MINI2440 Linux IIC驱动笔记

  
一、IIC 驱动框架
应用层 open read write
——————————————————
驱动层
IIC设备驱动（drv_open drv_read drv_write）  
  IIC总线驱动   
——————————————————
硬件 （例如： AT24C02 ）

IIC设备驱动的drv_open、drv_read、drv_write分别对应应用层得open 、read 、write等函数的接口，知道传递的数据的具体含义。在内核源代码的drivers/i2c/chips目录中，有很多IIC设备驱动程序。
IIC总线驱动用于识别IIC设备，提供读写函数，提供如何收发数据，但是不知道数据的具体含义。在内核源代码的drivers/i2c/busses/目录中有很多IIC总线驱动，例如S3C2440，对应i2c-s3c2410.c。

总线 设备 驱动 模型

  bus

  i2c_add_adapter i2c_add_driver

  (1) dev driver （2）


(1) i2c总线驱动程序功能（以drivers/i2c/busses/i2c-s3c2410.c为例）：
  <1>定义分配一个 struct s3c24xx_i2c *i2c的结构体，在该结构体包含一个i2c_adapter的结构体：   
static struct s3c24xx_i2c s3c24xx_i2c = {
.lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(s3c24xx_i2c.lock),
.wait = __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER(s3c24xx_i2c.wait),
.tx_setup = 50,
.adap = {
.name = "s3c2410-i2c",
.owner = THIS_MODULE,
.algo = &s3c24xx_i2c_algorithm,
.retries = 2,
.class = I2C_CLASS_HWMON,
},
};
在这个结构体中，最重要的是algo算法！
在 s3c24xx_i2c_algorithm中，最重要的是s3c24xx_i2c_xfer函数，实现了数据的收发功能。
static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm = {
.master_xfer = s3c24xx_i2c_xfer,
.functionality = s3c24xx_i2c_func,
};

<2> i2c_add_adapter函数对adapter进行注册
i2c_add_adapter 作用
<a> 将adapter放入链表；
<b>调用driver中的attach_adapter函数；
<c>在attach_adapte调用i2c_probe函数。
用adapter的master_xfer发信号，确定有没有该设备，如果有，调用i2c_probe中的定义的发现这个设备后要调用的函数！

（2）i2c设备驱动程序功能（以drivers/i2c/chip/eeprom.c为例）：
<a>分配构造一个i2c_driver
static struct i2c_driver eeprom_driver = {
.driver = {
.name = "eeprom",
},
.id = I2C_DRIVERID_EEPROM,
.attach_adapter = eeprom_attach_adapter,
.detach_client = eeprom_detach_client,
};
.attach_adapter 成员表示调用adapter连接设备，

<b>使用i2c_add_driver函数将i2c_driver放入链表,，
<c>从adapter链表取出适配器调用driver的attach_adapter函数, 在attach_adapter中调用i2c_probe函数，用adapter的master_xfer发信号，确定有没有该设备，如果有，调用i2c_probe中的定义的发现这个设备后要调用的函数！

二、怎么写I2C设备驱动程序？
1. 分配一个i2c_driver结构体。
2. 设置attach_adapte函数和detach_client函数。
  attach_adapter直接调用 i2c_probe(adap, 设备地址, 发现这个设备后要调用的函数);
  detach_client 表示卸载这个驱动后,如果之前发现能够支持的设备,则调用它来清理
    
3. 注册：使用i2c_add_driver来注册。

三、以at24cxx.c为例介绍一下i2c驱动的编写
Linux内核版本：linux-2.6.22.6
开发板：mini2440

建立一个at24cxx.c的文件
包含头文件如下：
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/jiffies.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/fs.h>
#include <asm/uaccess.h>

1、首先定义出入口和出口函数，定义一个结构体 i2c_driver at24cxx_driver 包括driver->name、attach_adapter和detach_client三个成员，在at24cxx_init中使用i2c_add_driver注册该驱动，在at24cxx_ exit中使用i2c_del_driver卸载该驱动。
代码如下：
static struct i2c_driver at24cxx_driver = {
.driver = {
.name = "at24cxx",
},
.attach_adapter = at24cxx_attach,
.detach_client = at24cxx_detach,
};

static int at24cxx_init(void)
{
i2c_add_driver(&at24cxx_driver);
return 0;
}

static void at24cxx_exit(void)
{
i2c_del_driver(&at24cxx_driver);
}

module_init(at24cxx_init);
module_exit(at24cxx_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

2、具体实现at24cxx_attach函数。执行i2c_add_driver(&at24cxx_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。代码如下：

static unsigned short ignore[] = { I2C_CLIENT_END };
static unsigned short normal_addr[] = { 0x50, I2C_CLIENT_END }; /* 地址值是7位 */

static struct i2c_client_address_data addr_data = {
.normal_i2c = normal_addr, /* 要发出S信号和设备地址并得到ACK信号,才能确定存在这个设备 */
.probe = ignore,
.ignore = ignore,
};
static int at24cxx_attach(struct i2c_adapter *adapter)
{
return i2c_probe(adapter, &addr_data, at24cxx_detect);
}
3、具体实现at24cxx_detect函数，在at24cxx_attach函数中，调用i2c_probe函数，i2c_probe探测到设备后，调用at24cxx_detect函数，并把探测的地址作为参数输入。在 at24cxx_detect函数中，构造一个i2c_client结构体用于收发I2C数据，调用i2c_attach_client将client和adapter关联！然后注册字符驱动设备，用于读写IIC数据
。

struct i2c_client *at24cxx_client;

static int major;
static struct class *cls;

static struct file_operations at24cxx_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = at24cxx_read,
.write = at24cxx_write,
};

static int at24cxx_detect(struct i2c_adapter *adapter, int address, int kind)
{
printk("at24cxx_detect\n");


at24cxx_client = kzalloc(sizeof(struct i2c_client), GFP_KERNEL);
at24cxx_client->addr = address;
at24cxx_client->adapter = adapter;
at24cxx_client->driver = &at24cxx_driver;
strcpy(at24cxx_client->name, "at24cxx");
i2c_attach_client(at24cxx_client);

major = register_chrdev(0, "at24cxx", &at24cxx_fops);

cls = class_create(THIS_MODULE, "at24cxx");
class_device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "at24cxx"); /* /dev/at24cxx */

return 0;
}

4、剩下的就是具体实现at24cxx_write和at24cxx_read了！
在at24cxx_write中：
使用copy_from_user(val, buf, 2)获得用户空间传入的要写入的寄存器地址和寄存器数据。构造一个写消息，通过i2c_transfer()函数完成消息的传递，最终写入相应寄存器数值。

在at24cxx_read中
使用copy_from_user(&address, buf, 1);获得用户空间传入的要读出的寄存器地址，构造一个读消息，一个写消息，通过i2c_transfer()函数完成消息的传递，读出相应寄存器数值，通过copy_to_user(buf, &data, 1)发送给应用层


static ssize_t at24cxx_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
unsigned char val[2];
struct i2c_msg msg[1];
int ret;

if (size != 2)
return -EINVAL;

copy_from_user(val, buf, 2);

/* 数据传输三要素: 源,目的,长度 */
msg[0].addr = at24cxx_client->addr; /* 目的 */
msg[0].buf = val; /* 源 */
msg[0].len = 2; /* 地址+数据=2 byte */
msg[0].flags = 0; /* 表示写 */

ret = i2c_transfer(at24cxx_client->adapter, msg, 1);
if (ret == 1)
return 2;
else
return -EIO;
}


static ssize_t at24cxx_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t * offset)
{
unsigned char address;
unsigned char data;
struct i2c_msg msg[2];
int ret;

/* address = buf[0]  
* data = buf[1]
*/
if (size != 1)
return -EINVAL;

copy_from_user(&address, buf, 1);

/* 数据传输三要素: 源,目的,长度 */

/* 读AT24CXX时,要先把要读的存储空间的地址发给它 */
msg[0].addr = at24cxx_client->addr; /* 目的 */
msg[0].buf = &address; /* 源 */
msg[0].len = 1; /* 地址=1 byte */
msg[0].flags = 0; /* 表示写 */

/* 然后启动读操作 */
msg[1].addr = at24cxx_client->addr; /* 源 */
msg[1].buf = &data; /* 目的 */
msg[1].len = 1; /* 数据=1 byte */
msg[1].flags = I2C_M_RD; /* 表示读 */


ret = i2c_transfer(at24cxx_client->adapter, msg, 2);
if (ret == 2)
{
copy_to_user(buf, &data, 1);
return 1;
}
else
return -EIO;
}
5、at24cxx_detach是调用内核中注册的适配器来断开我们注册过的i2c设备。
static int at24cxx_detach(struct i2c_client *client)
{
printk("at24cxx_detach\n");
class_device_destroy(cls, MKDEV(major, 0));
class_destroy(cls);
unregister_chrdev(major, "at24cxx");

i2c_detach_client(client);
kfree(i2c_get_clientdata(client));

return 0;
}


6应用程序
首先使用fd = open("/dev/at24cxx", O_RDWR)打开at24cxx设备文件，通过传入的参数“r”“w”来判断是读寄存器还是写寄存器，如果是读寄存器，则调用read(fd, buf, 1)完成读取，如果是写寄存器，则调用write(fd, buf, 2)完成写入。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>


/* i2c_test r addr
 * i2c_test w addr val
 */

void print_usage(char *file)
{
printf("%s r addr\n", file);
printf("%s w addr val\n", file);
}

int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
unsigned char buf[2];

if ((argc != 3) && (argc != 4))
{
print_usage(argv[0]);
return -1;
}

fd = open("/dev/at24cxx", O_RDWR);
if (fd < 0)
{
printf("can't open /dev/at24cxx\n");
return -1;
}

if (strcmp(argv[1], "r") == 0)
{
buf[0] = strtoul(argv[2], NULL, 0);
read(fd, buf, 1);
printf("data: %c, %d, 0x%2x\n", buf[0], buf[0], buf[0]);
}
else if (strcmp(argv[1], "w") == 0)
{
buf[0] = strtoul(argv[2], NULL, 0);
buf[1] = strtoul(argv[3], NULL, 0);
write(fd, buf, 2);
}
else
{
print_usage(argv[0]);
return -1;
}

return 0;
}