作者：劉洪濤,華清遠見嵌入式學院講師。

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內核中復雜的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的適配器操作；
????????●????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。因為內核提供的所有I2C設備器及設備驅動都是基于I2C子系統的格式。I2C適配器的操作簡單還好，如果遇到復雜的I2C適配器（如：基于PCI的I2C適配器），工作量就會大很多。

本文針對的對象是熟悉I2C協議，并且想使用linux內核子系統的開發人員。

網絡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后，還是不清楚自己究竟該做些什么。究其原因還是沒弄清楚I2C子系統為我們做了些什么，以及我們怎樣利用I2C子系統。本文首先要解決是如何利用現有內核支持的I2C適配器，完成對I2C設備的操作，然后再過度到適配器代碼的編寫。本文主要從解決問題的角度去寫，不會涉及特別詳細的代碼跟蹤。

二、I2C設備驅動程序編寫

首先要明確適配器驅動的作用是讓我們能夠通過它發出符合I2C標準協議的時序。

在Linux內核源代碼中的drivers/i2c/busses目錄下包含著一些適配器的驅動。如S3C2410的驅動i2c-s3c2410.c。當適配器加載到內核后，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。一種是利用系統給我們提供的i2c-dev.c來實現一個i2c適配器的設備文件。然后通過在應用層操作i2c適配器來控制i2c設備。另一種是為i2c設備，獨立編寫一個設備驅動。注意：在后一種情況下，是不需要使用i2c-dev.c的。

1、利用i2c-dev.c操作適配器，進而控制i2c設備

i2c-dev.c并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適配器上的i2c設備的存儲空間或寄存器，并控制I2C設備的工作方式。

需要特別注意的是：i2c-dev.c的read()、write()方法都只適合于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適用（通常出現在讀目標時）。

圖2 多開始信號時序

而且read()、write()方法只適用用于適配器支持i2c算法的情況，如：

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

而不適合適配器只支持smbus算法的情況，如：
????????static const struct i2c_algorithm smbus_algorithm = {
????????????.smbus_xfer = i801_access,
????????????.functionality = i801_func,
????????};

基于上面幾個原因，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。對于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，所以后面的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為了實現對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這個數量決定了有多少開始信號，對于“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后產生的，代表一個可操作的適配器。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;
????????/*
????????*因為操作時序中，最多是用到2個開始信號（字節讀操作中），所以此將
????????*e2prom_data.nmsgs配置為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);/*重復次數*/
????????????????/***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。
計劃下一篇總結以下幾點：

（1）在內核里寫i2c設備驅動的兩種方式：

●????Probe方式（new style），如：
????????????????static struct i2c_driver pca953x_driver = {
????????????????????????.driver = {
????????????????????????????????.name = "pca953x",
????????????????????????},
????????????????????????.probe = pca953x_probe,
????????????????????????.remove = pca953x_remove,
????????????????????????.id_table = pca953x_id,
????????????????};

●????Adapter方式（LEGACY），如：
????????????????static struct i2c_driver pcf8575_driver = {
????????????????????????.driver = {
????????????????????????????????.owner = THIS_MODULE,
????????????????????????????????.name = "pcf8575",
????????????????????????},
????????????????????????.attach_adapter = pcf8575_attach_adapter,
????????????????????????.detach_client = pcf8575_detach_client,
????????????????};

（2）適配器驅動編寫方法

（3）分享一些項目中遇到的問題
????????希望大家多提意見，多多交流。 創作挑戰賽新人創作獎勵來咯，堅持創作打卡瓜分現金大獎

總結

以上是生活随笔為你收集整理的实例解析linux内核I2C体系结构（1）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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