在Linux内核中I2C的体系结构分为3个部分：
① I2C核心：I2C核心提供了I2C总线驱动和设备驱动的注册、注销方法等。
② I2C总线驱动：I2C总线驱动是对I2C硬件体系结构中适配器端的实现，适配器可由CPU控制，甚至可以直接集成在CPU内部。
③ I2C设备驱动：I2C设备驱动是对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。
1 I2C总线驱动
I2C总线和platform总线差不多，只不过platform总线是虚拟出来的一条总线，而I2C总线是实际存在的。对于使用I2C通信的设备，在驱动中直接使用I2C总结即可。I2C总线驱动的重点是I2C适配器驱动，主要涉及到两个结构体：i2c_adapter 和 i2c_algorithm。在Linux内核中用i2c_adapter结构体来表示I2C适配器。i2c_adapter 结构体定义在include/linux/i2c.h 文件中，结构体内容如下：
498 struct i2c_adapter {
499 struct module *owner;
500 unsigned int class; /* classes to allow probing for */
501 const struct i2c_algorithm *algo; /* 总线访问算法 */
502 void *algo_data;
503
504 /* data fields that are valid for all devices */
505 struct rt_mutex bus_lock;
506
507 int timeout; /* in jiffies */
508 int retries;
509 struct device dev; /* the adapter device */
510
511 int nr;
512 char name[48];
513 struct completion dev_released;
514
515 struct mutex userspace_clients_lock;
516 struct list_head userspace_clients;
517
518 struct i2c_bus_recovery_info *bus_recovery_info;
519 const struct i2c_adapter_quirks *quirks;
520 };
第 501 行，i2c_algorithm 类型的指针变量 algo，对于一个 I2C 适配器，肯定要对外提供读写 API 函数，设备驱动程序可以使用这些 API 函数来完成读写操作。i2c_algorithm 就是 I2C 适配器与 IIC 设备进行通信的方法。
i2c_algorithm 结构体定义在 include/linux/i2c.h 文件中，部分内容如下：
391 struct i2c_algorithm {
......
398 int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,
399 int num);
400 int (*smbus_xfer) (struct i2c_adapter *adap, u16 addr,
401 unsigned short flags, char read_write,
402 u8 command, int size, union i2c_smbus_data *data);
403
404 /* To determine what the adapter supports */
405 u32 (*functionality) (struct i2c_adapter *);
......
411 };
第 398 行，master_xfer 就是 I2C 适配器的传输函数，可以通过此函数来完成与 IIC 设备之间的通信。
第 400 行，smbus_xfer 就是 SMBUS 总线的传输函数。
综上所述，I2C 总线驱动，或者说 I2C 适配器驱动的主要工作就是初始化 i2c_adapter 结构体变量，然后设置 i2c_algorithm 中的 master_xfer 函数。完成以后通过 i2c_add_numbered_adapter或 i2c_add_adapter 这两个函数向系统注册设置好的 i2c_adapter，这两个函数的原型如下：
int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adapter)
int i2c_add_numbered_adapter(struct i2c_adapter *adap)
这两个函数的区别在于 i2c_add_adapter 使用动态的总线号，而 i2c_add_numbered_adapter使用静态总线号。函数参数和返回值含义如下：
adapter 或 adap：要添加到 Linux 内核中的 i2c_adapter，也就是 I2C 适配器。
返回值：0，成功；负值，失败。
如果要删除 I2C 适配器的话使用 i2c_del_adapter 函数即可，函数原型如下：
void i2c_del_adapter(struct i2c_adapter * adap)
函数参数和返回值含义如下：
adap：要删除的 I2C 适配器。
返回值：无。
关于 I2C 的总线(控制器或适配器)驱动就讲解到这里，一般 SOC 的 I2C 总线驱动都是由半导体厂商编写的，比如 I.MX6U 的 I2C 适配器驱动 NXP 已经编写好了，这个不需要用户去编写。因此 我们不用关心I2C 总线驱动具体是如何实现的，我们只要专注于 I2C 设备驱动即可。
2 I2C设备驱动
在I2C设备驱动中主要有两个重要的结构体：i2c_client 和 i2c_driver。i2c_client 就是描述设备信息的，i2c_driver 描述驱动内容，类似于 platform_driver。
i2c_client 结构体定义在 include/linux/i2c.h 文件中，内容如下：
217 struct i2c_client {
218 unsigned short flags; /* 标志 */
219 unsigned short addr; /* 芯片地址，7 位，存在低 7 位*/
......
222 char name[I2C_NAME_SIZE]; /* 名字 */
223 struct i2c_adapter *adapter; /* 对应的 I2C 适配器 */
224 struct device dev; /* 设备结构体 */
225 int irq; /* 中断 */
226 struct list_head detected;
......
230 };
一个设备对应一个 i2c_client，每检测到一个 I2C 设备就会给这个 I2C 设备分配一个 i2c_client。
i2c_driver 类似 platform_driver，是I2C驱动编写的重点内容。i2c_driver 结构体定义在 include/linux/i2c.h 文件中，内容如下：
161 struct i2c_driver {
162 unsigned int class;
163
164 /* Notifies the driver that a new bus has appeared. You should
165 * avoid using this, it will be removed in a near future.
166 */
167 int (*attach_adapter)(struct i2c_adapter *) __deprecated;
168
169 /* Standard driver model interfaces */
170 int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *);
171 int (*remove)(struct i2c_client *);
172
173 /* driver model interfaces that don't relate to enumeration */
174 void (*shutdown)(struct i2c_client *);
175
176 /* Alert callback, for example for the SMBus alert protocol.
177 * The format and meaning of the data value depends on the
178 * protocol.For the SMBus alert protocol, there is a single bit
179 * of data passed as the alert response's low bit ("event
180 flag"). */
181 void (*alert)(struct i2c_client *, unsigned int data);
182
183 /* a ioctl like command that can be used to perform specific
184 * functions with the device.
185 */
186 int (*command)(struct i2c_client *client, unsigned int cmd, void *arg);
187
188 struct device_driver driver;
189 const struct i2c_device_id *id_table;
190
191 /* Device detection callback for automatic device creation */
192 int (*detect)(struct i2c_client *, struct i2c_board_info *);
193 const unsigned short *address_list;
194 struct list_head clients;
195 };
第 170 行，当 I2C 设备和驱动匹配成功以后 probe 函数就会执行，和 platform 驱动一样。
第 188 行，device_driver 驱动结构体，如果使用设备树的话，需要设置 device_driver 的
of_match_table 成员变量，也就是驱动的兼容(compatible)属性。
第 189 行，id_table 是传统的、未使用设备树的设备匹配 ID 表。
在编写I2C设备的驱动时，主要就是创建i2c_driver结构体，并实现里面的内容。
i2c_driver结构体创建完成后，使用int i2c_register_driver函数向Linux内核中注册i2c设备。函数原型如下：
int i2c_register_driver(struct module *owner,
struct i2c_driver *driver)
函数参数和返回值含义如下：
owner：一般为 THIS_MODULE。
driver：要注册的 i2c_driver。
返回值：0，成功；负值，失败。
另外 i2c_add_driver 也常常用于注册 i2c_driver，i2c_add_driver 是一个宏，定义如下：
587 #define i2c_add_driver(driver) \
588 i2c_register_driver(THIS_MODULE, driver)
可以看出i2c_add_driver 就是对 i2c_register_driver 做了一个简单的封装，只有一个参数，就是要注册的 i2c_driver。
在主线I2C设备驱动的同时需要将前面注册的i2c_driver也从Linux内核中注销掉。用i2c_del_driver 函数，此函数原型如下：
void i2c_del_driver(struct i2c_driver *driver)
函数参数和返回值含义如下：
driver：要注销的 i2c_driver。
返回值：无。
i2c_driver 的注册示例代码如下：
1 /* i2c 驱动的 probe 函数 */
2 static int xxx_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)
3 {
4 /* 函数具体程序 */
5 return 0;
6 }
7
8 /* i2c 驱动的 remove 函数 */
9 static int ap3216c_remove(struct i2c_client *client)
10 {
11 /* 函数具体程序 */
12 return 0;
13 }
14
15 /* 传统匹配方式 ID 列表 */
16 static const struct i2c_device_id xxx_id[] = {
17 {
"xxx", 0},
18 {
}
19 };
20
21 /* 设备树匹配列表 */
22 static const struct of_device_id xxx_of_match[] = {
23 {
.compatible = "xxx" },
24 {
/* Sentinel */ }
25 };
26
27 /* i2c 驱动结构体 */
28 static struct i2c_driver xxx_driver = {
29 .probe = xxx_probe,
30 .remove = xxx_remove,
31 .driver = {
32 .owner = THIS_MODULE,
33 .name = "xxx",
34 .of_match_table = xxx_of_match,
35 },
36 .id_table = xxx_id,
37 };
38
39 /* 驱动入口函数 */
40 static int __init xxx_init(void)
41 {
42 int ret = 0;
43
44 ret = i2c_add_driver(&xxx_driver);
45 return ret;
46 }
47
48 /* 驱动出口函数 */
49 static void __exit xxx_exit(void)
50 {
51 i2c_del_driver(&xxx_driver);
52 }
53
54 module_init(xxx_init);
55 module_exit(xxx_exit);
第 16~19 行，i2c_device_id，无设备树的时候匹配 ID 表。
第 22~25 行，of_device_id，设备树所使用的匹配表。
第 28~37 行，i2c_driver，当 I2C 设备和 I2C 驱动匹配成功以后 probe 函数就会执行，这些和 platform 驱动一样，probe 函数里面基本就是标准的字符设备驱动那一套了。
3 I2C核心
在I2C核心层完成的就是I2C设备和I2C驱动的匹配过程。I2C核心部分的文件是drivers/i2c/i2c-core.c，I2C核心层提供了一些与硬件无关的API函数。
1、i2c_adapter 注册/注销函数
int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adapter)
int i2c_add_numbered_adapter(struct i2c_adapter *adap)
void i2c_del_adapter(struct i2c_adapter * adap)
2、i2c_driver 注册/注销函数
int i2c_register_driver(struct module *owner, struct i2c_driver *driver)
int i2c_add_driver (struct i2c_driver *driver)
void i2c_del_driver(struct i2c_driver *driver)
设备和驱动的匹配过程也是在 I2C 总线完成的，I2C 总线的数据结构为 i2c_bus_type，定义在 drivers/i2c/i2c-core.c 文件，i2c_bus_type 内容如下：
736 struct bus_type i2c_bus_type = {
737 .name = "i2c",
738 .match = i2c_device_match,
739 .probe = i2c_device_probe,
740 .remove = i2c_device_remove,
741 .shutdown = i2c_device_shutdown,
742 };
match成员变量就是I2C 总线上设备和驱动匹配函数，也就是 i2c_device_match 这个函数，此函数内容如下：
457 static int i2c_device_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
458 {
459 struct i2c_client *client = i2c_verify_client(dev);
460 struct i2c_driver *driver;
461
462 if (!client)
463 return 0;
464
465 /* Attempt an OF style match */
466 if (of_driver_match_device(dev, drv))
467 return 1;
468
469 /* Then ACPI style match */
470 if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
471 return 1;
472
473 driver = to_i2c_driver(drv);
474 /* match on an id table if there is one */
475 if (driver->id_table)
476 return i2c_match_id(driver->id_table, client) != NULL;
477
478 return 0;
479 }
第 466 行，of_driver_match_device 函数用于完成设备树设备和驱动匹配。比较 I2C 设备节点的 compatible 属性和 of_device_id 中的 compatible 属性是否相等，如果相当的话就表示 I2C设备和驱动匹配。
第 470 行，acpi_driver_match_device 函数用于 ACPI 形式的匹配。
第 476 行，i2c_match_id 函数用于传统的、无设备树的 I2C 设备和驱动匹配过程。比较 I2C设备名字和 i2c_device_id 的 name 字段是否相等，相等的话就说明 I2C 设备和驱动匹配。
