http://fan.renren.it/a/caozuoxitong/Linux/20110202/76332.html


一、概述


談到在linux系統下編寫I2C驅動,目前主要有兩種方式,一種是把I2C設備當作一個普通的字符設備來處理,另一種是利用linux I2C驅動體系結構來完成。下面比較下這兩種驅動。


第一種方法的好處(對應第二種方法的劣勢)有:
        ●    思路比較直接,不需要花時間去了解linux內核中复雜的I2C子系統的操作方法。


第一種方法問題(對應第二種方法的好處)有:
        ●    要求工程師不僅要對I2C設備的操作熟悉,而且要熟悉I2C的适配器操作;
        ●    要求工程師對I2C的設備器及I2C的設備操作方法都比較熟悉,最重要的是寫出的程序可移植性差;
        ●    對內核的資源無法直接使用。因为內核提供的所有I2C設備器及設備驅動都是基於I2C子系統的格式。I2C适配器的操作簡單還好,如果遇到复雜的I2C适配器(如:基於PCI的I2C适配器),工作量就會大很多。


本文針對的對象是熟悉I2C協議,並且想使用linux內核子系統的開發人員。


網络和一些書籍上有介紹I2C子系統的源碼結構。但發現很多開發人員看了這些文章後,還是不清楚自己究竟該做些什麼。究其原因還是沒弄清楚I2C子系統为我們做了些什麼,以及我們怎样利用I2C子系統。本文首先要解决是如何利用現有內核支持的I2C适配器,完成對I2C設備的操作,然後再過度到适配器代碼的編寫。本文主要從解决問題的角度去寫,不會涉及特別詳細的代碼跟蹤。


二、I2C設備驅動程序編寫


首先要明確适配器驅動的作用是讓我們能夠通過它發出符合I2C標准協議的時序。


在Linux內核源代碼中的drivers/i2c/busses目錄下包含着一些适配器的驅動。如S3C2410的驅動i2c-s3c2410.c。當适配器加載到內核後,接下來的工作就要針對具體的設備編寫設備驅動了。


編寫I2C設備驅動也有兩種方法。一種是利用系統给我們提供的i2c-dev.c來實現一個i2c适配器的設備文件。然後通過在應用層操作i2c适配器來控制i2c設備。另一種是为i2c設備,獨立編寫一個設備驅動。注意:在後一種情況下,是不需要使用i2c-dev.c的。


1、利用i2c-dev.c操作适配器,進而控制i2c設備


i2c-dev.c並沒有針對特定的設備而設計,只是提供了通用的read()、write()和ioctl()等接口,應用層可以借用這些接口訪問掛接在适配器上的i2c設備的存儲空間或寄存器,並控制I2C設備的工作方式。


需要特別注意的是:i2c-dev.c的read()、write()方法都只适合於如下方式的數據格式(可查看內核相關源碼)



圖1 單開始信號時序


所以不具有太強的通用性,如下面這種情況就不适用(通常出現在讀目標時)。



圖2 多開始信號時序


而且read()、write()方法只适用用於适配器支持i2c算法的情況,如:


static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm = {
            .master_xfer = s3c24xx_i2c_xfer,
            .functionality = s3c24xx_i2c_func,
        };


而不适合适配器只支持smbus算法的情況,如:
        static const struct i2c_algorithm smbus_algorithm = {
            .smbus_xfer = i801_access,
            .functionality = i801_func,
        };


基於上面幾個原因,所以一般都不會使用i2c-dev.c的read()、write()方法。最常用的是ioctl()方法。ioctl()方法可以實現上面所有的情況(兩種數據格式、以及I2C算法和smbus算法)。


針對i2c的算法,需要熟悉struct i2c_rdwr_ioctl_data 、struct i2c_msg。使用的命令是I2C_RDWR。
        struct i2c_rdwr_ioctl_data {
            struct i2c_msg __user *msgs; /* pointers to i2c_msgs */
            __u32 nmsgs; /* number of i2c_msgs */
        };
        struct i2c_msg {
            _ _u16 addr; /* slave address */
            _ _u16 flags; /* 標志(讀、寫) */
            _ _u16 len; /* msg length */
            _ _u8 *buf; /* pointer to msg data */
        };


針對smbus算法,需要熟悉struct i2c_smbus_ioctl_data。使用的命令是I2C_SMBUS。對於smbus算法,不需要考慮“多開始信號時序”問題。
        struct i2c_smbus_ioctl_data {
            __u8 read_write; //讀、寫
            __u8 command; //命令
            __u32 size; //數據長度標識
            union i2c_smbus_data __user *data; //數據
        };


下面以一個實例講解操作的具體過程。通過S3C2410操作AT24C02 e2prom。實現在AT24C02中任意位置的讀、寫功能。


首先在內核中已經包含了對s3c2410 中的i2c控制器驅動的支持。提供了i2c算法(非smbus類型的,所以後面的ioctl的命令是I2C_RDWR)
        static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm = {
            .master_xfer = s3c24xx_i2c_xfer,
            .functionality = s3c24xx_i2c_func,
        };


另外一方面需要確定为了實現對AT24C02 e2prom的操作,需要確定AT24C02的地址及讀寫訪問時序。


●        AT24C02地址的確定




原理圖上將A2、A1、A0都接地了,所以地址是0x50。


●        AT24C02任意地址字節寫的時序



可見此時序符合前面提到的“單開始信號時序”


●        AT24C02任意地址字節讀的時序



可見此時序符合前面提到的“多開始信號時序”


下面開始具體代碼的分析(代碼在2.6.22內核上測試通過):
        /*i2c_test.c
        * hongtao_liu <lht@farsight.com.cn>
        */
        #include <stdio.h>
        #include <linux/types.h>
        #include <stdlib.h>
        #include <fcntl.h>
        #include <unistd.h>
        #include <sys/types.h>
        #include <sys/ioctl.h>
        #include <errno.h>
        #define I2C_RETRIES 0x0701
        #define I2C_TIMEOUT 0x0702
        #define I2C_RDWR 0x0707
        /*********定義struct i2c_rdwr_ioctl_data和struct i2c_msg,要和內核一致*******/


struct i2c_msg
        {
                unsigned short addr;
                unsigned short flags;
        #define I2C_M_TEN 0x0010
        #define I2C_M_RD 0x0001
                unsigned short len;
                unsigned char *buf;
        };


struct i2c_rdwr_ioctl_data
        {
                struct i2c_msg *msgs;
                int nmsgs;
        /* nmsgs這個數量决定了有多少開始信號,對於“單開始時序”,取1*/
        };


/***********主程序***********/
        int main()
        {
                int fd,ret;
                struct i2c_rdwr_ioctl_data e2prom_data;
                fd=open("/dev/i2c-0",O_RDWR);
        /*
        */dev/i2c-0是在注冊i2c-dev.c後產生的,代表一個可操作的适配器。如果不使用i2c-dev.c
        *的方式,就沒有,也不需要這個節點。
        */
                if(fd<0)
                {
                        perror("open error");
                }
                e2prom_data.nmsgs=2;
        /*
        *因为操作時序中,最多是用到2個開始信號(字節讀操作中),所以此將
        *e2prom_data.nmsgs配置为2
        */
                e2prom_data.msgs=(struct i2c_msg*)malloc(e2prom_data.nmsgs*sizeof(struct i2c_msg));
                if(!e2prom_data.msgs)
                {
                        perror("malloc error");
                        exit(1);
                }
                ioctl(fd,I2C_TIMEOUT,1);/*超時時間*/
                ioctl(fd,I2C_RETRIES,2);/*重复次數*/
                /***write data to e2prom**/

                e2prom_data.nmsgs=1;
                (e2prom_data.msgs[0]).len=2; //1個 e2prom 寫入目標的地址和1個數據
                (e2prom_data.msgs[0]).addr=0x50;//e2prom 設備地址
                (e2prom_data.msgs[0]).flags=0; //write
                (e2prom_data.msgs[0]).buf=(unsigned char*)malloc(2);
                (e2prom_data.msgs[0]).buf[0]=0x10;// e2prom 寫入目標的地址
                (e2prom_data.msgs[0]).buf[1]=0x58;//the data to write


        ret=ioctl(fd,I2C_RDWR,(unsigned long)&e2prom_data);
                if(ret<0)
                {
                        perror("ioctl error1");
                }
                sleep(1);
        /******read data from e2prom*******/
                e2prom_data.nmsgs=2;
                (e2prom_data.msgs[0]).len=1; //e2prom 目標數據的地址
                (e2prom_data.msgs[0]).addr=0x50; // e2prom 設備地址
                (e2prom_data.msgs[0]).flags=0;//write
                (e2prom_data.msgs[0]).buf[0]=0x10;//e2prom數據地址
                (e2prom_data.msgs[1]).len=1;//讀出的數據
                (e2prom_data.msgs[1]).addr=0x50;// e2prom 設備地址
                (e2prom_data.msgs[1]).flags=I2C_M_RD;//read
                (e2prom_data.msgs[1]).buf=(unsigned char*)malloc(1);//存放返回值的地址。
                (e2prom_data.msgs[1]).buf[0]=0;//初始化讀緩沖


        ret=ioctl(fd,I2C_RDWR,(unsigned long)&e2prom_data);
                if(ret<0)
                {
                        perror("ioctl error2");
                }
                printf("buff[0]=%x\n",(e2prom_data.msgs[1]).buf[0]);
        /***打印讀出的值,沒錯的話,就應該是前面寫的0x58了***/
                close(fd);
                return 0;
        }


以上講述了一種比較常用的利用i2c-dev.c操作i2c設備的方法,這種方法可以說是在應用層完成了對具體i2c設備的驅動工作。

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