

 omap_i2c_xfer接口函数实现了底层I2C数据传输的方法。

 omap_i2c_probe函数最后使用了   i2c_add_numbered_adapter()将adapter注册到i2c-core层，adapter的总线号保存在平台设备数组 omap_i2c_devices中，见3.1.1节，由于该数组中有三个成员，即三条I2C总线，所以这里会建立三个I2C adapter，总线号分别为1，2，3。

 

4 OMAP3630 I2C device驱动
    在Linux内核中，I2C device驱动位于drivers/i2c/chips目录下，可以看到该目录下有很多相关的device驱动，这里以xxxx项目的mma7455为例介绍device驱动的注册过程，对应的device驱动程序为mma7455.c。

    既然有device驱动，那么必定有相应的device，I2C的device是什么呢？其实就是我们在1.3节中提到的i2c_client，所以在device驱动注册之前先来了解下i2c_client的注册过程。
4.1 Mma7455 device注册
    Mma7455 device即i2c_client的创建以及注册分为两步。
4.1.1 将mma7455设备信息加入到设备链表
    在板级初始化时将I2C device的名称，地址和相关的信息加入到链表__i2c_board_list中，该链表记录了具体开发板上的I2C设备信息。
    在board-xxxx.c中，定义了mma7455的设备信息定义如下：

static struct i2c_board_info __initdata xxxx_i2c_bus3_info[] = {   
……   
#ifdef CONFIG_SENSORS_MMA7455   
        {   
        I2C_BOARD_INFO("mma7455", 0x1D),   
        .platform_data = &xxxx_mma7455_platform_data,   
        },   
#endif   
}; 

    Mma7455加入到设备链表__i2c_board_list的流程图如下图：

图4.1 mma7455加入到I2C设备链表的过程

 

    i2c_register_board_info()函数的定义如下：

int __init i2c_register_board_info(int busnum,   
    struct i2c_board_info const *info, unsigned len)   
{   
    ……   
    for (status = 0; len; len--, info++) {   
        struct i2c_devinfo  *devinfo;   
        devinfo = kzalloc(sizeof(*devinfo), GFP_KERNEL);   
        ……   
        devinfo->busnum = busnum;   
        devinfo->board_info = *info;   
        list_add_tail(&devinfo->list, &__i2c_board_list);   
    }   
    ……   
} 

 

4.1.2 创建并注册i2c_client
    i2c_client的创建和注册在I2C adapter驱动注册过程中完成，I2C adapter驱动的注册可以参考3.2.2节，i2c_add_numbered_adapter()函数在注册I2C adapter驱动的同时会扫描4.1.1中提到的I2C设备链表__i2c_board_list，如果该总线上有对应的I2C设备，则创建相应的i2c_client，并将其注册到I2C core中。流程图如下所示：

图4.2创建并注册i2c_client

 

    相应的代码位于i2c-core.c如下：

static void i2c_scan_static_board_info(struct i2c_adapter *adapter)   
{   
    ……   
    list_for_each_entry(devinfo, &__i2c_board_list, list) {   
        if (devinfo->busnum == adapter->nr   
                && !i2c_new_device(adapter,   
                        &devinfo->board_info))   
            ……   
    }   
    ……   
} 

    在i2c_scan_static_board_info()函数中遍历I2C设备链表__i2c_board_list，设备的总线号和adapter的总线号相等，则使用函数i2c_new_device()创建该设备。

struct i2c_client *   
i2c_new_device(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_board_info const *info)   
{   
    ……   
    client = kzalloc(sizeof *client, GFP_KERNEL);   
    if (!client)   
        return NULL;   
    client->adapter = adap;   
    client->dev.platform_data = info->platform_data;   
    if (info->archdata)   
        client->dev.archdata = *info->archdata;   
    client->flags = info->flags;   
    client->addr = info->addr;   
    client->irq = info->irq;   
    strlcpy(client->name, info->type, sizeof(client->name));   
    ……   
    status = i2c_attach_client(client);   
    ……   
} 

     在函数i2c_new_device()中创建一个i2c_client，初始化该结构体的adapter，addr，name等变量，这里的client->name被初始化为info->type，在4.1.1中，info->type初始化为“mma7455”， client->name后面会用于I2C device和I2C driver匹配时使用，最后调用i2c_attach_client()将该client注册到I2C core。

int i2c_attach_client(struct i2c_client *client)   
{   
    struct i2c_adapter *adapter = client->adapter;   
    ……   
    client->dev.parent = &client->adapter->dev;   
    client->dev.bus = &i2c_bus_type;   
  
    ……   
    res = device_register(&client->dev);   
    ……   
} 

    函数i2c_attach_client()进一步初始化i2c_client结构体，将该设备的总线初始化为i2c_bus_type，说明该设备被放在I2C总线上，用于后面跟I2C driver匹配时使用，最后使用device_register(&client->dev)注册该i2c_client设备。

4.2 Mma7455 device驱动注册
    在mma7455.c中，定义了mma7455的device驱动，代码如下：

static struct i2c_driver mma7455_driver = {   
    .driver     = {   
                .name = "mma7455",   
            },   
    .class      = I2C_CLASS_HWMON,   
    .probe      = mma7455_probe,   
    .remove     = mma7455_remove,   
    .id_table   = mma7455_id,   
    ……   
}; 

    注册的简要示意图如下:

 
图4.3 device驱动的注册

    相应的代码位于mma7455.c和i2c-core.c。

static int __init init_mma7455(void)   
{   
    ……   
    res = i2c_add_driver(&mma7455_driver);   
    ……   
    return (res);   
} 

    在模块加载的时候首先调用init_mma7455()，然后init_mma7455()调用函数i2c_add_driver()注册mma7455_driver结构体。

int i2c_register_driver(struct module *owner, struct i2c_driver *driver)   
{   
    …….   
    /* add the driver to the list of i2c drivers in the driver core */  
    driver->driver.owner = owner;   
    driver->driver.bus = &i2c_bus_type;   
  
    ……   
    res = driver_register(&driver->driver);   
    if (res)   
        return res;   
  
    ……   
} 

    函数i2c_register_driver()初始化该驱动的总线为i2c_bus_type，然后使用函数driver_register(&driver->driver)注册该驱动，因此内核会在I2C总线上遍历所有I2C设备，由于该mma7455 device驱动的匹配因子name变量为“mma7455”，因此正好和在4.1.2里创建的name也为“mma7455”的i2c client匹配。因此总线的probe函数将会被调用，I2C总线的probe函数为i2c_device_probe()，具体代码如下：

static int i2c_device_probe(struct device *dev)   
{   
    struct i2c_client   *client = to_i2c_client(dev);   
    struct i2c_driver   *driver = to_i2c_driver(dev->driver);   
    int status;   
  
    if (!driver->probe || !driver->id_table)   
        return -ENODEV;   
    client->driver = driver;   
    …….   
    status = driver->probe(client, i2c_match_id(driver->id_table, client));   
    ……   
    return status;   
} 

    在i2c_device_probe()函数中，语句client->driver = driver将I2C device和I2C driver绑定，然后直接调用具体设备的probe函数，这里即mma7455的probe函数mma7455_probe()。
    在mma7455_probe()函数会完成一些具体I2C设备相关的初始化等操作，这边就不再详述。

 

5 用户空间的支持
    图1.1Linux I2C的架构图中的i2c-dev部份是一个通用的I2C设备的驱动程序，通过一个带有操作集file_operations的标准字符设备驱动为用户空间提供了访问接口，使用户空间可以通过I2C core，进而访问I2C adapter。

5.1 I2c-dev的注册
    该部分的源代码位于drivers/i2c/i2c-dev.c，首先定义了I2C device驱动i2cdev_driver：

static struct i2c_driver i2cdev_driver = {   
    .driver = {   
        .name   = "dev_driver",   
    },   
    .attach_adapter = i2cdev_attach_adapter,   
    .detach_adapter = i2cdev_detach_adapter,   
}; 

    i2cdev_driver注册代码如下：

static int __init i2c_dev_init(void)   
{   
    ……   
    res = register_chrdev(I2C_MAJOR, "i2c", &i2cdev_fops);   
    ……   
    i2c_dev_class = class_create(THIS_MODULE, "i2c-dev");   
    ……   
    res = i2c_add_driver(&i2cdev_driver);   
    ……   
} 

    首先注册了一个主设备号为I2C_MAJOR，操作集为i2cdev_fops，名字为“i2c”的字符设备。在文件drivers/i2c/i2c-dev.h中，I2C_MAJOR被定义为89。在i2c-dev.c中i2cdev_fops的定义如下：

static const struct file_operations i2cdev_fops = {   
    .owner      = THIS_MODULE,   
    .llseek     = no_llseek,   
    .read       = i2cdev_read,   
    .write      = i2cdev_write,   
    .unlocked_ioctl = i2cdev_ioctl,   
    .open       = i2cdev_open,   
    .release    = i2cdev_release,   
}; 
 
    该操作集是用户空间访问该字符设备的接口。
   然后调用函数i2c_add_driver(&i2cdev_driver)将i2cdev_driver驱动注册到i2c core中，i2cdev_driver驱动注册的流程图如下：

图5.1 i2cdev_driver注册过程

 注册i2c_driver时，会将驱动和adapter绑定起来，然后将调用i2c_driver 的attach_adapter 方法，即i2cdev_attach_adapter()函数，建立dev设备节点，每个adapter都会对应一个dev设备节点，并维护了一个i2c_dev链表保存设备节点和adapter的关系。
    i2cdev_attach_adapter()函数的代码如下：
 
 

static int i2cdev_attach_adapter(struct i2c_adapter *adap)   
{   
    ……   
    /* register this i2c device with the driver core */  
    i2c_dev->dev = device_create(i2c_dev_class, &adap->dev,   
                     MKDEV(I2C_MAJOR, adap->nr), NULL,   
                     "i2c-%d", adap->nr);   
    ……   
    res = device_create_file(i2c_dev->dev, &dev_attr_name);   
    ……   
} 

    以I2C_MAJOR和adap->nr为主从设备号创建并注册设备节点，如果系统有udev或者是hotplug，那么就会在/dev下自动创建相关的设备节点了。

5.2 I2c-dev的打开
    I2c-dev的open函数如下：

static int i2cdev_open(struct inode *inode, struct file *file)   
{   
    ……   
    i2c_dev = i2c_dev_get_by_minor(minor);   
    if (!i2c_dev) {   
        ret = -ENODEV;   
        goto out;   
    }   
  
    adap = i2c_get_adapter(i2c_dev->adap->nr);   
    ……   
    client = kzalloc(sizeof(*client), GFP_KERNEL);   
    if (!client) {   
        i2c_put_adapter(adap);   
        ret = -ENOMEM;   
        goto out;   
    }   
    snprintf(client->name, I2C_NAME_SIZE, "i2c-dev %d", adap->nr);   
    client->driver = &i2cdev_driver;   
    client->adapter = adap;   
    file->private_data = client;   
    ……   
} 

    Open操作是用户空间程序和内核驱动交换的第一步，最终返回给用户空间的就是struct file结构体。对于I2C 驱动来说，用户空间所获得的就是client这个关键信息，在其中可以找到所有有关的信息如client所在的adapter及i2c_driver。
    用open函数将i2c-dev设备打开以后，就可以通过ioctl函数的各种命令来设定要访问从设备的地址，I2C设备读写等操作，也可以通过 read和write函数完成对I2C设备的读写。
    对I2C设备的具体操作在这里不再具体阐述，可以参看i2c-dev.c源代码。

 

6 I2C数据收发的框架
    I2C架构的读写支持两种协议类型，I2C协议与SMBUS协议。
    I2C协议和SMBUS协议不完成等同，SMBUS是I2C的子集，SMBUS由I2C衍生而来。SMBUS总线上传输的数据一定是I2C的格式的，但是SMBUS上传输的数据不一定能满足具体某个I2C从设备的通信要求。

6.1 SMBUS协议的数据收发
    如果控制器不支持SMBUS协议，框架层可以用i2c_transfer模拟SMBUS协议的实现，系统默认的I2C传输函数一般都是基于I2C模拟的SMBUS方法传输的，如i2c_smbus_write_byte_data()，i2c_smbus_read_byte_data()等。
    在设备mma7455的驱动程序中，使用了SMBUS协议，而OMAP3630控制器使用的是I2C协议，因此在mma7455的驱动程序中就用到了基于I2C模拟的SMBUS方法。
    下面以函数i2c_smbus_write_byte_data()为例来说明SMBUS协议下的数据发送的过程。
    在i2c-core.c中，函数i2c_smbus_write_byte_data()的定义如下：
/**  
 * i2c_smbus_write_byte_data - SMBus "write byte" protocol  
 * @client: Handle to slave device  
 * @command: Byte interpreted by slave  
 * @value: Byte being written  
 *  
 * This executes the SMBus "write byte" protocol, returning negative errno  
 * else zero on success.  
 */  
s32 i2c_smbus_write_byte_data(struct i2c_client *client, u8 command, u8 value)   
{   
    union i2c_smbus_data data;   
    data.byte = value;   
    return i2c_smbus_xfer(client->adapter,client->addr,client->flags,   
                          I2C_SMBUS_WRITE,command,   
                          I2C_SMBUS_BYTE_DATA,&data);   
} 

    函数i2c_smbus_write_byte_data()的调用流程图如下：

图6.1 SMBUS协议下的数据发送过程

 

    从图6.1可以看到，走哪条分支取决于I2C控制器的i2c_algorithm算法，当定义了方法smbus_xfer，则直接调用该方法，如果没有则通过先调用i2c_smbus_xfer_emulated()，进而通过i2c_transfer()最终调用I2C协议下的master_xfer方法，所以我们说SMBUS总线上传输的数据一定是I2C的格式的。

6.2 I2C协议的数据收发
    I2C协议下的数据收发函数就是常用的I2C传输函数：i2c_master_send()和i2c_master_recv()。
    下面以函数i2c_master_send ()为例来说明I2C协议下的数据发送的过程。
    在i2c-core.c中，函数i2c_master_send()定义如下：

 
/**  
 * i2c_master_send - issue a single I2C message in master transmit mode  
 * @client: Handle to slave device  
 * @buf: Data that will be written to the slave  
 * @count: How many bytes to write  
 *  
 * Returns negative errno, or else the number of bytes written.  
 */  
int i2c_master_send(struct i2c_client *client,const char *buf ,int count)   
{   
    int ret;   
    struct i2c_adapter *adap=client->adapter;   
    struct i2c_msg msg;   
  
    msg.addr = client->addr;   
    msg.flags = client->flags & I2C_M_TEN;   
    msg.len = count;   
    msg.buf = (char *)buf;   
    ret = i2c_transfer(adap, &msg, 1);   
  
    /* If everything went ok (i.e. 1 msg transmitted), return #bytes  
       transmitted, else error code. */  
    return (ret == 1) ? count : ret;   
} 

    从源代码中可以看出，函数i2c_master_send()先构造i2c_msg结构体，然后直接调用函数i2c_transfer。简单的示意图如下：

图6-2 I2C协议下的数据发送过程

本篇文章来源于 Linux公社网站(www.linuxidc.com)  原文链接：http://www.linuxidc.com/Linux/2011-05/35577.htm