Linux 设备驱动篇之I2c设备驱动

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Linux 设备驱动篇之I2c设备驱动
fulinux
一、I2C驱动体系

虽然I2C硬件体系结构和协议都很容易理解,但是Linux I2C驱动体系结构却有相当的复杂度,它主要由3部分组成,即I2C设备驱动、I2C总线驱动和I2C核心。

1.I2C核心

I2C核心是I2c总线和I2c设备驱动的中间枢纽,它以通用的、与平台无关的接口实现了I2C中设备与适配器的沟通,提供了I2C总线驱动和设备驱动的注册、注销方法,I2C通信方法(即“algorithm”)上层的、与具体适配器无关的代码以及探测设备、检测设备的地址的上层代码等。I2c总线驱动填充I2c_adapterI2c_algorithm结构体,I2c设备驱动填充I2c_driveri2c_client结构体并实现其本身所对应设备类型的驱动。

2.I2C总线驱动

I2C总线驱动是对I2C硬件体系结构中适配器的实现,适配器可由CPU控制,甚至可以直接集成在CPU内部。

I2C总线驱动主要包含了I2C适配器数据结构i2c_adapterI2C适配器的algorithm数据结构i2c_algorithm和控制I2C适配器产生通信信号的函数。

经由I2C总线驱动的代码,我们可以控制I2C适配器以主控制方式产生开始、停止位、读写周期,以及以从设备方式读写、产生ACK等。

3.I2C设备驱动

I2C设备驱动(也称为客户端驱动)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。

I2C设备驱动主要包含了数据结构体i2c_driveri2c_client,我们需要具体设备实现其中的成员函数。

 

1 I2C驱动体系结构图1

 

2 I2C驱动体系结构图2

另外,系统中i2c-dev.c文件定义的主设备号为89的设备可以方便地给应用程序提供读写I2c设备寄存器的能力,使得工程师大多数时候并不需要为具体的I2c设备驱动定义文件操作接口。

如何理解adapterclient呢?它在s3c2440中对应的是什么?Adapterclient都是linux驱动软件抽象出来的东西,Linux I2C框架搞那么复杂是为了通用性及为了符合Linux内核驱动模式而制定的。简单的说,你的开发板上有几个I2C接口,就有几个adapter , 也就是有几条I2C bus , I2C client对应的就是你的外围I2C 设备,有几个就有几个client , 把这些设备插入开发板, 对应其中的一条bus, 那么相应的就对应了其中的一个adapter , 接下来的就是I2c核心部分使client与 adapter匹配成对。

在linux内核中,所有的I2C设备都在sysfs文件系统中显示,存在于/sys/bus/i2c/目录下,适配器地址和芯片地址的形式列出,例如:

1. [fulinux@ubuntu linux-3.0]$ tree /sys/bus/i2c/       

2. /sys/bus/i2c/

3. |-- devices

4. |   |-- i2c-0 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:02.0/i2c-0

5. |   |-- i2c-1 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:02.0/i2c-1

6. |   |-- i2c-2 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:02.0/i2c-2

7. |   |-- i2c-3 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:02.0/i2c-3

8. |   |-- i2c-4 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:02.0/i2c-4

9. |   |-- i2c-5 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:02.0/i2c-5

10. |   |-- i2c-6 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:02.0/drm/card0/card0-DP-1/i2c-6

11. |   `-- i2c-7 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:02.0/drm/card0/card0-DP-2/i2c-7

12. |-- drivers

13. |   |-- 88PM860x

14. |   |   |-- bind

15. |   |   |-- uevent

16. |   |   `-- unbind

17. |   |-- aat2870

18. |   |   |-- bind

19. |   |   |-- uevent

20. |   |   `-- unbind

21. |   |-- ab3100

22. |   |   |-- bind

23. |   |   |-- uevent

24. |   |   `-- unbind

25. |   |-- adp5520

下面我以s3c2440开发板及其之上的EEPROM芯片AT24C02linux-3.0内核平台讲解I2c的三个部分。

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4.s3c2440at24c02硬件特性

请看s3c2440.pdf

芯片AT24C02的电气特性:

• Low-voltage and Standard-voltage Operation

– 2.7 (VCC= 2.7V to 5.5V)

– 1.8 (VCC= 1.8V to 5.5V)

• Internally Organized 128 x 8 (1K), 256 x 8 (2K), 512 x 8 (4K),

1024 x 8 (8K) or 2048 x 8 (16K)

• Two-wire Serial Interface

• Schmitt Trigger, Filtered Inputs for Noise Suppression

• Bidirectional Data Transfer Protocol

• 100 kHz (1.8V) and 400 kHz (2.7V, 5V) Compatibility

• Write Protect Pin for Hardware Data Protection

• 8-byte Page (1K, 2K), 16-byte Page (4K, 8K, 16K) Write Modes

• Partial Page Writes Allowed

• Self-timed Write Cycle (5 ms max)

• High-reliability

– Endurance: 1 Million Write Cycles

– Data Retention: 100 Years

• Automotive Grade and Lead-free/Halogen-free Devices Available

• 8-lead PDIP, 8-lead JEDEC SOIC, 8-lead MAP, 5-lead SOT23,

8-lead TSSOP and 8-ball dBGA2 Packages

• Die Sales: Wafer Form, Waffle Pack and Bumped Wafers

主要是看AT24C02.pdf

3 S3c244开发板核心板电路图

图4 AT24C02电路图

5.i2c.h头文件

内核中i2c.h这个头文件对i2c_driveri2c_clienti2c_adapteri2c_algorithm4个数据结构进行了定义。理解这4个结构的作用十分关键,代码清单1234分别给出了它们的定义。

代码清单1 i2c_adapter结构体

1. /*

2.  * i2c_adapter is the structure used to identify a physical i2c bus along

3.  * with the access algorithms necessary to access it.

4.  */

5. struct i2c_adapter {

6.     struct module *owner;

7.     unsigned int class;       /* classes to allow probing for */

8.     const struct i2c_algorithm *algo; /* the algorithm to access the bus */

9.     void *algo_data;

10.     /* data fields that are valid for all devices   */

11.     struct rt_mutex bus_lock;

12.     int timeout;            /* in jiffies */

13.     int retries;

14.     struct device dev;      /* the adapter device */

15.     int nr;

16.     char name[48];

17.     struct completion dev_released;

18.     struct mutex userspace_clients_lock;

19.     struct list_head userspace_clients;

20. };

代码清单2 i2c_algorithm结构体

1. /*

2.  * The following structs are for those who like to implement new bus drivers:

3.  * i2c_algorithm is the interface to a class of hardware solutions which can

4.  * be addressed using the same bus algorithms - i.e. bit-banging or the PCF8584

5.  * to name two of the most common.

6.  */

7. struct i2c_algorithm {

8.     /* If an adapter algorithm can't do I2C-level access, set master_xfer

9.        to NULL. If an adapter algorithm can do SMBus access, set

10.        smbus_xfer. If set to NULL, the SMBus protocol is simulated

11.        using common I2C messages */

12.     /* master_xfer should return the number of messages successfully

13.        processed, or a negative value on error */

14.     int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,

15.                int num);

16.     int (*smbus_xfer) (struct i2c_adapter *adap, u16 addr,

17.                unsigned short flags, char read_write,

18.                u8 command, int size, union i2c_smbus_data *data);

19.     /* To determine what the adapter supports */

20.     u32 (*functionality) (struct i2c_adapter *);

21. };

上述代码第4行对应为SMBus传输函数指针,SMBus大部分基于I2C总线规范,SMBus不需要增加额外引脚。与I2C总线相比,SMBus增加了一些新的功能特性,在访问时序也有一定的差异。

代码清单3 i2c_driver结构体

1. /*

2.  * struct i2c_driver - represent an I2C device driver

3.  * @class: What kind of i2c device we instantiate (for detect)

4.  * @attach_adapter: Callback for bus addition (deprecated)

5.  * @detach_adapter: Callback for bus removal (deprecated)

6.  * @probe: Callback for device binding

7.  * @remove: Callback for device unbinding

8.  * @shutdown: Callback for device shutdown

9.  * @suspend: Callback for device suspend

10.  * @resume: Callback for device resume

11.  * @alert: Alert callback, for example for the SMBus alert protocol

12.  * @command: Callback for bus-wide signaling (optional)

13.  * @driver: Device driver model driver

14.  * @id_table: List of I2C devices supported by this driver

15.  * @detect: Callback for device detection

16.  * @address_list: The I2C addresses to probe (for detect)

17.  * @clients: List of detected clients we created (for i2c-core use only)

18.  *

19.  * The driver.owner field should be set to the module owner of this driver.

20.  * The driver.name field should be set to the name of this driver.

21.  *

22.  * For automatic device detection, both @detect and @address_data must

23.  * be defined. @class should also be set, otherwise only devices forced

24.  * with module parameters will be created. The detect function must

25.  * fill at least the name field of the i2c_board_info structure it is

26.  * handed upon successful detection, and possibly also the flags field.

27.  *

28.  * If @detect is missing, the driver will still work fine for enumerated

29.  * devices. Detected devices simply won't be supported. This is expected

30.  * for the many I2C/SMBus devices which can't be detected reliably, and

31.  * the ones which can always be enumerated in practice.

32.  *

33.  * The i2c_client structure which is handed to the @detect callback is

34.  * not a real i2c_client. It is initialized just enough so that you can

35.  * call i2c_smbus_read_byte_data and friends on it. Don't do anything

36.  * else with it. In particular, calling dev_dbg and friends on it is

37.  * not allowed.

38.  */

39. struct i2c_driver {

40.     unsigned int class;

41.     /* Notifies the driver that a new bus has appeared or is about to be

42.      * removed. You should avoid using this, it will be removed in a

43.      * near future.

44.      */

45.     int (*attach_adapter)(struct i2c_adapter *) __deprecated;

46.     int (*detach_adapter)(struct i2c_adapter *) __deprecated;

47.     /* Standard driver model interfaces */

48.     int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *);

49.     int (*remove)(struct i2c_client *);

50.     /* driver model interfaces that don't relate to enumeration  */

51.     void (*shutdown)(struct i2c_client *);

52.     int (*suspend)(struct i2c_client *, pm_message_t mesg);

53.     int (*resume)(struct i2c_client *);

54.     /* Alert callback, for example for the SMBus alert protocol.

55.      * The format and meaning of the data value depends on the protocol.

56.      * For the SMBus alert protocol, there is a single bit of data passed

57.      * as the alert response's low bit ("event flag").

58.      */

59.     void (*alert)(struct i2c_client *, unsigned int data);

60.     /* a ioctl like command that can be used to perform specific functions

61.      * with the device.

62.      */

63.     int (*command)(struct i2c_client *client, unsigned int cmd, void *arg);

64.     struct device_driver driver;

65.     const struct i2c_device_id *id_table;

66.     /* Device detection callback for automatic device creation */

67.     int (*detect)(struct i2c_client *, struct i2c_board_info *);

68.     const unsigned short *address_list;

69.     struct list_head clients;

70. };

代码清单4 i2c_client结构体

1. /*

2.  * struct i2c_client - represent an I2C slave device

3.  * @flags: I2C_CLIENT_TEN indicates the device uses a ten bit chip address;

4.  *  I2C_CLIENT_PEC indicates it uses SMBus Packet Error Checking

5.  * @addr: Address used on the I2C bus connected to the parent adapter.

6.  * @name: Indicates the type of the device, usually a chip name that's

7.  *  generic enough to hide second-sourcing and compatible revisions.

8.  * @adapter: manages the bus segment hosting this I2C device

9.  * @driver: device's driver, hence pointer to access routines

10.  * @dev: Driver model device node for the slave.

11.  * @irq: indicates the IRQ generated by this device (if any)

12.  * @detected: member of an i2c_driver.clients list or i2c-core's

13.  *  userspace_devices list

14.  *

15.  * An i2c_client identifies a single device (i.e. chip) connected to an

16.  * i2c bus. The behaviour exposed to Linux is defined by the driver

17.  * managing the device.

18.  */

19. struct i2c_client {

20.     unsigned short flags;       /* div., see below      */

21.     unsigned short addr;        /* chip address - NOTE: 7bit    */

22.                     /* addresses are stored in the  */

23.                     /* _LOWER_ 7 bits       */

24.     char name[I2C_NAME_SIZE];

25.     struct i2c_adapter *adapter;    /* the adapter we sit on    */

26.     struct i2c_driver *driver;  /* and our access routines  */

27.     struct device dev;      /* the device structure     */

28.     int irq;            /* irq issued by device     */

29.     struct list_head detected;

30. };

下面分析i2c_driveri2c_clienti2c_adapteri2c_algorithm4个数据结构的作用及盘根错节的关系。

(1)2c_adapteri2c_algorithm

i2c_adapter对应于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_algorithmi2c_adapter什么也做不了,因此i2c_adapter中包含其使用的i2c_algorithm的指针。

I2c_algorithm中关键函数master_xfer用于产生I2C访问周期需要的信号,以i2c_msg(即I2C消息)为单位。I2c_msg结构体非常关键,代码清单5给出了它的定义。

代码清单5 i2c_msg结构体

/**

 * struct i2c_msg - an I2C transaction segment beginning with START

 * @addr: Slave address, either seven or ten bits.  When this is a ten

 *  bit address, I2C_M_TEN must be set in @flags and the adapter

 *  must support I2C_FUNC_10BIT_ADDR.

 * @flags: I2C_M_RD is handled by all adapters.  No other flags may be

 *  provided unless the adapter exported the relevant I2C_FUNC_*

 *  flags through i2c_check_functionality().

 * @len: Number of data bytes in @buf being read from or written to the

 *  I2C slave address.  For read transactions where I2C_M_RECV_LEN

 *  is set, the caller guarantees that this buffer can hold up to

 *  32 bytes in addition to the initial length byte sent by the

 *  slave (plus, if used, the SMBus PEC); and this value will be

 *  incremented by the number of block data bytes received.

 * @buf: The buffer into which data is read, or from which it's written.

 *

 * An i2c_msg is the low level representation of one segment of an I2C

 * transaction.  It is visible to drivers in the @i2c_transfer() procedure,

 * to userspace from i2c-dev, and to I2C adapter drivers through the

 * @i2c_adapter.@master_xfer() method.

 *

 * Except when I2C "protocol mangling" is used, all I2C adapters implement

 * the standard rules for I2C transactions.  Each transaction begins with a

 * START.  That is followed by the slave address, and a bit encoding read

 * versus write.  Then follow all the data bytes, possibly including a byte

 * with SMBus PEC.  The transfer terminates with a NAK, or when all those

 * bytes have been transferred and ACKed.  If this is the last message in a

 * group, it is followed by a STOP.  Otherwise it is followed by the next

 * @i2c_msg transaction segment, beginning with a (repeated) START.

 *

 * Alternatively, when the adapter supports I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING then

 * passing certain @flags may have changed those standard protocol behaviors.

 * Those flags are only for use with broken/nonconforming slaves, and with

 * adapters which are known to support the specific mangling options they

 * need (one or more of IGNORE_NAK, NO_RD_ACK, NOSTART, and REV_DIR_ADDR).

 */

struct i2c_msg {

    __u16 addr; /* slave address            */

    __u16 flags;

#define I2C_M_TEN       0x0010  /* this is a ten bit chip address */

#define I2C_M_RD        0x0001  /* read data, from slave to master */

#define I2C_M_NOSTART       0x4000  /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */

#define I2C_M_REV_DIR_ADDR  0x2000  /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */

#define I2C_M_IGNORE_NAK    0x1000  /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */

#define I2C_M_NO_RD_ACK     0x0800  /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */

#define I2C_M_RECV_LEN      0x0400  /* length will be first received byte */

    __u16 len;      /* msg length               */

    __u8 *buf;      /* pointer to msg data          */

};

(2)i2c_driveri2c_client

i2c_driver对应一套驱动方法,其主要成员函数是probe()、remove()、suspend()resume()等,另外id_table是该驱动所支持的I2C设备的ID表。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_driveri2c_client的关系是一对多,一个i2c_driver上可以支持多个同类型的i2c_client

I2c_client信息通常在BSP的板文件中通过i2c_board_info填充,如下面代码就定义了一个I2C设备ID为“24c02”、地址为0x50i2c_client:

代码清单6 i2c_board_info结构体定义

1. static struct i2c_board_info __initdata smdk2440_i2c_devs[] = {

2.     {

3.         I2C_BOARD_INFO("24c02", 0x50),

4.         .platform_data = &at24c02,

5.     },

6.     /*  more devices can be added using expansion connectors */

7. };

I2C总线驱动i2c_bus_typematch()函数i2c_device_match()中,会调用i2c_match_id()函数匹配板文件中定义的IDi2c_driver所支持的ID表。

代码清单7 i2c_device_match函数在linux-3.0/drivers/i2c/i2c-core.c

1. static int i2c_device_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)

2. {

3.     struct i2c_client   *client = i2c_verify_client(dev);

4.     struct i2c_driver   *driver;

5.     if (!client)

6.         return 0;

7.     /* Attempt an OF style match */

8.     if (of_driver_match_device(dev, drv))

9.         return 1;

10.     driver = to_i2c_driver(drv);

11.     /* match on an id table if there is one */

12.     if (driver->id_table)

13.         return i2c_match_id(driver->id_table, client) != NULL;

14.     return 0;

15. }

(3)i2c_adpateri2c_client

i2c_adapteri2c_client的关系与I2C硬件体系中适配器和设备的关系一致,即i2c_client依附于i2c_adapter。由于一个适配器上可以连接多个I2C设备,所以一个i2c_adapter也可以被多个i2c_client依附,i2c_adapter中包含依附于它的i2c_client的链表。

代码清单8 i2c_client的链表

1. struct list_head userspace_clients;

假设I2C总线适配器xxx上有两个使用相同驱动程序的yyyI2C设备,在打开I2C总线的设备节点后相关数据结构之间的逻辑组织关系将如下图所示:

 

5 I2C总线的设备节点后相关数据结构之间的逻辑组织关系图

从上面的分析可知,虽然I2C硬件体系结构简单,但是I2C体系结构在linux中的实现却相当复杂。当工程师拿到实际的电路板,面对复杂的linux I2C子系统,应该如何下手写驱动呢?究竟要哪些是需要亲自做的,哪些是内核已经提供的呢?理清这个问题非常有意义,可以使我们面对具体问题时迅速地抓住重点。

一方面,适配器驱动可能是linux内核本身还不包含的;另一方面,挂接在适配器上的就提设备可能也是linux内核还不包含的。因此,工程师要实现的主要工作如下。

提供I2C适配器的硬件驱动,探测、初始化I2C适配器(如申请I2CI/O地址和中断号)、驱动CPU控制的I2C适配器从硬件上产生各种信号以及处理I2C中断等。

提供I2C适配器的algorithm,具体适配器的xxx_xfer()函数填充i2c_algorithmmaster_xfer指针,并把i2c_algorithm指针赋值给i2c_adapteralgo指针。

实现I2C设备驱动中的i2c_driver接口,具体设备yyy_probe()yyy_remove()yyy_suspend()yyy_resume()函数指针和i2c_device_id设备ID表赋值给i2c_driverproberemovesuspendresumeid_table指针。

实现I2C设备所对应类型的具体驱动,i2c_driver只是实现设备与总线的挂接,而挂接在总线上的设备则是千差万别的。例如,如果字符设备,就实现文件操作接口,即实现具体yyyyyy_read()yyy_write()yyy_ioctl()函数等;如果是声卡,就实现ALSA驱动。

二、I2C的第一部分
1.Linux I2C核心

I2C核心(driver/i2c/i2c-core.c)文件中提供了一组不依赖与硬件平台的接口函数,这个文件一般不需要被工程师修改,但是理解其中的主要函数非常关键,因为I2C总线驱动和设备驱动之间依赖于I2C核心作为纽带I2C核心中的主要函数如下。

2.增加/删除i2c_adapter

代码清单9 i2c_add_adapter函数:

1. /**

2.  * i2c_add_adapter - declare i2c adapter, use dynamic bus number

3.  * @adapter: the adapter to add

4.  * Context: can sleep

5.  *

6.  * This routine is used to declare an I2C adapter when its bus number

7.  * doesn't matter.  Examples: for I2C adapters dynamically added by

8.  * USB links or PCI plugin cards.

9.  *

10.  * When this returns zero, a new bus number was allocated and stored

11.  * in adap->nr, and the specified adapter became available for clients.

12.  * Otherwise, a negative errno value is returned.

13.  */

14. int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adapter)

15. {

16.     int id, res = 0;

17. retry:

18.     if (idr_pre_get(&i2c_adapter_idr, GFP_KERNEL) == 0)

19.         return -ENOMEM;

20.     mutex_lock(&core_lock);

21.     /* "above" here means "above or equal to", sigh */

22.     res = idr_get_new_above(&i2c_adapter_idr, adapter,

23.                 __i2c_first_dynamic_bus_num, &id);

24.     mutex_unlock(&core_lock);

25.     if (res < 0) {

26.         if (res == -EAGAIN)

27.             goto retry;

28.         return res;

29.     }

30.     adapter->nr = id;

31.     return i2c_register_adapter(adapter);

32. }

33. EXPORT_SYMBOL(i2c_add_adapter);

代码清单10 I2c_del_adapter函数:

1. /**

2.  * i2c_del_adapter - unregister I2C adapter

3.  * @adap: the adapter being unregistered

4.  * Context: can sleep

5.  *

6.  * This unregisters an I2C adapter which was previously registered

7.  * by @i2c_add_adapter or @i2c_add_numbered_adapter.

8.  */

9. int i2c_del_adapter(struct i2c_adapter *adap)

10. {

11.     int res = 0;

12.     struct i2c_adapter *found;

13.     struct i2c_client *client, *next;

14.     /* First make sure that this adapter was ever added */

15.     mutex_lock(&core_lock);

16.     found = idr_find(&i2c_adapter_idr, adap->nr);

17.     mutex_unlock(&core_lock);

18.     if (found != adap) {

19.         pr_debug("i2c-core: attempting to delete unregistered "

20.              "adapter [%s]\n", adap->name);

21.         return -EINVAL;

22.     }

23.     /* Tell drivers about this removal */

24.     mutex_lock(&core_lock);

25.     res = bus_for_each_drv(&i2c_bus_type, NULL, adap,

26.                    __process_removed_adapter);

27.     mutex_unlock(&core_lock);

28.     if (res)

29.         return res;

30.     /* Remove devices instantiated from sysfs */

31.     mutex_lock(&adap->userspace_clients_lock);

32.     list_for_each_entry_safe(client, next, &adap->userspace_clients,

33.                  detected) {

34.         dev_dbg(&adap->dev, "Removing %s at 0x%x\n", client->name,

35.             client->addr);

36.         list_del(&client->detected);

37.         i2c_unregister_device(client);

38.     }

39.     mutex_unlock(&adap->userspace_clients_lock);

40. 

41.     /* Detach any active clients. This can't fail, thus we do not

42.      * check the returned value. This is a two-pass process, because

43.      * we can't remove the dummy devices during the first pass: they

44.      * could have been instantiated by real devices wishing to clean

45.      * them up properly, so we give them a chance to do that first. */

46.     res = device_for_each_child(&adap->dev, NULL, __unregister_client);

47.     res = device_for_each_child(&adap->dev, NULL, __unregister_dummy);

48. 

49. #ifdef CONFIG_I2C_COMPAT

50.     class_compat_remove_link(i2c_adapter_compat_class, &adap->dev,

51.                  adap->dev.parent);

52. #endif

53. 

54.     /* device name is gone after device_unregister */

55.     dev_dbg(&adap->dev, "adapter [%s] unregistered\n", adap->name);

56. 

57.     /* clean up the sysfs representation */

58.     init_completion(&adap->dev_released);

59.     device_unregister(&adap->dev);

60. 

61.     /* wait for sysfs to drop all references */

62.     wait_for_completion(&adap->dev_released);

63. 

64.     /* free bus id */

65.     mutex_lock(&core_lock);

66.     idr_remove(&i2c_adapter_idr, adap->nr);

67.     mutex_unlock(&core_lock);

68. 

69.     /* Clear the device structure in case this adapter is ever going to be

70.        added again */

71.     memset(&adap->dev, 0, sizeof(adap->dev));

72. 

73.     return 0;

74. }

75. EXPORT_SYMBOL(i2c_del_adapter);

3.增加/删除i2c_driver

代码清单11 I2c_register_driver函数:

1. static int i2c_register_adapter(struct i2c_adapter *adap)

2. {

3.     int res = 0;

4. 

5.     /* Can't register until after driver model init */

6.     if (unlikely(WARN_ON(!i2c_bus_type.p))) {

7.         res = -EAGAIN;

8.         goto out_list;

9.     }  

10. 

11.     /* Sanity checks */

12.     if (unlikely(adap->name[0] == '\0')) {   

13.         pr_err("i2c-core: Attempt to register an adapter with "

14.                "no name!\n");

15.         return -EINVAL;

16.     }  

17.     if (unlikely(!adap->algo)) {        

18.         pr_err("i2c-core: Attempt to register adapter '%s' with "

19.                "no algo!\n", adap->name);        

20.         return -EINVAL;

21.     }  

22. 

23.     rt_mutex_init(&adap->bus_lock);     

24.     mutex_init(&adap->userspace_clients_lock);

25.     INIT_LIST_HEAD(&adap->userspace_clients);

26. 

27.     /* Set default timeout to 1 second if not already set */

28.     if (adap->timeout == 0)

29.         adap->timeout = HZ;             

30. 

31.     dev_set_name(&adap->dev, "i2c-%d", adap->nr);

32.     adap->dev.bus = &i2c_bus_type;

33.     adap->dev.type = &i2c_adapter_type;

34.     res = device_register(&adap->dev);

35.     if (res)

36.         goto out_list;

37. 

38.     dev_dbg(&adap->dev, "adapter [%s] registered\n", adap->name);

39. 

40. #ifdef CONFIG_I2C_COMPAT

41.     res = class_compat_create_link(i2c_adapter_compat_class, &adap->dev,

42.                        adap->dev.parent);

43.     if (res)

44.         dev_warn(&adap->dev,

45.              "Failed to create compatibility class link\n");

46. #endif

47. 

48.     /* create pre-declared device nodes */

49.     if (adap->nr < __i2c_first_dynamic_bus_num)

50.         i2c_scan_static_board_info(adap);

51. 

52.     /* Notify drivers */

53.     mutex_lock(&core_lock);

54.     bus_for_each_drv(&i2c_bus_type, NULL, adap, __process_new_adapter);

55.     mutex_unlock(&core_lock);

56. 

57.     return 0;

58. 

59. out_list:

60.     mutex_lock(&core_lock);

61.     idr_remove(&i2c_adapter_idr, adap->nr);

62.     mutex_unlock(&core_lock);

63.     return res;

64. }

代码清单12 i2c_del_driver函数:

1. /*

2.  * i2c_del_driver - unregister I2C driver

3.  * @driver: the driver being unregistered

4.  * Context: can sleep

5.  */

6. void i2c_del_driver(struct i2c_driver *driver)

7. {

8.     i2c_for_each_dev(driver, __process_removed_driver);

9. 

10.     driver_unregister(&driver->driver);

11.     pr_debug("i2c-core: driver [%s] unregistered\n", driver->driver.name);

12. }

13. EXPORT_SYMBOL(i2c_del_driver);

4.i2c_client依附/脱离

当一个具体的client被侦测到并被关联的时候,设备和使用爽肤水文件件被注册。相反地,在client杯取消关联的时候,sysfs文件和设备也被注销。如下代码清单13

代码清单13 i2c_new_device函数:

1. /**

2.  * i2c_new_device - instantiate an i2c device

3.  * @adap: the adapter managing the device

4.  * @info: describes one I2C device; bus_num is ignored

5.  * Context: can sleep

6.  *

7.  * Create an i2c device. Binding is handled through driver model

8.  * probe()/remove() methods.  A driver may be bound to this device when we

9.  * return from this function, or any later moment (e.g. maybe hotplugging will

10.  * load the driver module).  This call is not appropriate for use by mainboard

11.  * initialization logic, which usually runs during an arch_initcall() long

12.  * before any i2c_adapter could exist.

13.  *

14.  * This returns the new i2c client, which may be saved for later use with

15.  * i2c_unregister_device(); or NULL to indicate an error.

16.  */

17. struct i2c_client *

18. i2c_new_device(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_board_info const *info)

19. {

20.     struct i2c_client   *client;

21.     int         status;

22. 

23.     client = kzalloc(sizeof *client, GFP_KERNEL);

24.     if (!client)

25.         return NULL;

26. 

27.     client->adapter = adap;

28. 

29.     client->dev.platform_data = info->platform_data;

30. 

31.     if (info->archdata)

32.         client->dev.archdata = *info->archdata;

33. 

34.     client->flags = info->flags;

35.     client->addr = info->addr;

36.     client->irq = info->irq;

37. 

38.     strlcpy(client->name, info->type, sizeof(client->name));

39. 

40.     /* Check for address validity */

41.     status = i2c_check_client_addr_validity(client);

42.     if (status) {

43.         dev_err(&adap->dev, "Invalid %d-bit I2C address 0x%02hx\n",

44.             client->flags & I2C_CLIENT_TEN ? 10 : 7, client->addr);

45.         goto out_err_silent;

46.     }

47. 

48.     /* Check for address business */

49.     status = i2c_check_addr_busy(adap, client->addr);

50.     if (status)

51.         goto out_err;

52. 

53.     client->dev.parent = &client->adapter->dev;

54.     client->dev.bus = &i2c_bus_type;

55.     client->dev.type = &i2c_client_type;

56.     client->dev.of_node = info->of_node;

57. 

58.     dev_set_name(&client->dev, "%d-%04x", i2c_adapter_id(adap),

59.              client->addr);

60.     status = device_register(&client->dev);

61.     if (status)

62.         goto out_err;

63. 

64.     dev_dbg(&adap->dev, "client [%s] registered with bus id %s\n",

65.         client->name, dev_name(&client->dev));

66. 

67.     return client;

68. 

69. out_err:

70.     dev_err(&adap->dev, "Failed to register i2c client %s at 0x%02x "

71.         "(%d)\n", client->name, client->addr, status);

72. out_err_silent:

73.     kfree(client);

74.     return NULL;

75. }

76. EXPORT_SYMBOL_GPL(i2c_new_device);

77. 

78. 代码清单14 i2c_unregister_device函数

79. /**

80.  * i2c_unregister_device - reverse effect of i2c_new_device()

81.  * @client: value returned from i2c_new_device()

82.  * Context: can sleep

83.  */

84. void i2c_unregister_device(struct i2c_client *client)

85. {

86.     device_unregister(&client->dev);

87. }

88. EXPORT_SYMBOL_GPL(i2c_unregister_device);

5.I2C传输、发送和接收

I2c_transfer()函数本身不具备驱动适配器物理硬件完成消息交互的能力,它只是寻找到i2c_adapter对应的i2c_algorithm,并使用i2c_algorithmmaster_xfer()函数真正驱动硬件流程。

代码清单15 i2c_transfer函数

1. /* ----------------------------------------------------

2.  * the functional interface to the i2c busses.

3.  * ----------------------------------------------------

4.  */

5. 

6. /**

7.  * i2c_transfer - execute a single or combined I2C message

8.  * @adap: Handle to I2C bus

9.  * @msgs: One or more messages to execute before STOP is issued to

10.  *  terminate the operation; each message begins with a START.

11.  * @num: Number of messages to be executed.

12.  *

13.  * Returns negative errno, else the number of messages executed.

14.  *

15.  * Note that there is no requirement that each message be sent to

16.  * the same slave address, although that is the most common model.

17.  */

18. int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num)

19. {

20.     unsigned long orig_jiffies;

21.     int ret, try;

22. 

23.     /* REVISIT the fault reporting model here is weak:

24.      *

25.      *  - When we get an error after receiving N bytes from a slave,

26.      *    there is no way to report "N".

27.      *

28.      *  - When we get a NAK after transmitting N bytes to a slave,

29.      *    there is no way to report "N" ... or to let the master

30.      *    continue executing the rest of this combined message, if

31.      *    that's the appropriate response.

32.      *

33.      *  - When for example "num" is two and we successfully complete

34.      *    the first message but get an error part way through the

35.      *    second, it's unclear whether that should be reported as

36.      *    one (discarding status on the second message) or errno

37.      *    (discarding status on the first one).

38.      */

39. 

40.     if (adap->algo->master_xfer) {

41. #ifdef DEBUG

42.         for (ret = 0; ret < num; ret++) {

43.             dev_dbg(&adap->dev, "master_xfer[%d] %c, addr=0x%02x, "

44.                 "len=%d%s\n", ret, (msgs[ret].flags & I2C_M_RD)

45.                 ? 'R' : 'W', msgs[ret].addr, msgs[ret].len,

46.                 (msgs[ret].flags & I2C_M_RECV_LEN) ? "+" : "");

47.         }

48. #endif

49. 

50.         if (in_atomic() || irqs_disabled()) {

51.             ret = i2c_trylock_adapter(adap);

52.             if (!ret)

53.                 /* I2C activity is ongoing. */

54.                 return -EAGAIN;

55.         } else {

56.             i2c_lock_adapter(adap);

57.         }

58. 

59.         /* Retry automatically on arbitration loss */

60.         orig_jiffies = jiffies;

61.         for (ret = 0, try = 0; try <= adap->retries; try++) {

62.             ret = adap->algo->master_xfer(adap, msgs, num);

63.             if (ret != -EAGAIN)

64.                 break;

65.             if (time_after(jiffies, orig_jiffies + adap->timeout))

66.                 break;

67.         }

68.         i2c_unlock_adapter(adap);

69. 

70.         return ret;

71.     } else {

72.         dev_dbg(&adap->dev, "I2C level transfers not supported\n");

73.         return -EOPNOTSUPP;

74.     }

75. }

76. EXPORT_SYMBOL(i2c_transfer);

代码清单16 i2c_master_send函数

1. /**

2.  * i2c_master_send - issue a single I2C message in master transmit mode

3.  * @client: Handle to slave device

4.  * @buf: Data that will be written to the slave

5.  * @count: How many bytes to write, must be less than 64k since msg.len is u16

6.  *

7.  * Returns negative errno, or else the number of bytes written.

8.  */

9. int i2c_master_send(const struct i2c_client *client, const char *buf, int count)

10. {

11.     int ret;

12.     struct i2c_adapter *adap = client->adapter;

13.     struct i2c_msg msg;

14. 

15.     msg.addr = client->addr;

16.     msg.flags = client->flags & I2C_M_TEN;

17.     msg.len = count;

18.     msg.buf = (char *)buf;

19. 

20.     ret = i2c_transfer(adap, &msg, 1);

21. 

22.     /* If everything went ok (i.e. 1 msg transmitted), return #bytes

23.        transmitted, else error code. */

24.     return (ret == 1) ? count : ret;

25. }

26. EXPORT_SYMBOL(i2c_master_send);

代码清单17 i2c_master_recv函数

1. /**

2.  * i2c_master_recv - issue a single I2C message in master receive mode

3.  * @client: Handle to slave device

4.  * @buf: Where to store data read from slave

5.  * @count: How many bytes to read, must be less than 64k since msg.len is u16

6.  *

7.  * Returns negative errno, or else the number of bytes read.

8.  */

9. int i2c_master_recv(const struct i2c_client *client, char *buf, int count)

10. {

11.     struct i2c_adapter *adap = client->adapter;

12.     struct i2c_msg msg;

13.     int ret;

14. 

15.     msg.addr = client->addr;

16.     msg.flags = client->flags & I2C_M_TEN;

17.     msg.flags |= I2C_M_RD;

18.     msg.len = count;

19.     msg.buf = buf;

20. 

21.     ret = i2c_transfer(adap, &msg, 1);

22. 

23.     /* If everything went ok (i.e. 1 msg transmitted), return #bytes

24.        transmitted, else error code. */

25.     return (ret == 1) ? count : ret;

26. }

27. EXPORT_SYMBOL(i2c_master_recv);

i2c_transfer()函数用于进行I2C适配器和I2C设备之间的一组消息交互,i2c_master_send()函数和i2c_master_recv()函数内部会调用i2c_transfer函数分别完成一条写消息和一条读消息。

三、I2c的第二部分
1.2C总线驱动

(1)I2c总线驱动模块的加载函数要完成两个工作。

l 第一个是初始化i2c适配器所使用的硬件资源,如申请I/O地址、中断号等。

l 第二个是通过i2c_add_adapter()添加i2c_adapter的数据结构,当然这个i2c_adapter数据结构的成员已经被xxx适配器的相应的函数指针所初始化。

(2)I2C总线驱动模块的卸载函数要完成的工作与加载函数相反。

l 释放I2C适配器所使用的硬件资源,如释放I/O地址,中断号等。

l 通过i2c_del_adapter()删除i2c_adapter的函数数据结构。

代码清单18所示为I2C适配器驱动的模块加载和卸载函数的模板。

代码清单18 I2C总线驱动的模板加载和卸载函数模板

1. static int __init i2c_adap_xxx_init(void)

2. {

3.     xxx_adapter_hw_init();

4.     I2c_add_adapter(&xxx_adapter)

5. }

6. subsys_initcall(i2c_adap_xxx_init);

7. 

8. static void __exit i2c_adap_xxx_exit(void)

9. {

10.     xxx_adapter_hw_free();

11.     i2c_del_adapter(&xxx_adapter);

12. }

13. module_exit(i2c_adap_xxx_exit);

上述代码中xxx_adapter_hw_init()xxx_adapter_hw_free()函数的实现都与具体的CPUI2C适配器硬件直接相关。

2.I2C总线通信方法

我们需要为特定的I2C适配器实现其通信方法,主要实现i2c_algorithmmaster_xfer()函数和functionality()函数。

Functionality()函数非常简单,用于返回algorithm所支持的通信协议,如I2C_FUNC_I2CI2C_FUNC_10BIT_ADDRI2C_FUNC_SMBUS_READ_BYTEI2C_FUNC_SUMBUS_WRITE_BYTE等。

Master_xfer()函数在I2C适配器上完成传递给它的i2c_msg数组中每个I2C消息,代码清单19所示为xxx设备的master_xfer()函数模板。

代码清单19 I2C总线驱动master_xfer()函数模板

1. static int i2c_adapter_xxx_xfer(structi2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num) 

2. { 

3. ...... 

4. for (i = 0; i < num; i++) { 

5. i2c_adapter_xxx_start(); /*产生起始位*/ 

6. if (msgs[i]->flags & I2C_M_RD) { /*读取*/ 

7. i2c_adapter_xxx_setaddr((msg->addr << 1) | 1); /*发送从设备地址*/ 

8. i2c_adapter_xxx_wait_ack(); /*获得从设备的ACK*/ 

9. i2c_adapter_xxx_readbytes(msgs[i]->buf,msgs[i]->len); /*读取len长度的数据到buf*/ 

10. } else { 

11. i2c_adapter_xxx_setaddr(msg->addr << 1); 

12. i2c_adapter_xxx_wait_ack(); 

13. i2c_adapter_xxx_writebytes(msgs[i]->buf, msgs[i]->len); 

14. } 

15. } 

16. i2c_adapter_xxx_stop(); /*产生停止位*/ 

17. } 

上述代码实际上给出了一个master_xfer()函数处理I2C消息数组的流程,对于数组中的每个消息,判断消息类型,若为读消息,则赋从设备地址为(msg->addr<<1|1,否则为msg->addr<<1,对每个消息产生一个开始位,紧接着传送从设备的地址,然后开始数据的发送或接收,队最后的消息还需产生一个停止位。

master_xfer()函数模板中i2c_adapter_xxx_start()i2c_adapter_xxx_setaddr()i2c_adapter_xxx_wait_ack()i2c_adapter_xxx_readbytes()i2c_adapter_xxx_stop()函数用于完成适配器底层硬件操作,与I2C适配器和CPU的具体硬件直接相关,需要由工程师根据芯片的数据手册来实现。

I2c_adapter_xxx_readbytes()用于从设备上接收一串数据,i2c_adapter_xxx_writebytes()用于向从设备写入一串数据,这两个函数的内部也会涉及I2C总线协议中的ACK应答。

master_xfer()函数的实现在形式上会有很多样,即便是linux内核源代码中已经给出了一些I2C总线驱动的master_xfer()函数,由于由不同的组织或个人完成,风格上的差别也非常大,不一定能与模板完全对应,如master_xfer()函数模板给出的消息处理顺序进行的,而有的驱动以中断方式来完成这个流程。不管具体怎么实施,流程的本质都是不变的。因为这个流程不以驱动工程师的意志为转移,最终由I2C总线硬件上的通信协议决定。

多数I2C总线驱动会定义一个xxx_i2c结构体,作为i2c_adapteralgo_data(类似“是有数据”),其中包含I2C消息数组指针、数组索引及I2C适配器algorithm访问控制用的自旋锁、等待队列等,而master_xfer()函数完成消息数组中消息的处理也可通过对xxx_i2c结构体相关成员的访问来控制。代码清单20所示为xxx_i2c结构体的定义

代码清单20 xxx_i2c结构体模板

1. struct xxx_i2c {

2.     spinlock_t          lock;

3.     wait_queue_head_t   wait;

4.     struct i2c_msg      *msg;

5.     unsigned int        msg_num;

6.     unsigned int        msg_idx;

7.     unsigned int        msg_ptr;

8.     struct i2c_adapter  adap;

9. };

对于s3c2440i2c模块而言内核中做了如下的工作:

S3c2440处理器内部集成了一个I2C控制器,通过4个寄存器就可以方便地对其进行控制,这4个寄存器如下:

l IICCONI2C控制寄存器。

l IICSTAT:I2C状态寄存器。

l IICDSI2C收发数据移位寄存器。

l IICADDI2C地址寄存器。

S3c2440处理器内部集成的I2C控制器可支持主、从两种模式,我们主要使用其主模式。通过对IICCONIICDSIICADD寄存器的操作,可

I2C总线上产生开始位、停止位、数据和地址,而传输的状态则通过IICSTAT寄存器获取。

3.s3c2440 I2C 总线驱动总体分析

s3c_2440I2C总线驱动driver/i2c/busses/i2c-s3c2410.c支持s3c24xxs3c64xxs5pc1xxs5p64xx处理器,在我们使用的3.0内核版本中,其名称任然叫2410,显然是历史原因引起的。它主要完成以下工作。

设计对应于i2c_adapter_xxx_init()模板的s3c_2440的模块加载函数和对应于i2c_adapter_xxx_exit()函数模板的模块卸载函数。

设计对应于i2c_adapter_xxx_xfer()模板的s3c_2440适配器的通信方法函数。

针对s3c24xxs3c64xxs5pc1xxs5p64xx处理器,functionality()函数s3c24xx_i2c_func()只需要简单地返回I2C_FUNC_I2C|I2C_FUNC_SUMBUS_EMUL|I2C_FUNU_PROTOCOL_MANGLING表明其支持的功能。

下图给出了s3c2440驱动中的主要函数与总线模板函数的对应关系,由于实现通信方法的方式不一样,模板的一个函数可能对应于s3c2440 I2C总线驱动的多个函数。

6 i2c总线驱动模板于s3c2440 I2C总线驱动的映射

4.S3c2440 I2C适配器驱动的模板加载于卸载

I2C适配器驱动被作为一个单独的模块加载进内核,在模块的加载和卸载函数中,只需注册和注销一个platform——driver结构体,如代码清单21所示。

代码清单21 S3c2440 I2C

1. static int __init i2c_adap_s3c_init(void)

2. {

3.     return platform_driver_register(&s3c24xx_i2c_driver);

4. }

5. subsys_initcall(i2c_adap_s3c_init);

6. 

7. static void __exit i2c_adap_s3c_exit(void)

8. {

9.     platform_driver_unregister(&s3c24xx_i2c_driver);

10. }

11. module_exit(i2c_adap_s3c_exit);

代码清单22 platfrom_driver_register()platfrom_driver_unregister()函数

1. /**

2.  * platform_driver_register - register a driver for platform-level devices

3.  * @drv: platform driver structure

4.  */

5. int platform_driver_register(struct platform_driver *drv)

6. {

7.     drv->driver.bus = &platform_bus_type;

8.     if (drv->probe)

9.         drv->driver.probe = platform_drv_probe;

10.     if (drv->remove)

11.         drv->driver.remove = platform_drv_remove;

12.     if (drv->shutdown)

13.         drv->driver.shutdown = platform_drv_shutdown;

14. 

15.     return driver_register(&drv->driver);

16. }

17. EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_driver_register);

18. 

19. /**     

20.  * platform_driver_unregister - unregister a driver for platform-level devices

21.  * @drv: platform driver structure

22.  */

23. void platform_driver_unregister(struct platform_driver *drv)

24. {   

25.     driver_unregister(&drv->driver);

26. }   

27. EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_driver_unregister);

Platfrom_driver结构体包含了具体适配器的probe()函数、remove()函数、resume()函数指针等信息,它需要被定义和赋值,如代码清单23所示。

代码清单23 platfrom_driver结构体

1. static struct platform_driver s3c24xx_i2c_driver = {

2.     .probe      = s3c24xx_i2c_probe,

3.     .remove     = s3c24xx_i2c_remove,

4.     .id_table   = s3c24xx_driver_ids,

5.     .driver     = {

6.         .owner  = THIS_MODULE,

7.         .name   = "s3c-i2c",

8.         .pm = S3C24XX_DEV_PM_OPS,

9.     },

10. };

当通过linux内核源代码/drivers/base/platform.c文件中定义platform_driver_register()函数注册platfrom_driver结构体时,其中probe指针指向s3c24xx_i2c_probe()函数将被调用,以初始化适配器硬件。s3c24xx_i2c_init()函数会调用函数。

代码清单24 s3c24xx_i2c_init()函数

1. /* s3c24xx_i2c_init

2.  *

3.  * initialise the controller, set the IO lines and frequency

4. */

5. 

6. static int s3c24xx_i2c_init(struct s3c24xx_i2c *i2c)

7. {

8.     unsigned long iicon = S3C2410_IICCON_IRQEN | S3C2410_IICCON_ACKEN;

9.     struct s3c2410_platform_i2c *pdata;

10.     unsigned int freq;

11. 

12.     /* get the plafrom data */

13. 

14.     pdata = i2c->dev->platform_data;

15. 

16.     /* inititalise the gpio */

17. 

18.     if (pdata->cfg_gpio)

19.         pdata->cfg_gpio(to_platform_device(i2c->dev));

20. 

21.     /* write slave address */

22. 

23.     writeb(pdata->slave_addr, i2c->regs + S3C2410_IICADD);

24. 

25.     dev_info(i2c->dev, "slave address 0x%02x\n", pdata->slave_addr);

26. 

27.     writel(iicon, i2c->regs + S3C2410_IICCON);

28. 

29.     /* we need to work out the divisors for the clock... */

30. 

31.     if (s3c24xx_i2c_clockrate(i2c, &freq) != 0) {

32.         writel(0, i2c->regs + S3C2410_IICCON);

33.         dev_err(i2c->dev, "cannot meet bus frequency required\n");

34.         return -EINVAL;

35.     }

36. 

37.     /* todo - check that the i2c lines aren't being dragged anywhere */

38. 

39.     dev_info(i2c->dev, "bus frequency set to %d KHz\n", freq);

40.     dev_dbg(i2c->dev, "S3C2410_IICCON=0x%02lx\n", iicon);

41. 

42.     return 0;

43. }

44. 

代码清单25 s3c24xx_i2c_probe()函数

1. /* s3c24xx_i2c_probe

2.  *

3.  * called by the bus driver when a suitable device is found

4. */

5. 

6. static int s3c24xx_i2c_probe(struct platform_device *pdev)

7. {

8.     struct s3c24xx_i2c *i2c;

9.     struct s3c2410_platform_i2c *pdata;

10.     struct resource *res;

11.     int ret;

12. 

13.     pdata = pdev->dev.platform_data;

14.     if (!pdata) {

15.         dev_err(&pdev->dev, "no platform data\n");

16.         return -EINVAL;

17.     }

18. 

19.     i2c = kzalloc(sizeof(struct s3c24xx_i2c), GFP_KERNEL);

20.     if (!i2c) {

21.         dev_err(&pdev->dev, "no memory for state\n");

22.         return -ENOMEM;

23.     }

24. 

25.     strlcpy(i2c->adap.name, "s3c2410-i2c", sizeof(i2c->adap.name));

26.     i2c->adap.owner   = THIS_MODULE;

27.     i2c->adap.algo    = &s3c24xx_i2c_algorithm;

28.     i2c->adap.retries = 2;

29.     i2c->adap.class   = I2C_CLASS_HWMON | I2C_CLASS_SPD;

30.     i2c->tx_setup     = 50;

31. 

32.     spin_lock_init(&i2c->lock);

33.     init_waitqueue_head(&i2c->wait);

34. 

35.     /* find the clock and enable it */

36. 

37.     i2c->dev = &pdev->dev;

38.     i2c->clk = clk_get(&pdev->dev, "i2c");

39.     if (IS_ERR(i2c->clk)) {

40.         dev_err(&pdev->dev, "cannot get clock\n");

41.         ret = -ENOENT;

42.         goto err_noclk;

43.     }

44. 

45.     dev_dbg(&pdev->dev, "clock source %p\n", i2c->clk);

46. 

47.     clk_enable(i2c->clk);

48. 

49.     /* map the registers */

50. 

51.     res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);

52.     if (res == NULL) {

53.         dev_err(&pdev->dev, "cannot find IO resource\n");

54.         ret = -ENOENT;

55.         goto err_clk;

56.     }

57. 

58.     i2c->ioarea = request_mem_region(res->start, resource_size(res),

59.                      pdev->name);

60. 

61.     if (i2c->ioarea == NULL) {

62.         dev_err(&pdev->dev, "cannot request IO\n");

63.         ret = -ENXIO;

64.         goto err_clk;

65.     }

66. 

67.     i2c->regs = ioremap(res->start, resource_size(res));

68. 

69.     if (i2c->regs == NULL) {

70.         dev_err(&pdev->dev, "cannot map IO\n");

71.         ret = -ENXIO;

72.         goto err_ioarea;

73.     }

74. 

75.     dev_dbg(&pdev->dev, "registers %p (%p, %p)\n",

76.         i2c->regs, i2c->ioarea, res);

77. 

78.     /* setup info block for the i2c core */

79. 

80.     i2c->adap.algo_data = i2c;

81.     i2c->adap.dev.parent = &pdev->dev;

82. 

83.     /* initialise the i2c controller */

84. 

85.     ret = s3c24xx_i2c_init(i2c);

86.     if (ret != 0)

87.         goto err_iomap;

88. 

89.     /* find the IRQ for this unit (note, this relies on the init call to

90.      * ensure no current IRQs pending

91.      */

92. 

93.     i2c->irq = ret = platform_get_irq(pdev, 0);

94.     if (ret <= 0) {

95.         dev_err(&pdev->dev, "cannot find IRQ\n");

96.         goto err_iomap;

97.     }

98. 

99.     ret = request_irq(i2c->irq, s3c24xx_i2c_irq, IRQF_DISABLED,

100.               dev_name(&pdev->dev), i2c);

101. 

102.     if (ret != 0) {

103.         dev_err(&pdev->dev, "cannot claim IRQ %d\n", i2c->irq);

104.         goto err_iomap;

105.     }

106. 

107.     ret = s3c24xx_i2c_register_cpufreq(i2c);

108.     if (ret < 0) {

109.         dev_err(&pdev->dev, "failed to register cpufreq notifier\n");

110.         goto err_irq;

111.     }

112. 

113.     /* Note, previous versions of the driver used i2c_add_adapter()

114.      * to add the bus at any number. We now pass the bus number via

115.      * the platform data, so if unset it will now default to always

116.      * being bus 0.

117.      */

118. 

119.     i2c->adap.nr = pdata->bus_num;

120. 

121.     ret = i2c_add_numbered_adapter(&i2c->adap);

122.     if (ret < 0) {

123.         dev_err(&pdev->dev, "failed to add bus to i2c core\n");

124.         goto err_cpufreq;

125.     }

126. 

127.     platform_set_drvdata(pdev, i2c);

128. 

129.     dev_info(&pdev->dev, "%s: S3C I2C adapter\n", dev_name(&i2c->adap.dev));

130.     clk_disable(i2c->clk);

131.     return 0;

132. 

133.  err_cpufreq:

134.     s3c24xx_i2c_deregister_cpufreq(i2c);

135. 

136.  err_irq:

137.     free_irq(i2c->irq, i2c);

138. 

139.  err_iomap:

140.     iounmap(i2c->regs);

141. 

142.  err_ioarea:

143.     release_resource(i2c->ioarea);

144.     kfree(i2c->ioarea);

145. 

146.  err_clk:

147.     clk_disable(i2c->clk);

148.     clk_put(i2c->clk);

149. 

150.  err_noclk:

151.     kfree(i2c);

152.     return ret;

153. }

上述代码中的主体工作是使能硬件并且申请I2C适配器使用I/O地址、中断号等,在这些工作都完成无误后,通过I2C核心提供i2c_add_adapter函数添加这个适配器。当处理器包含多个I2C控制器时,我们通过板文件定义的platform数据中bus_num进行区分。

s3c24xx_i2c_probe()函数完全相反的功能的函数是s3c24xx_i2c_remove()函数,它在适配器模块函数调用platform_driver_unregister函数是通过platfrom_driverremove指针方式被调用。Xxx_i2c_remove()的设计模块如代码清单26所示。

 

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代码清单26 s3c2440 I2C总线驱动中的s3c24xx_i2c_remove函数

1. /* s3c24xx_i2c_remove

2.  *

3.  * called when device is removed from the bus

4. */

5. 

6. static int s3c24xx_i2c_remove(struct platform_device *pdev)

7. {

8.     struct s3c24xx_i2c *i2c = platform_get_drvdata(pdev);

9. 

10.     s3c24xx_i2c_deregister_cpufreq(i2c);

11. 

12.     i2c_del_adapter(&i2c->adap);

13.     free_irq(i2c->irq, i2c);

14. 

15.     clk_disable(i2c->clk);

16.     clk_put(i2c->clk);

17. 

18.     iounmap(i2c->regs);

19. 

20.     release_resource(i2c->ioarea);

21.     kfree(i2c->ioarea);

22.     kfree(i2c);

23. 

24.     return 0;

25. }

上面的代码清单26中用到了s3c24xx_i2c结构体进行适配器所有信息的封装。类似于私有信息结构体,它与代码清单20所示的xxx_i2c结构体模板对应,代码清单27所示为s3c24xx_i2c结构体的定义。

代码清单27 s3c24xx_i2c结构体

1. struct s3c24xx_i2c {

2.     spinlock_t      lock;

3.     wait_queue_head_t   wait;

4.     unsigned int        suspended:1;

5. 

6.     struct i2c_msg      *msg;

7.     unsigned int        msg_num;

8.     unsigned int        msg_idx;

9.     unsigned int        msg_ptr;

10. 

11.     unsigned int        tx_setup;

12.     unsigned int        irq;

13. 

14.     enum s3c24xx_i2c_state  state;

15.     unsigned long       clkrate;

16. 

17.     void __iomem        *regs;

18.     struct clk      *clk;

19.     struct device       *dev;

20.     struct resource     *ioarea;

21.     struct i2c_adapter  adap;

22. 

23. #ifdef CONFIG_CPU_FREQ

24.     struct notifier_block   freq_transition;

25. #endif

26. };

5.s3c2440 I2C 总线通信方法

由代码清单2523行可以看出,I2C适配器对应的i2c_algorithm结构体实例为s3c24xx_i2c_algorithm,代码清单28所示为s3c24xx_i2c_algorithm的定义。

代码清单28 s3c2440i2c_algorithm结构体

1. /* i2c bus registration info */

2. 

3. static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm = {

4.     .master_xfer        = s3c24xx_i2c_xfer,

5.     .functionality      = s3c24xx_i2c_func,

6. };

上述代码第一行指定了s3c2440 I2C总线通信传输函数s3c24xx_i2c_xfer(),这个函数非常关键,所有I2C总线上对设备的访问最终应该由它来完成,代码清单29所示为这个重要函数以及其依赖的s3c24xx_i2c_doxfer()函数和s3c24xx_i2c_message_start()函数的源代码。

代码清单29 s3c2440 I2C总线驱动的master_xfer函数

1. /* s3c24xx_i2c_xfer

2.  *

3.  * first port of call from the i2c bus code when an message needs

4.  * transferring across the i2c bus.

5. */

6. 

7. static int s3c24xx_i2c_xfer(struct i2c_adapter *adap,

8.             struct i2c_msg *msgs, int num)

9. {

10.     struct s3c24xx_i2c *i2c = (struct s3c24xx_i2c *)adap->algo_data;

11.     int retry;

12.     int ret;

13. 

14.     clk_enable(i2c->clk);

15. 

16.     for (retry = 0; retry < adap->retries; retry++) {

17. 

18.         ret = s3c24xx_i2c_doxfer(i2c, msgs, num);

19. 

20.         if (ret != -EAGAIN) {

21.             clk_disable(i2c->clk);

22.             return ret;

23.         }

24. 

25.         dev_dbg(i2c->dev, "Retrying transmission (%d)\n", retry);

26. 

27.         udelay(100);

28.     }

29. 

30.     clk_disable(i2c->clk);

31.     return -EREMOTEIO;

32. }

s3c24xx_i2c_xfer()函数调用s3c24xx_i2c_doxfer()函数传输I2C消息,第13行的循环意味着最多可以重试adap->retres次。

代码清单30 s3c24xx_i2c_doxfer()函数

1. /* s3c24xx_i2c_doxfer

2.  *

3.  * this starts an i2c transfer

4. */

5. 

6. static int s3c24xx_i2c_doxfer(struct s3c24xx_i2c *i2c,

7.                   struct i2c_msg *msgs, int num)

8. {

9.     unsigned long iicstat, timeout;

10.     int spins = 20;

11.     int ret;

12. 

13.     if (i2c->suspended)

14.         return -EIO;

15. 

16.     ret = s3c24xx_i2c_set_master(i2c);

17.     if (ret != 0) {

18.         dev_err(i2c->dev, "cannot get bus (error %d)\n", ret);

19.         ret = -EAGAIN;

20.         goto out;

21.     }

22. 

23.     spin_lock_irq(&i2c->lock);

24. 

25.     i2c->msg     = msgs;

26.     i2c->msg_num = num;

27.     i2c->msg_ptr = 0;

28.     i2c->msg_idx = 0;

29.     i2c->state   = STATE_START;

30. 

31.     s3c24xx_i2c_enable_irq(i2c);

32.     s3c24xx_i2c_message_start(i2c, msgs);

33.     spin_unlock_irq(&i2c->lock);

34. 

35.     timeout = wait_event_timeout(i2c->wait, i2c->msg_num == 0, HZ * 5);

36. 

37.     ret = i2c->msg_idx;

38. 

39.     /* having these next two as dev_err() makes life very

40.      * noisy when doing an i2cdetect */

41. 

42.     if (timeout == 0)

43.         dev_dbg(i2c->dev, "timeout\n");

44.     else if (ret != num)

45.         dev_dbg(i2c->dev, "incomplete xfer (%d)\n", ret);

46. 

47.     /* ensure the stop has been through the bus */

48. 

49.     dev_dbg(i2c->dev, "waiting for bus idle\n");

50. 

51.     /* first, try busy waiting briefly */

52.     do {

53.         iicstat = readl(i2c->regs + S3C2410_IICSTAT);

54. } while ((iicstat & S3C2410_IICSTAT_START) && --spins);

55. 

56.     /* if that timed out sleep */

57.     if (!spins) {

58.         msleep(1);

59.         iicstat = readl(i2c->regs + S3C2410_IICSTAT);

60.     }

61. 

62.     if (iicstat & S3C2410_IICSTAT_START)

63.         dev_warn(i2c->dev, "timeout waiting for bus idle\n");

64. 

65.  out:

66.     return ret;

67. }

s3c24xx_i2c_doxfer()首先将s3c2440I2C适配器设置为I2C主设备,其后初始化s3c24xx_i2c结构体,使能I2C中断,并调用s3c24xx_i2c_message_start()函数启动I2C消息的传输。

代码清单31 s3c24xx_i2c_message_start()函数

1. /* s3c24xx_i2c_message_start

2.  *

3.  * put the start of a message onto the bus

4. */

5. 

6. static void s3c24xx_i2c_message_start(struct s3c24xx_i2c *i2c,

7.                       struct i2c_msg *msg)

8. {

9.     unsigned int addr = (msg->addr & 0x7f) << 1;

10.     unsigned long stat;

11.     unsigned long iiccon;

12. 

13.     stat = 0;

14.     stat |=  S3C2410_IICSTAT_TXRXEN;

15. 

16.     if (msg->flags & I2C_M_RD) {

17.         stat |= S3C2410_IICSTAT_MASTER_RX;

18.         addr |= 1;

19.     } else

20.         stat |= S3C2410_IICSTAT_MASTER_TX;

21. 

22.     if (msg->flags & I2C_M_REV_DIR_ADDR)

23.         addr ^= 1;

24. 

25.     /* todo - check for wether ack wanted or not */

26.     s3c24xx_i2c_enable_ack(i2c);

27. 

28.     iiccon = readl(i2c->regs + S3C2410_IICCON);

29.     writel(stat, i2c->regs + S3C2410_IICSTAT);

30. 

31.     dev_dbg(i2c->dev, "START: %08lx to IICSTAT, %02x to DS\n", stat, addr);

32.     writeb(addr, i2c->regs + S3C2410_IICDS);

33. 

34.     /* delay here to ensure the data byte has gotten onto the bus

35.      * before the transaction is started */

36. 

37.     ndelay(i2c->tx_setup);

38.     dev_dbg(i2c->dev, "iiccon, %08lx\n", iiccon);

39.     writel(iiccon, i2c->regs + S3C2410_IICCON);

40. 

41.     stat |= S3C2410_IICSTAT_START;

42.     writel(stat, i2c->regs + S3C2410_IICSTAT);

43. }

s3c24xx_i2c_message_start()函数写s3c2440适配器对应的控制寄存器,向I2C从设备传递开始位和从设备地址。

上述代码只是启动了I2C消息数组的传输周期,并没有完整实现algorithm master_xfer时序的流程。这个流程的完整实现需要借助I2C适配器上的中断来步步推进。代码清单32所示为s3c2440 I2C适配器中断处理函数以及其依赖的i2c_s3c_irq_nextbyte()函数的源码。

代码清单32 s3c2440 I2C适配器中断处理函数

1. /* i2c_s3c_irq_nextbyte

2.  *

3.  * process an interrupt and work out what to do

4.  */

5. 

6. static int i2c_s3c_irq_nextbyte(struct s3c24xx_i2c *i2c, unsigned long iicstat)

7. {

8.     unsigned long tmp;

9.     unsigned char byte;

10.     int ret = 0;

11. 

12.     switch (i2c->state) {

13. 

14.     case STATE_IDLE:

15.         dev_err(i2c->dev, "%s: called in STATE_IDLE\n", __func__);

16.         goto out;

17. 

18.     case STATE_STOP:

19.         dev_err(i2c->dev, "%s: called in STATE_STOP\n", __func__);

20.         s3c24xx_i2c_disable_irq(i2c);

21.         goto out_ack;

22. 

23.     case STATE_START:

24.         /* last thing we did was send a start condition on the

25.          * bus, or started a new i2c message

26.          */

27. 

28.         if (iicstat & S3C2410_IICSTAT_LASTBIT &&

29.             !(i2c->msg->flags & I2C_M_IGNORE_NAK)) {

30.             /* ack was not received... */

31. 

32.             dev_dbg(i2c->dev, "ack was not received\n");

33.             s3c24xx_i2c_stop(i2c, -ENXIO);

34.             goto out_ack;

35.         }

36. 

37.         if (i2c->msg->flags & I2C_M_RD)

38.             i2c->state = STATE_READ;

39.         else

40.             i2c->state = STATE_WRITE;

41. 

42.         /* terminate the transfer if there is nothing to do

43.          * as this is used by the i2c probe to find devices. */

44. 

45.         if (is_lastmsg(i2c) && i2c->msg->len == 0) {

46.             s3c24xx_i2c_stop(i2c, 0);

47.             goto out_ack;

48.         }

49. 

50.         if (i2c->state == STATE_READ)

51.             goto prepare_read;

52. 

53.         /* fall through to the write state, as we will need to

54.          * send a byte as well */

55. 

56.     case STATE_WRITE:

57.         /* we are writing data to the device... check for the

58.          * end of the message, and if so, work out what to do

59.          */

60. 

61.         if (!(i2c->msg->flags & I2C_M_IGNORE_NAK)) {

62.             if (iicstat & S3C2410_IICSTAT_LASTBIT) {

63.                 dev_dbg(i2c->dev, "WRITE: No Ack\n");

64. 

65.                 s3c24xx_i2c_stop(i2c, -ECONNREFUSED);

66.                 goto out_ack;

67.             }

68.         }

69. 

70.  retry_write:

71. 

72.         if (!is_msgend(i2c)) {

73.             byte = i2c->msg->buf[i2c->msg_ptr++];

74.             writeb(byte, i2c->regs + S3C2410_IICDS);

75. 

76.             /* delay after writing the byte to allow the

77.              * data setup time on the bus, as writing the

78.              * data to the register causes the first bit

79.              * to appear on SDA, and SCL will change as

80.              * soon as the interrupt is acknowledged */

81. 

82.             ndelay(i2c->tx_setup);

83. 

84.         } else if (!is_lastmsg(i2c)) {

85.             /* we need to Go to the next i2c message */

86. 

87.             dev_dbg(i2c->dev, "WRITE: Next Message\n");

88. 

89.             i2c->msg_ptr = 0;

90.             i2c->msg_idx++;

91.             i2c->msg++;

92. 

93.             /* check to see if we need to do another message */

94.             if (i2c->msg->flags & I2C_M_NOSTART) {

95. 

96.                 if (i2c->msg->flags & I2C_M_RD) {

97.                     /* cannot do this, the controller

98.                      * forces us to send a new START

99.                      * when we change direction */

100. 

101.                     s3c24xx_i2c_stop(i2c, -EINVAL);

102.                 }

103. 

104.                 goto retry_write;

105.             } else {

106.                 /* send the new start */

107.                 s3c24xx_i2c_message_start(i2c, i2c->msg);

108.                 i2c->state = STATE_START;

109.             }

110. 

111.         } else {

112.             /* send stop */

113. 

114.             s3c24xx_i2c_stop(i2c, 0);

115.         }

116.         break;

117. 

118.     case STATE_READ:

119.         /* we have a byte of data in the data register, do

120.          * something with it, and then work out wether we are

121.          * going to do any more read/write

122.          */

123. 

124.         byte = readb(i2c->regs + S3C2410_IICDS);

125.         i2c->msg->buf[i2c->msg_ptr++] = byte;

126. 

127.  prepare_read:

128.         if (is_msglast(i2c)) {

129.             /* last byte of buffer */

130. 

131.             if (is_lastmsg(i2c))

132.                 s3c24xx_i2c_disable_ack(i2c);

133. 

134.         } else if (is_msgend(i2c)) {

135.             /* ok, we've read the entire buffer, see if there

136.              * is anything else we need to do */

137. 

138.             if (is_lastmsg(i2c)) {

139.                 /* last message, send stop and complete */

140.                 dev_dbg(i2c->dev, "READ: Send Stop\n");

141. 

142.                 s3c24xx_i2c_stop(i2c, 0);

143.             } else {

144.                 /* go to the next transfer */

145.                 dev_dbg(i2c->dev, "READ: Next Transfer\n");

146. 

147.                 i2c->msg_ptr = 0;

148.                 i2c->msg_idx++;

149.                 i2c->msg++;

150.             }

151.         }

152. 

153.         break;

154.     }

155. 

156.     /* acknowlegde the IRQ and get back on with the work */

157. 

158.  out_ack:

159.     tmp = readl(i2c->regs + S3C2410_IICCON);

160.     tmp &= ~S3C2410_IICCON_IRQPEND;

161.     writel(tmp, i2c->regs + S3C2410_IICCON);

162.  out:

163.     return ret;

164. }

中断处理函数s3c24xx_i2c_irq()主要通过调用i2c_s3c_irq_nextbyte()函数进行传输工作的进一步推进。I2c_s3c_irq_nextbyte()函数通过switchi2c->state)的不同状态进行处理,在每种状态下,先检查i2c->state的状态与硬件寄存器应该处于的状态是否一致,如果不一致,则证明有误,直接返回。当I2C处于读状态STATE_READ或是写状态STATE_WRITE时,通过is_lastmsg()函数判断是否传输的最后一条I2C消息,如果是,则产生停止位,否则通过i2c->msg_idx++i2c->msg++推进到下一条消息。

四、I2C的第三部分
1.Linux I2C 设备驱动

I2C设备驱动要使用i2c_driveri2c_client数据结构并填充i2c_driver中的成员函数。I2c_client一般被包含在设备的私有信息结构体yyy_data中,而i2c_driver则适合被定义为全局变量并初始化,代码清单33所示为已被初始化的i2c_driver

代码清单33 已被初始化的i2c_driver

1. static struct i2c_driver yyy_driver= {

2. .driver = {

3. .name = “yyy”,

4. },

5. .probe = yyy_probe,

6. .remove = yyy_remove,

7. .id_table = yyy_id,

8. };

2.Linux I2C 设备驱动的模块加载与卸载

I2C设备驱动的模块加载函数通用的方法是在I2C设备驱动模块加载函数进行通过I2C核心的i2c_add_driver()函数添加i2c_driver的工作,而在模块卸载函数中需要做相反的工作:通过I2C核心的i2c_del_driver()函数删除i2c_driver。代码清单34所示为I2C设备驱动的加载与卸载函数模板

代码清单34 I2C设备驱动的加载与卸载函数模板

1. Static int __init yyy_init(void)

2. {

3. return i2c_add_driver(&yyy_driver);

4. };

5. void __exit yyy_exit(void)

6. {

7. i2c_del_driver(&yyy_driver);

8. }

3.Linux I2C设备驱动的数据传输

I2C设备上读写数据的时序和数据通常通过i2c_msg数组组织,最后i2c_transfer()函数完成,代码清单35所示为一个读取指定偏移offs寄存器的例子。

代码清单35 I2C设备驱动数据传输范例

1. struct i2c_msg msg[2];

2. /*第一条消息是写消息*/

3. msg[0].addr = client->addr;

4. msg[0].flags = 0;

5. msg[0].len = 1;

6. msg[0].buf = &offs;

7. /*第二条消息是读消息*/

8. msg[1].addr = client->addr;

9. msg[1].flags = I2C_M_RD;

10. msg[1].len = sizeof(buf);

11. msg[1].buf = &buf[0];

i2c_transferclient->adapter, msg, 2;

4.Linuxi2c-dev.c文件分析

I2c_dev.c文件完全可以被看作一个I2C设备驱动,不过,它实现的一个i2c_client是虚拟、临时的、随着设备文件的打开而产生,并随着设备文件的关闭而撤销,并没有被添加到i2c_adapterclient链表中。i2c-dev.c针对每个I2C适配器生成一个主设备号为89的设备文件,实现了i2c_driver的成员函数以及文件操作接口,所以i2c-dev.c的主体是“i2c_driver成员函数+字符设备驱动”。

i2c-dev.c中提供i2cdev_read()i2cdev_write()函数来对应用户空间要使用的read()write()文件操作接口,这两个函数分别调用I2C核心的i2c_master_recv()i2c_master_send()函数来构造一条I2C消息并引发适配器algorithm通信函数的调用,完成消息的传输,对应于图所示的时序。但是很遗憾,大多数稍微复杂一点I2C设备的读写流程并不对应于一条消息,往往需要两条甚至跟多的消息来进行一次读写周期(即如图所示的重复开始位RepStart模式),这种情况下,在应用层仍然调用read()write()文件API来读写I2C设备,将不能正确地读写。许多工程师碰到过类似的问题,往往经过相当长时间的调试都没法解决I2C设备的读写,连错误的原因也无法找到,显然是对i2cdev_read()i2cdev_write()函数的作用有所误解。

 

7 i2cdev_read()i2cdev_write()函数对应的时序

 

8 RepStart模式

鉴于上述的原因,i2c-dev.ci2cdev_read()i2cdev_write()函数不具备太强的通用性,没有太大的实用价值,只能实用于非RepStart模式的情况。对于两条以上消息组成的读写,在用户空间需要组织i2c_msg消息数组并调用I2C_RDWRIOCTL命令。代码清单36所示i2cdev_ioctl()函数的框架。

代码清单36 i2c-dev.c中的i2cdev_ioctl函数

1. static long i2cdev_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)

2. {

3.     struct i2c_client *client = file->private_data;

4.     unsigned long funcs;

5.     dev_dbg(&client->adapter->dev, "ioctl, cmd=0x%02x, arg=0x%02lx\n",

6.         cmd, arg);

7.     switch (cmd) {

8.     case I2C_SLAVE:

9.     case I2C_SLAVE_FORCE:

10.         /* NOTE:  devices set up to work with "new style" drivers

11.          * can't use I2C_SLAVE, even when the device node is not

12.          * bound to a driver.  Only I2C_SLAVE_FORCE will work.

13.          *

14.          * Setting the PEC flag here won't affect kernel drivers,

15.          * which will be using the i2c_client node registered with

16.          * the driver model core.  Likewise, when that client has

17.          * the PEC flag already set, the i2c-dev driver won't see

18.          * (or use) this setting.

19.          */

20.         if ((arg > 0x3ff) ||

21.             (((client->flags & I2C_M_TEN) == 0) && arg > 0x7f))

22.             return -EINVAL;

23.         if (cmd == I2C_SLAVE && i2cdev_check_addr(client->adapter, arg))

24.             return -EBUSY;

25.         /* REVISIT: address could become busy later */

26.         client->addr = arg;

27.         return 0;

28.     case I2C_TENBIT:

29.         if (arg)

30.             client->flags |= I2C_M_TEN;

31.         else

32.             client->flags &= ~I2C_M_TEN;

33.         return 0;

34.     case I2C_PEC:

35.         if (arg)

36.             client->flags |= I2C_CLIENT_PEC;

37.         else

38.             client->flags &= ~I2C_CLIENT_PEC;

39.         return 0;

40.     case I2C_FUNCS:

41.         funcs = i2c_get_functionality(client->adapter);

42.         return put_user(funcs, (unsigned long __user *)arg);

43.     case I2C_RDWR:

44.         return i2cdev_ioctl_rdrw(client, arg);

45.     case I2C_SMBUS:

46.         return i2cdev_ioctl_smbus(client, arg);

47.     case I2C_RETRIES:

48.         client->adapter->retries = arg;

49.         break;

50. case I2C_TIMEOUT:

51.         /* For historical reasons, user-space sets the timeout

52.          * value in units of 10 ms.

53.          */

54.         client->adapter->timeout = msecs_to_jiffies(arg * 10);

55.         break;

56.     default:

57.         /* NOTE:  returning a fault code here could cause trouble

58.          * in buggy userspace code.  Some old kernel bugs returned

59.          * zero in this case, and userspace code might accidentally

60.          * have depended on that bug.

61.          */

62.         return -ENOTTY;

63.     }

64.     return 0;

65. }

常用的IOCTL包含I2C_SLAVE(设备从设备地址)、I2C_RETRIES(没有收到设备ACK情况下的重试次数,默认为1)、I2C_TIMEOUT以及I2C_RDWR

5.AT24C02 EEPROMI2C设备驱动实例

I2c设备驱动(也称为客户驱动)是对I2c硬件体系结构中设备端的实现,我们这里是AT24C02I2c设备驱动,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。

drivers/misc/eeprom/at24.c文件支持大多数I2C接口的EEPROM,正如我们前面所述,一个具体的I2C设备驱动有两部分组成,一部分是i2c_driver,用于将设备挂接于I2C总线,一部分是设备本身的驱动。对于EEPROM而言,设备本身的驱动以bin_attribute二进制sysfs结点形式呈现。代码清单37给出了该驱动的框架。

代码清单37 at24_bin_read()函数

1. static ssize_t at24_bin_read(struct file *filp, struct kobject *kobj,

2.         struct bin_attribute *attr,

3.         char *buf, loff_t off, size_t count)

4. {

5.     struct at24_data *at24;

6. 

7.     at24 = dev_get_drvdata(container_of(kobj, struct device, kobj));

8.     return at24_read(at24, buf, off, count);

9. }

代码清单38 at24_bin_write()函数

1. /*

2.  * Note that if the hardware write-protect pin is pulled high, the whole

3.  * chip is normally write protected. But there are plenty of product

4.  * variants here, including OTP fuses and partial chip protect.

5.  *

6.  * We only use page mode writes; the alternative is sloooow. This routine

7.  * writes at most one page.

8.  */

9. static ssize_t at24_eeprom_write(struct at24_data *at24, const char *buf,

10.         unsigned offset, size_t count)

11. {

12.     struct i2c_client *client;

13.     struct i2c_msg msg;

14.     ssize_t status;

15.     unsigned long timeout, write_time;

16.     unsigned next_page;

17. 

18.     /* Get corresponding I2C address and adjust offset */

19.     client = at24_translate_offset(at24, &offset);

20. 

21.     /* write_max is at most a page */

22.     if (count > at24->write_max)

23.         count = at24->write_max;

24. 

25.     /* Never roll over backwards, to the start of this page */

26.     next_page = roundup(offset + 1, at24->chip.page_size);

27.     if (offset + count > next_page)

28.         count = next_page - offset;

29. 

30.     /* If we'll use I2C calls for I/O, set up the message */

31.     if (!at24->use_smbus) {

32.         int i = 0;

33. 

34.         msg.addr = client->addr;

35.         msg.flags = 0;

36. 

37.         /* msg.buf is u8 and casts will mask the values */

38.         msg.buf = at24->writebuf;

39.         if (at24->chip.flags & AT24_FLAG_ADDR16)

40.             msg.buf[i++] = offset >> 8;

41. 

42.         msg.buf[i++] = offset;

43.         memcpy(&msg.buf[i], buf, count);

44.         msg.len = i + count;

45.     }

46. 

47.     /*

48.      * Writes fail if the previous one didn't complete yet. We may

49.      * loop a few times until this one succeeds, waiting at least

50.      * long enough for one entire page write to work.

51.      */

52.     timeout = jiffies + msecs_to_jiffies(write_timeout);

53.     do {

54.         write_time = jiffies;

55.         if (at24->use_smbus) {

56.             status = i2c_smbus_write_i2c_block_data(client,

57.                     offset, count, buf);

58.             if (status == 0)

59.                 status = count;

60.         } else {

61.             status = i2c_transfer(client->adapter, &msg, 1);

62.             if (status == 1)

63.                 status = count;

64.         }

65.         dev_dbg(&client->dev, "write %zu@%d --> %zd (%ld)\n",

66.                 count, offset, status, jiffies);

67. 

68.         if (status == count)

69.             return count;

70. 

71.         /* REVISIT: at HZ=100, this is sloooow */

72.         msleep(1);

73.     } while (time_before(write_time, timeout));

74. 

75.     return -ETIMEDOUT;

76. }

代码清单39 i2c_device_id结构体

1. static const struct i2c_device_id at24_ids[] = {

2.     /* needs 8 addresses as A0-A2 are ignored */

3.     { "24c00", AT24_DEVICE_MAGIC(128 / 8, AT24_FLAG_TAKE8ADDR) },

4.     /* old variants can't be handled with this generic entry! */

5.     { "24c01", AT24_DEVICE_MAGIC(1024 / 8, 0) },

6.     { "24c02", AT24_DEVICE_MAGIC(2048 / 8, 0) },

7.     /* spd is a 24c02 in memory DIMMs */

8.     { "spd", AT24_DEVICE_MAGIC(2048 / 8,

9.         AT24_FLAG_READONLY | AT24_FLAG_IRUGO) },

10.     { "24c04", AT24_DEVICE_MAGIC(4096 / 8, 0) },

11.     /* 24rf08 quirk is handled at i2c-core */

12.     { "24c08", AT24_DEVICE_MAGIC(8192 / 8, 0) },

13.     { "24c16", AT24_DEVICE_MAGIC(16384 / 8, 0) },

14.     { "24c32", AT24_DEVICE_MAGIC(32768 / 8, AT24_FLAG_ADDR16) },

15.     { "24c64", AT24_DEVICE_MAGIC(65536 / 8, AT24_FLAG_ADDR16) },

16.     { "24c128", AT24_DEVICE_MAGIC(131072 / 8, AT24_FLAG_ADDR16) },

17.     { "24c256", AT24_DEVICE_MAGIC(262144 / 8, AT24_FLAG_ADDR16) },

18.     { "24c512", AT24_DEVICE_MAGIC(524288 / 8, AT24_FLAG_ADDR16) },

19.     { "24c1024", AT24_DEVICE_MAGIC(1048576 / 8, AT24_FLAG_ADDR16) },

20.     { "at24", 0 },

21.     { /* END OF LIST */ }

22. };

23. MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, at24_ids);

代码清单40 初始化at24xx设备的i2c_driver结构体

1. /*-------------------------------------------------------------------------*/

2. 

3. static struct i2c_driver at24_driver = {

4.     .driver = {

5.         .name = "at24",

6.         .owner = THIS_MODULE,

7.     },

8.     .probe = at24_probe,

9.     .remove = __devexit_p(at24_remove),

10.     .id_table = at24_ids,

11. };

代码清单41 at24_probe函数

1. static int at24_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)

2. {

3.     struct at24_platform_data chip;

4.     bool writable;

5.     int use_smbus = 0;

6.     struct at24_data *at24;

7.     int err;

8.     unsigned i, num_addresses;

9.     kernel_ulong_t magic;

10. 

11.     if (client->dev.platform_data) {

12.         chip = *(struct at24_platform_data *)client->dev.platform_data;

13.     } else {

14.         if (!id->driver_data) {

15.             err = -ENODEV;

16.             goto err_out;

17.         }

18.         magic = id->driver_data;

19.         chip.byte_len = BIT(magic & AT24_BITMASK(AT24_SIZE_BYTELEN));

20.         magic >>= AT24_SIZE_BYTELEN;

21.         chip.flags = magic & AT24_BITMASK(AT24_SIZE_FLAGS);

22.         /*

23.          * This is slow, but we can't know all eeproms, so we better

24.          * play safe. Specifying custom eeprom-types via platform_data

25.          * is recommended anyhow.

26.          */

27.         chip.page_size = 1;

28. 

29.         /* update chipdata if OF is present */

30.         at24_get_ofdata(client, &chip);

31. 

32.         chip.setup = NULL;

33.         chip.context = NULL;

34.     }

35. 

36.     if (!is_power_of_2(chip.byte_len))

37.         dev_warn(&client->dev,

38.             "byte_len looks suspicious (no power of 2)!\n");

39.     if (!chip.page_size) {

40.         dev_err(&client->dev, "page_size must not be 0!\n");

41.         err = -EINVAL;

42.         goto err_out;

43.     }

44.     if (!is_power_of_2(chip.page_size))

45.         dev_warn(&client->dev,

46.             "page_size looks suspicious (no power of 2)!\n");

47.         

48.     /* Use I2C operations unless we're stuck with SMBus extensions. */

49.     if (!i2c_check_functionality(client->adapter, I2C_FUNC_I2C)) {

50.         if (chip.flags & AT24_FLAG_ADDR16) {

51.             err = -EPFNOSUPPORT;

52.             goto err_out;

53.         }   

54.         if (i2c_check_functionality(client->adapter,

55.                 I2C_FUNC_SMBUS_READ_I2C_BLOCK)) {

56.             use_smbus = I2C_SMBUS_I2C_BLOCK_DATA;

57.         } else if (i2c_check_functionality(client->adapter,

58.                 I2C_FUNC_SMBUS_READ_WORD_DATA)) {

59.             use_smbus = I2C_SMBUS_WORD_DATA;

60.         } else if (i2c_check_functionality(client->adapter,

61.                 I2C_FUNC_SMBUS_READ_BYTE_DATA)) {

62.             use_smbus = I2C_SMBUS_BYTE_DATA;

63.         } else {

64.             err = -EPFNOSUPPORT;

65.             goto err_out;

66.         }

67.     }

68. 

69.     if (chip.flags & AT24_FLAG_TAKE8ADDR)

70.         num_addresses = 8;

71.     else

72.         num_addresses = DIV_ROUND_UP(chip.byte_len,

73.             (chip.flags & AT24_FLAG_ADDR16) ? 65536 : 256);

74. 

75.     at24 = kzalloc(sizeof(struct at24_data) +

76.         num_addresses * sizeof(struct i2c_client *), GFP_KERNEL);

77.     if (!at24) {

78.         err = -ENOMEM;

79.         goto err_out;

80.     }

81. 

82.     mutex_init(&at24->lock);

83.     at24->use_smbus = use_smbus;

84.     at24->chip = chip;

85.     at24->num_addresses = num_addresses;

86. 

87.     /*

88.      * Export the EEPROM bytes through sysfs, since that's convenient.

89.      * By default, only root should see the data (maybe passwords etc)

90.      */

91.     sysfs_bin_attr_init(&at24->bin);

92.     at24->bin.attr.name = "eeprom";

93.     at24->bin.attr.mode = chip.flags & AT24_FLAG_IRUGO ? S_IRUGO : S_IRUSR;

94.     at24->bin.read = at24_bin_read;

95. at24->bin.size = chip.byte_len;

96. 

97.     at24->macc.read = at24_macc_read;

98. 

99.     writable = !(chip.flags & AT24_FLAG_READONLY);

100.     if (writable) {

101.         if (!use_smbus || i2c_check_functionality(client->adapter,

102.                 I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_I2C_BLOCK)) {

103. 

104.             unsigned write_max = chip.page_size;

105. 

106.             at24->macc.write = at24_macc_write;

107. 

108.             at24->bin.write = at24_bin_write;

109.             at24->bin.attr.mode |= S_IWUSR;

110. 

111.             if (write_max > io_limit)

112.                 write_max = io_limit;

113.             if (use_smbus && write_max > I2C_SMBUS_BLOCK_MAX)

114.                 write_max = I2C_SMBUS_BLOCK_MAX;

115.             at24->write_max = write_max;

116. 

117.             /* buffer (data + address at the beginning) */

118.             at24->writebuf = kmalloc(write_max + 2, GFP_KERNEL);

119.             if (!at24->writebuf) {

120.                 err = -ENOMEM;

121.                 goto err_struct;

122.             }

123.         } else {

124.             dev_warn(&client->dev,

125.                 "cannot write due to controller restrictions.");

126.         }

127.     }

128. 

129.     at24->client[0] = client;

130. 

131.     /* use dummy devices for multiple-address chips */

132.     for (i = 1; i < num_addresses; i++) {

133.         at24->client[i] = i2c_new_dummy(client->adapter,

134.                     client->addr + i);

135.         if (!at24->client[i]) {

136.             dev_err(&client->dev, "address 0x%02x unavailable\n",

137.                     client->addr + i);

138.             err = -EADDRINUSE;

139.             goto err_clients;

140.         }

141. }

142.     err = sysfs_create_bin_file(&client->dev.kobj, &at24->bin);

143.     if (err)

144.         goto err_clients;

145. 

146.     i2c_set_clientdata(client, at24);

147. 

148.     dev_info(&client->dev, "%zu byte %s EEPROM, %s, %u bytes/write\n",

149.         at24->bin.size, client->name,

150.         writable ? "writable" : "read-only", at24->write_max);

151.     if (use_smbus == I2C_SMBUS_WORD_DATA ||

152.         use_smbus == I2C_SMBUS_BYTE_DATA) {

153.         dev_notice(&client->dev, "Falling back to %s reads, "

154.                "performance will suffer\n", use_smbus ==

155.                I2C_SMBUS_WORD_DATA ? "word" : "byte");

156.     }

157. 

158.     /* export data to kernel code */

159.     if (chip.setup)

160.         chip.setup(&at24->macc, chip.context);

161. 

162.     return 0;

163. 

164. err_clients:

165.     for (i = 1; i < num_addresses; i++)

166.         if (at24->client[i])

167.             i2c_unregister_device(at24->client[i]);

168. 

169.     kfree(at24->writebuf);

170. err_struct:

171.     kfree(at24);

172. err_out:

173.     dev_dbg(&client->dev, "probe error %d\n", err);

174.     return err;

175. }

176. 

177. 代码清单42 at24_remove函数

178. static int __devexit at24_remove(struct i2c_client *client)

179. {

180.     struct at24_data *at24;

181.     int i;

182. 

183.     at24 = i2c_get_clientdata(client);

184.     sysfs_remove_bin_file(&client->dev.kobj, &at24->bin);

185. 

186.     for (i = 1; i < at24->num_addresses; i++)

187.         i2c_unregister_device(at24->client[i]);

188. 

189.     kfree(at24->writebuf);

190.     kfree(at24);

191.     return 0;

192. }

代码清单43 at24xx设备驱动模块的加载和卸载函数

1. static int __init at24_init(void)

2. {

3.     if (!io_limit) {

4.         pr_err("at24: io_limit must not be 0!\n");

5.         return -EINVAL;

6.     }   

7.         

8.     io_limit = rounddown_pow_of_two(io_limit);

9.     return i2c_add_driver(&at24_driver);

10. }   

11. module_init(at24_init);

12. 

13. static void __exit at24_exit(void)

14. {

15.     i2c_del_driver(&at24_driver);

16. }

17. module_exit(at24_exit);

18. 

19. MODULE_DESCRIPTION("Driver for most I2C EEPROMs");

20. MODULE_AUTHOR("David Brownell and Wolfram Sang");

21. MODULE_LICENSE("GPL");

At24_bin_read()at24_bin_write()俩个函数是EEPROM驱动本身的读写实现即bin_attribute驱动,之后一部分是i2c_driver,两者在i2c_driverprobe()、remove函数中建立关联。I2c_driverprobe()函数中的初始化并通过sysfs_create_bin_file()注册了二进制sysfs结点,而remove()函数则通过sysfs_remove_bin_file()注销了sysfs结点。

6.添加板级信息

drivers/misc/eeprom/at24.c不依赖于具体的CPUI2C控制寄存器硬件特性,因此,如果某一电路板包含该外设,只需要在板文件中添加对应的i2c_board_info,如对于s3c2440要使其支持at24c02 eeprom只需要作如下工作:

首先是要在内核中注册板级信息,因为设备和驱动需要匹配,它们是通过设备名和驱动名进行匹配的。因为AT24C02芯片是由2048bits构成,所以有2048 / 8 = 256byte,并将其分成32页每页有8byte大小,是8bits寻址,如果AT24C02芯片的A0A1,A2,这三个引脚接地,着AT24C02芯片从地址是01010000b(0x50),如果AT24C02芯片的A0结高电平,A1A2两个引脚接地,着AT24C02芯片从地址是01010001b(0x51),这些都是AT24C02datasheet上有的,不同芯片不同情况。下面在linux-3.0/arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c添加AT24C02设备的板级信息如下:

1. [fulinux@ubuntu linux-3.0]$ vim arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c 

2.  #include <linux/i2c.h>     

3. #include <linux/i2c/at24.h> 

4. 

5. static struct at24_platform_data at24c02= {

6.      .byte_len   = SZ_2K / 8,

7.      .page_size  = 8,

8.      .flags      = AT24_FLAG_ADDR8,

9. };

10.  

11.  static struct i2c_board_info __initdata smdk2440_i2c_devs[] = {

12.      {

13.          I2C_BOARD_INFO("24c02", 0x50),

14.          .platform_data = &at24c02,

15.      },

16.      /*  more devices can be added using expansion connectors */

17. };

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