实例解析linux内核I2C体系结构.docx

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实例解析linux内核I2C体系结构

实例解析linux内核I2C体系结构

一、概述

谈到在linux系统下编写I2C驱动，目前主要有两种方式，一种是把I2C设备当作一个普通的字符设备来处理，另一种是利用linuxI2C驱动体系结构来完成。

下面比较下这两种驱动。

第一种方法的好处（对应第二种方法的劣势）有：

●思路比较直接，不需要花时间去了解linux内核中复杂的I2C子系统的操作方法。

第一种方法问题（对应第二种方法的好处）有：

●要求工程师不仅要对I2C设备的操作熟悉，而且要熟悉I2C的适配器操作；

●要求工程师对I2C的设备器及I2C的设备操作方法都比较熟悉，最重要的是写出的程序可移植性差；

●对内核的资源无法直接使用。

因为内核提供的所有I2C设备器及设备驱动都是基于I2C子系统的格式。

I2C适配器的操作简单还好，如果遇到复杂的I2C适配器（如：

基于PCI的I2C适配器），工作量就会大很多。

本文针对的对象是熟悉I2C协议，并且想使用linux内核子系统的开发人员。

网络和一些书籍上有介绍I2C子系统的源码结构。

但发现很多开发人员看了这些文章后，还是不清楚自己究竟该做些什么。

究其原因还是没弄清楚I2C子系统为我们做了些什么，以及我们怎样利用I2C子系统。

本文首先要解决是如何利用现有内核支持的I2C适配器，完成对I2C设备的操作，然后再过度到适配器代码的编写。

本文主要从解决问题的角度去写，不会涉及特别详细的代码跟踪。

二、I2C设备驱动程序编写

首先要明确适配器驱动的作用是让我们能够通过它发出符合I2C标准协议的时序。

在Linux内核源代码中的drivers/i2c/busses目录下包含着一些适配器的驱动。

如S3C2410的驱动i2c-s3c2410.c。

当适配器加载到内核后，接下来的工作就要针对具体的设备编写设备驱动了。

编写I2C设备驱动也有两种方法。

一种是利用系统给我们提供的i2c-dev.c来实现一个i2c适配器的设备文件。

然后通过在应用层操作i2c适配器来控制i2c设备。

另一种是为i2c设备，独立编写一个设备驱动。

注意：

在后一种情况下，是不需要使用i2c-dev.c的。

1、利用i2c-dev.c操作适配器，进而控制i2c设备

i2c-dev.c并没有针对特定的设备而设计，只是提供了通用的read（）、write（）和ioctl（）等接口，应用层可以借用这些接口访问挂接在适配器上的i2c设备的存储空间或寄存器，并控制I2C设备的工作方式。

需要特别注意的是：

i2c-dev.c的read（）、write（）方法都只适合于如下方式的数据格式（可查看内核相关源码）

图1单开始信号时序

所以不具有太强的通用性，如下面这种情况就不适用（通常出现在读目标时）。

图2多开始信号时序

而且read（）、write（）方法只适用用于适配器支持i2c算法的情况，如：

staticconststructi2c_algorithms3c24xx_i2c_algorithm={

.master_xfer=s3c24xx_i2c_xfer,

.functionality=s3c24xx_i2c_func,

};

而不适合适配器只支持smbus算法的情况，如：

staticconststructi2c_algorithmsmbus_algorithm={

.smbus_xfer=i801_access,

.functionality=i801_func,

};

基于上面几个原因，所以一般都不会使用i2c-dev.c的read（）、write（）方法。

最常用的是ioctl（）方法。

ioctl（）方法可以实现上面所有的情况（两种数据格式、以及I2C算法和smbus算法）。

针对i2c的算法，需要熟悉structi2c_rdwr_ioctl_data、structi2c_msg。

使用的命令是I2C_RDWR。

structi2c_rdwr_ioctl_data{

structi2c_msg__user*msgs;/*pointerstoi2c_msgs*/

__u32nmsgs;/*numberofi2c_msgs*/

};

structi2c_msg{

__u16addr;/*slaveaddress*/

__u16flags;/*标志（读、写）*/

__u16len;/*msglength*/

__u8*buf;/*pointertomsgdata*/

};

针对smbus算法，需要熟悉structi2c_smbus_ioctl_data。

使用的命令是I2C_SMBUS。

对于smbus算法，不需要考虑“多开始信号时序”问题。

structi2c_smbus_ioctl_data{

__u8read_write;//读、写

__u8command;//命令

__u32size;//数据长度标识

unioni2c_smbus_data__user*data;//数据

};

下面以一个实例讲解操作的具体过程。

通过S3C2410操作AT24C02e2prom。

实现在AT24C02中任意位置的读、写功能。

首先在内核中已经包含了对s3c2410中的i2c控制器驱动的支持。

提供了i2c算法（非smbus类型的，所以后面的ioctl的命令是I2C_RDWR）

staticconststructi2c_algorithms3c24xx_i2c_algorithm={

.master_xfer=s3c24xx_i2c_xfer,

.functionality=s3c24xx_i2c_func,

};

另外一方面需要确定为了实现对AT24C02e2prom的操作，需要确定AT24C02的地址及读写访问时序。

●AT24C02地址的确定

原理图上将A2、A1、A0都接地了，所以地址是0x50。

●AT24C02任意地址字节写的时序

可见此时序符合前面提到的“单开始信号时序”

●AT24C02任意地址字节读的时序

可见此时序符合前面提到的“多开始信号时序”

下面开始具体代码的分析（代码在2.6.22内核上测试通过）：

/*i2c_test.c

*hongtao_liu

*/

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#defineI2C_RETRIES0x0701

#defineI2C_TIMEOUT0x0702

#defineI2C_RDWR0x0707

/*********定义structi2c_rdwr_ioctl_data和structi2c_msg，要和内核一致*******/

structi2c_msg

{

unsignedshortaddr;

unsignedshortflags;

#defineI2C_M_TEN0x0010

#defineI2C_M_RD0x0001

unsignedshortlen;

unsignedchar*buf;

};

structi2c_rdwr_ioctl_data

{

structi2c_msg*msgs;

intnmsgs;

/*nmsgs这个数量决定了有多少开始信号，对于“单开始时序”，取1*/

};

/***********主程序***********/

intmain（）

{

intfd,ret;

structi2c_rdwr_ioctl_datae2prom_data;

fd=open（"/dev/i2c-0",O_RDWR）;

/*

*/dev/i2c-0是在注册i2c-dev.c后产生的，代表一个可操作的适配器。

如果不使用i2c-dev.c

*的方式，就没有，也不需要这个节点。

*/

if（fd<0）

{

perror（"openerror"）;

}

e2prom_data.nmsgs=2;

/*

*因为操作时序中，最多是用到2个开始信号（字节读操作中），所以此将

*e2prom_data.nmsgs配置为2

*/

e2prom_data.msgs=（structi2c_msg*）malloc（e2prom_data.nmsgs*sizeof（structi2c_msg））;

if（!

e2prom_data.msgs）

{

perror（"mallocerror"）;

exit

（1）;

}

ioctl（fd,I2C_TIMEOUT,1）;/*超时时间*/

ioctl（fd,I2C_RETRIES,2）;/*重复次数*/

/***writedatatoe2prom**/

e2prom_data.nmsgs=1;

（e2prom_data.msgs[0]）.len=2;//1个e2prom写入目标的地址和1个数据

（e2prom_data.msgs[0]）.addr=0x50;//e2prom设备地址

（e2prom_data.msgs[0]）.flags=0;//write

（e2prom_data.msgs[0]）.buf=（unsignedchar*）malloc

（2）;

（e2prom_data.msgs[0]）.buf[0]=0x10;//e2prom写入目标的地址

（e2prom_data.msgs[0]）.buf[1]=0x58;//thedatatowrite

ret=ioctl（fd,I2C_RDWR,（unsignedlong）&e2prom_data）;

if（ret<0）

{

perror（"ioctlerror1"）;

}

sleep

（1）;

/******readdatafrome2prom*******/

e2prom_data.nmsgs=2;

（e2prom_data.msgs[0]）.len=1;//e2prom目标数据的地址

（e2prom_data.msgs[0]）.addr=0x50;//e2prom设备地址

（e2prom_data.msgs[0]）.flags=0;//write

（e2prom_data.msgs[0]）.buf[0]=0x10;//e2prom数据地址

（e2prom_data.msgs[1]）.len=1;//读出的数据

（e2prom_data.msgs[1]）.addr=0x50;//e2prom设备地址

（e2prom_data.msgs[1]）.flags=I2C_M_RD;//read

（e2prom_data.msgs[1]）.buf=（unsignedchar*）malloc

（1）;//存放返回值的地址。

（e2prom_data.msgs[1]）.buf[0]=0;//初始化读缓冲

ret=ioctl（fd,I