实例解析linux内核I2C体系结构（2）
四、在内核里写i2c设备驱动的两种方式
前文介绍了利用/dev/i2c-0在应用层完成对i2c设备的操作，但很多时候我们还是习惯为i2c设备在内核层编写驱动程序。目前内核支持两种编写i2c驱动程序的方式。下面分别介绍这两种方式的实现。这里分别称这两种方式为“Adapter方式（LEGACY）”和“Probe方式（new style）”。
（1） Adapter方式（LEGACY）
（下面的实例代码是在2.6.27内核的pca953x.c基础上修改的，原始代码采用的是本文将要讨论的第2种方式，即Probe方式）
● 构建i2c_driver
static struct i2c_driver pca953x_driver = {
.driver = {
.name= "pca953x", //名称
},
.id= ID_PCA9555,//id号
.attach_adapter= pca953x_attach_adapter, //调用适配器连接设备
.detach_client= pca953x_detach_client,//让设备脱离适配器
};
● 注册i2c_driver
static int __init pca953x_init(void)
{
return i2c_add_driver(&pca953x_driver);
}
module_init(pca953x_init);
● attach_adapter动作
执行i2c_add_driver(&pca953x_driver)后会，如果内核中已经注册了i2c适配器，则顺序调用这些适配器来连接我们的i2c设备。此过程是通过调用i2c_driver中的attach_adapter方法完成的。具体实现形式如下：
static int pca953x_attach_adapter(struct i2c_adapter *adapter)
{
return i2c_probe(adapter, &addr_data, pca953x_detect);
/*
adapter:适配器
addr_data:地址信息
pca953x_detect：探测到设备后调用的函数
*/
}
地址信息addr_data是由下面代码指定的。
/* Addresses to scan */
static unsigned short normal_i2c[] = {0x20,0x21,0x22,0x23,0x24,0x25,0x26,0x27,I2C_CLIENT_END};
I2C_CLIENT_INSMOD;
注意：normal_i2c里的地址必须是你i2c芯片的地址。否则将无法正确探测到设备。而I2C_ CLIENT_INSMOD是一个宏，它会利用normal_i2c构建addr_data。
● 构建i2c_client，并注册字符设备驱动
i2c_probe在探测到目标设备后，后调用pca953x_detect，并把当时的探测地址address作为参数传入。
static int pca953x_detect(struct i2c_adapter *adapter, int address, int kind)
{
struct i2c_client *new_client;
struct pca953x_chip *chip; //设备结构体
int err = 0,result;
dev_t pca953x_dev=MKDEV(pca953x_major,0);//构建设备号，根据具体情况设定，这里我只考虑了normal_i2c中只有一个地址匹配的情况。
if (!i2c_check_functionality(adapter, I2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA| I2C_FUNC_SMBUS_WORD_DATA))//判定适配器能力
goto exit;
if (!(chip = kzalloc(sizeof(struct pca953x_chip), GFP_KERNEL))) {
err = -ENOMEM;
goto exit;
}
/****构建i2c-client****/
chip->client=kzalloc(sizeof(struct i2c_client),GFP_KERNEL);
new_client = chip->client;
i2c_set_clientdata(new_client, chip);
new_client->addr = address;
new_client->adapter = adapter;
new_client->driver = &pca953x_driver;
new_client->flags = 0;
strlcpy(new_client->name, "pca953x", I2C_NAME_SIZE);
if ((err = i2c_attach_client(new_client)))//注册i2c_client
goto exit_kfree;
if (err)
goto exit_detach;
if(pca953x_major)
{
result=register_chrdev_region(pca953x_dev,1,"pca953x");
}
else{
result=alloc_chrdev_region(&pca953x_dev,0,1,"pca953x");
pca953x_major=MAJOR(pca953x_dev);
}
if (result < 0) {
printk(KERN_NOTICE "Unable to get pca953x region, error %d\n", result);
return result;
}
pca953x_setup_cdev(chip,0); //注册字符设备，此处不详解
return 0;
exit_detach:
i2c_detach_client(new_client);
exit_kfree:
kfree(chip);
exit:
return err;
}
i2c_check_functionality用来判定设配器的能力，这一点非常重要。你也可以直接查看对应设配器的能力，如
static const struct i2c_algorithm smbus_algorithm = {
.smbus_xfer= i801_access,
.functionality= i801_func,
};
static u32 i801_func(struct i2c_adapter *adapter)
{
return I2C_FUNC_SMBUS_QUICK | I2C_FUNC_SMBUS_BYTE |
I2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA | I2C_FUNC_SMBUS_WORD_DATA |
I2C_FUNC_SMBUS_BLOCK_DATA | I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_I2C_BLOCK
| (isich4 ? I2C_FUNC_SMBUS_HWPEC_CALC : 0);
}
● 字符驱动的具体实现
struct file_operations pca953x_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.ioctl= pca953x_ioctl,
.open= pca953x_open,
.release =pca953x_release,
};
字符设备驱动本身没有什么好说的，这里主要想说一下，如何在驱动中调用i2c设配器帮我们完成数据传输。
目前设配器主要支持两种传输方法：smbus_xfer和master_xfer。一般来说，如果设配器支持了master_xfer那么它也可以模拟支持smbus的传输。但如果只实现smbus_xfer，则不支持一些i2c的传输。
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);
master_xfer中的参数设置，和前面的用户空间编程一致。现在只是要在驱动中构建相关的参数然后调用i2c_transfer来完成传输既可。
int i2c_transfer(struct i2c_adapter * adap, struct i2c_msg *msgs, int num)
smbus_xfer中的参数设置及调用方法如下：
static int pca953x_write_reg(struct pca953x_chip *chip, int reg, uint16_t val)
{
int ret;
ret = i2c_smbus_write_word_data(chip->client, reg << 1, val);
if (ret < 0) {
dev_err(&chip->client->dev, "failed writing register\n");
return -EIO;
}
return 0;
}
上面函数完成向芯片的地址为reg的寄存器写一个16bit的数据。i2c_smbus_write_word_data的实现如下：
s32 i2c_smbus_write_word_data(struct i2c_client *client, u8 command, u16 value)
{
union i2c_smbus_data data;
data.word = value;
return i2c_smbus_xfer(client->adapter,client->addr,client->flags,
I2C_SMBUS_WRITE,command,
I2C_SMBUS_WORD_DATA,&data);
}
从中可以看出smbus传输一个16位数据的方法。其它操作如：字符写、字符读、字读、块操作等，可以参考内核的i2c-core.c中提供的方法。
● 注销i2c_driver
static void __exit pca953x_exit(void)
{
i2c_del_driver(&pca953x_driver);
}
module_exit(pca953x_exit);
● detach_client动作
顺序调用内核中注册的适配器来断开我们注册过的i2c设备。此过程通过调用i2c_driver中的attach_adapter方法完成的。具体实现形式如下：
static int pca953x_detach_client(struct i2c_client *client)
{
int err;
struct pca953x_chip *data;
if ((err = i2c_detach_client(client)))//断开i2c_client
return err;
data=i2c_get_clientdata(client);
cdev_del(&(data->cdev));
unregister_chrdev_region(MKDEV(pca953x_major, 0), 1);
kfree(data->client);
kfree(data);
return 0;
}
（2） Probe方式（new style）
● 构建i2c_driver
和LEGACY方式一样，也需要构建i2c_driver，但是内容有所不同。
static struct i2c_driver pca953x_driver = {
.driver = {
.name= "pca953x",
},
.probe= pca953x_probe, //当有i2c_client和i2c_driver匹配时调用
.remove= pca953x_remove,//注销时调用
.id_table= pca953x_id,//匹配规则
};
● 注册i2c_driver
static int __init pca953x_init(void)
{
return i2c_add_driver(&pca953x_driver);
}
module_init(pca953x_init);
在注册i2c_driver的过程中，是将driver注册到了i2c_bus_type的总线上。此总线的匹配规则是：
static const struct i2c_device_id *i2c_match_id(const struct i2c_device_id *id,
const struct i2c_client *client)
{
while (id->name[0]) {
if (strcmp(client->name, id->name) == 0)
return id;
id++;
}
return NULL;
}
可以看出是利用i2c_client的名称和id_table中的名称做匹配的。本驱动中的id_table为
static const struct i2c_device_id pca953x_id[] = {
{ "pca9534", 8, },
{ "pca9535", 16, },
{ "pca9536", 4, },
{ "pca9537", 4, },
{ "pca9538", 8, },
{ "pca9539", 16, },
{ "pca9554", 8, },
{ "pca9555", 16, },
{ "pca9557", 8, },
{ "max7310", 8, },
{ }
};
看到现在我们应该会有这样的疑问，在Adapter模式中，i2c_client是我们自己构造出来的，而现在的i2c_client是从哪来的呢？看看下面的解释
● 注册i2c_board_info
对于Probe模式，通常在平台代码中要完成i2c_board_info的注册。方法如下：
static struct i2c_board_info __initdata test_i2c_devices[] = {
{
I2C_BOARD_INFO("pca9555", 0x27),//pca9555为芯片名称，0x27为芯片地址
.platform_data = &pca9555_data,
}, {
I2C_BOARD_INFO("mt9v022", 0x48),
.platform_data = &iclink[0], /* With extender */
}, {
I2C_BOARD_INFO("mt9m001", 0x5d),
.platform_data = &iclink[0], /* With extender */
},
};
i2c_register_board_info(0, test_i2c_devices,ARRAY_SIZE(test_i2c_devices)); //注册
i2c_client就是在注册过程中构建的。但有一点需要注意的是i2c_register_board_info并没有EXPORT_SYMBOL给模块使用。
● 字符驱动注册
在Probe方式下，添加字符驱动的位置在pca953x_probe中。
static int __devinit pca953x_probe(struct i2c_client *client,const struct i2c_device_id *id)
{
……
/****字符设备驱动注册位置****/
……
return 0;
}
● 注销i2c_driver
static void __exit pca953x_exit(void)
{
i2c_del_driver(&pca953x_driver);
}
module_exit(pca953x_exit);
● 注销字符设备驱动
在Probe方式下，注销字符驱动的位置在pca953x_remove中。
static int __devinit pca953x_remove (struct i2c_client *client)
{
……
/****字符设备驱动注销的位置****/
……
return 0;
}
● I2C设备的数据交互方法(即：调用适配器操作设备的方法)和Adapter方式下相同。