I2C總線

• I2C（又稱IIC）總線是由PHILIPS公司開發(fā)的串行總線，用于連接微控制器與外圍設備残拐，特點如下
  總線只有兩條線：數(shù)據(jù)線（SDA），時鐘線（SCL）
  每個連接到總線上的設備用唯一的地址來識別
  主/從關系碟嘴，主設備是數(shù)據(jù)的傳輸?shù)陌l(fā)起者并提供時鐘信號溪食。
  位速率：100kbit/s,400kbit/s,3.4Mbit/s。

  
  

• 總線信號（3種）
  開始信號（S）：SCL為高電平時娜扇，SDA由高變低電平
  結束信號（P）：SCL為高電平時错沃，SDA由低變高電平
  響應信號（ACK）：接收器在收到8位數(shù)據(jù)后，在第9位

  
  

• 位數(shù)據(jù)傳輸

  
  
  
  

  SDA上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須在SCL為高電平期間保持穩(wěn)定雀瓢，SDA上數(shù)據(jù)的變化只能在SCL為低電平期間枢析。

• 幾種I2C數(shù)據(jù)傳輸格式

  
  

Linux I2C體系結構

• Linux的I2C體系結構分為3個組成部分
  • I2C核心ceng
    提供了I2C總線驅動和設備驅動的注冊、注銷方法刃麸，I2C通信方法（即Algorithm）上層的與具體適配器無關的代碼以及探測設備醒叁、檢測設備地址的上層代碼等
  • I2C適配器層
    對I2C硬件體系結構中適配器端的實現(xiàn)，適配器可由CPU控制泊业，甚至可以直接集成在CPU內部
    適配器i2c_adapter
    算法結構Algorithm把沼。

  • I2C設備驅動層
    I2C設備驅動（也稱為客戶驅動）是對設備端的實現(xiàn)，設備一般掛接在受CPU控制的I2C適配器上脱吱，通過I2C適配器與CPU交換數(shù)據(jù)智政。
    使用了I2C總線-設備-驅動模型
    i2c_driver和i2c_client

    
    

4個數(shù)據(jù)結構的的關系

• i2c_adapter與i2c_algorithm
  i2c_adapter對應于物理上的一個適配器（CPU上的I2C控制器）
  而i2c_algorithm對應一套通信方法
  一個I2C適配器需要i2c_algorithm提供的通信函數(shù)來控制適配器產生特定的訪問周期。
  缺少i2c_algorithm的i2c_adapter什么也做不了
  因此i2c_adapter中包含所使用的i2c_algorithm的指針箱蝠。
• i2c_adpater與i2c_client
  i2c_adpater與i2c_client的關系與I2C硬件體系中適配器和設備的關系一致续捂。
  i2c_adapter對應于物理上的一個適配器（CPU上的I2C控制器）
  i2c_client代表連接到適配器中的設備，主要提供地址信息
  一個i2c_adpater也可以被多個i2c_client連接
  i2c_client必要依附在i2c_adpater上宦搬，才能使用牙瓢。
  一個CPU可以有多個適配器硬件，對應對個i2c_adpater
• i2c_driver與i2c_client
  i2c_client代表總線上的設備间校，主要提供地址信息
  i2c_driver代表對應設備的驅動程序
  i2c_driver與i2c_client依附在I2C總線上矾克，適合device-bus-driver模型。

I2C設備驅動模型

• I2C設備驅動層采用bus-dev-drv模型設計
  I2C總線定義如下圖：

  
  
  
  

  I2C總線上的device可以包含兩種數(shù)據(jù)(i2c_client和i2c_adapter)
  I2C總線提供了match憔足、probe方法

• I2C總線的match方法i2c_device_match()

  
  
  
  

• I2C總線的match方法i2c_device_match()返回真胁附，表示匹配成功酒繁，會調用I2C總線的probe函數(shù)i2c_device_probe():

  
  
  • 上面的函數(shù)是簡化的示意代碼：
    client表示匹配成功的dev
    driver表示匹配成功的drv
  • 函數(shù)的作用
    設置client->driver = driver
    調用driver->probe函數(shù)，參數(shù)是配置成功的client和id

• I2C總線模型

  
  
  
  

  I2C總線上的device端有兩種dev（client和adapter）控妻，而driver只有一種州袒。
  向總線注冊一個i2c_client的函數(shù)是i2c_new_device()
  向總線注冊一個i2c_driver的函數(shù)是i2c_register_driver()

• 分析i2c_new_device()函數(shù)簡化流程如下：

  
  
  • 函數(shù)流程如下：
    分配一個client內存
    用參數(shù)adap、info初始化client
    注冊client

• 分析i2c_register_driver()函數(shù)簡化流程如下：

  
  
  • 函數(shù)流程如下：
    • 注冊driver

    • 對bus上的每個adapter調用__process_new_driver()函數(shù)
      bus上的dev出來client外弓候，還有adapter郎哭，一個CPU上可以有多個adapter；
      所有CPU上的adapter都掛在bus的dev端菇存。

      
      
      
      

i2c讀寫流程

驅動中的讀夸研、寫方法，統(tǒng)一通過i2c_smbus_xxx族函數(shù)來進行讀寫

• i2c_smbus函數(shù)族

  
  

EEPROOM

• TINY4412的eeprom設備at24c08連接到CPU的適配器0上

  
  

• 讀寫時序：

  
  
  
  

讀寫EEPROOM實戰(zhàn)

at24_drv.c

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fs.h>
#include <asm/uaccess.h>


static int major;
static struct class *class;
static struct i2c_client *at24_client;

/* 傳入: buf[0] : addr               輸出: buf[0] : data*/
static ssize_t at24_read(struct file * file, char __user *buf, size_t count, loff_t *off)
{
    unsigned char addr, data;
    
    copy_from_user(&addr, buf, 1);
    data = i2c_smbus_read_byte_data(at24_client, addr);
    copy_to_user(buf, &data, 1);
    return sizeof(unsigned char);
}

/* buf[0] : addr    buf[1] : data*/
static ssize_t at24_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *off)
{
    unsigned char ker_buf[2];
    unsigned char addr, data;
    copy_from_user(ker_buf, buf, 2);
    addr = ker_buf[0];
    data = ker_buf[1];

    if (!i2c_smbus_write_byte_data(at24_client, addr, data))
        return 2*sizeof(unsigned char);
    else
        return -EIO;    
}

static struct file_operations at24_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .read  = at24_read,
    .write = at24_write,
};

static int __devinit at24_probe(struct i2c_client *client,
                  const struct i2c_device_id *id)
{
    printk("probe\n");
    at24_client = client;
    major = register_chrdev(0, "at24", &at24_fops);
    class = class_create(THIS_MODULE, "at24");
    device_create(class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "at24"); 
    
    return 0;
}

static int __devexit at24_remove(struct i2c_client *client)
{
    device_destroy(class, MKDEV(major, 0));
    class_destroy(class);
    unregister_chrdev(major, "at24");
        
    return 0;
}

static const struct i2c_device_id at24_id_table[] = {
    { "at24c0x", 0 },{}
};
int (*detect)(struct i2c_client *, struct i2c_board_info *);
unsigned short tiny4412_address_list[] = I2C_ADDRS(0x50);
static struct i2c_driver at24_driver = {/*  分配/設置i2c_driver */
    .driver = {
        .name   = "at24c0x",
        .owner  = THIS_MODULE,
    },
    .probe      = at24_probe,
    .remove     = __devexit_p(at24_remove),
    .id_table   = at24_id_table,
    .address_list = ,
    .detect =,
};

static int at24_drv_init(void)
{
    i2c_add_driver(&at24_driver);   /*  注冊i2c_driver */
    return 0;
}

static void at24_drv_exit(void)
{
    i2c_del_driver(&at24_driver);
}

module_init(at24_drv_init);
module_exit(at24_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

at24_dev.c

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fs.h>
#include <asm/uaccess.h>

static struct i2c_board_info at24_info = {  
    I2C_BOARD_INFO("at24c0x", 0x50),
};

static struct i2c_client *at24_client;

static int at24_dev_init(void)
{
    struct i2c_adapter *i2c_adap;

    i2c_adap = i2c_get_adapter(0);
    at24_client = i2c_new_device(i2c_adap, &at24_info);
    i2c_put_adapter(i2c_adap);
    
    return 0;
}

static void at24_dev_exit(void)
{
    i2c_unregister_device(at24_client);
}


module_init(at24_dev_init);
module_exit(at24_dev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

app_test.c

#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)
{
    if ((argc != 3) && (argc != 4))
    {
        print_usage(argv[0]);
        return -1;
    }
    
    int fd;
    unsigned char buf[2];

    fd = open("/dev/at24", O_RDWR);
    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) && (argc == 4))
    {
        buf[0] = strtoul(argv[2], NULL, 0);
        buf[1] = strtoul(argv[3], NULL, 0);
        if (write(fd, buf, 2) != 2)
            printf("write err, addr = 0x%02x, data = 0x%02x\n", buf[0], buf[1]);
    }
    return 0;
}

makefile

obj-m += at24_dev.o  at24_drv.o
all:
    make -C /home/sice/linux-3.5 M=`pwd` modules 
    arm-linux-gcc app_test.c -o app_test
install:
    make -C /home/sice/linux-3.5 M=`pwd` INSTALL_MOD_PATH=/opt/rootfs modules_install
    cp app_test /opt/rootfs
clean:
    make -C /home/sice/linux-3.5 M=`pwd` clean
    rm app_test