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I2C 总线原理与架构

發布時間：2025/7/14 编程问答 20 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 I2C 总线原理与架构小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

一、I2C總線原理

?

????????I2C是一種常用的串行總線，由串行數據線SDA 和串行時鐘線SCL組成。I2C是一種多主機控制總線，它和USB總線不同，USB是基于master-slave機制，任何設備的通信必須由主機發起才可以，而?I2C 是基于multi master機制，一條總線上可允許多個master。

? ?? ??系統的I2C模塊分為I2C總線控制器和I2C設備。I2C總線控制器是CPU提供的控制I2C總線接口，它控制I2C總線的協議、仲裁、時序。I2C設備是指通過I2C總線與CPU相連的設備，如EEPROM。使用I2C通信時必須指定主從設備。一般來說，I2C總線控制器被配置成主設備，與總線相連的I2C設備如AT24C02作為從設備。

1.1、IIC讀寫原理

????????IIC總線的開始/停止信號如圖1所示。開始信號為：時鐘信號線SCL為高電平，數據線SDA從高變低。停止信號為：時鐘信號線SCL為高電平，數據線SDA從低變高。

1.2、IIC總線Byte Write

????????IIC總線寫數據分幾種格式，如字節寫和頁寫。

????????字節寫傳送格式如圖2所示。開始信號之后，總線開始發數據，第一個Byte是IIC的設備地址，第二個Byte是設備內的地址（如EEPROM中具體的某個物理地址），然后就是要傳送的真正的數據DATA。

????????NOTE：IIC總線在傳送每個Byte后，都會從IIC總線上的接收設備得到一個ACK信號來確認接收到了數據。其中，第一個Byte的設備地址中，前7位是地址碼，第8位是方向位（“0”為發送，“1”為接收）。IIC的中斷信號有：ACK，Start，Stop。

?????????Write功能的實際實現原理如圖3所示：

????????(1)設置GPIO的相關引腳為IIC輸出；

????????(2)設置IIC（打開ACK，打開IIC中斷，設置CLK等）；

????????(3)設備地址賦給IICDS ，并設置IICSTAT，啟動IIC發送設備地址出去；從而找到相應的設備即IIC總線上的設備。

????????(4)第一個Byte的設備地址發送后，從EEPROM得到ACK信號，此信號觸發中斷；

????????(5)在中斷處理函數中把第二個Byte（設備內地址）發送出去；發送之后，接收到ACK又觸發中斷；

????????(6)中斷處理函數把第三個Byte（真正的數據）發送到設備中。

????????(7)發送之后同樣接收到ACK并觸發中斷，中斷處理函數判斷，發現數據傳送完畢。

????????(8)IIC Stop信號，關IIC中斷，置位各寄存器。

????????NOTE：對于EEPROM，IICDS寄存器發送的數據會先放在Ring buffer中，當其收到stop信號時，開始實際寫入EEPROM中。在實際寫的過程中，EEPROM不響應從CPU來的信號，直到寫完才會響應，因而有一段延遲代碼。在page write時，注意一定要有延時！

????????NOTE：數據先寫到EEPROM的ring buffer中，收到Stop信號時，開始實際地把數據寫入EEPROM，這時不響應任何輸入。即這時Write函數中后面的延時中，向其發slvaddr時，不會得到ACK，直到數據寫完時，才會收到ACK。

1.3、IIC總線Random Read

????????IIC總線讀數據為Current Address Read，Random Read，Sequential Read

????????IIC總線Random Read傳送格式如圖4所示。開始信號后，CPU開始寫第一個Byte(IIC的設備地址)，第二個Byte是設備內的地址(此地址保存在設備中)。然后開始讀過程：發送設備地址找到IIC設備，然后就開始讀數據。類似寫過程，CPU讀一個byte的實際數據后，CPU向IIC的EEPROM發ACK，ACK觸發中斷。讀數據也在中斷程序中進行。

圖4 IIC Random Read Operation

二、I2C架構概述

????????在linux中，I2C驅動架構如下所示:

圖5?I2C驅動架構1

????????Linux中I2C體系結構如下圖所示（圖片來源于網絡）。圖中用分割線分成了三個層次：用戶空間（也就是應用程序），內核（也就是驅動部分）和硬件（也就是實際物理設備）。我們現在就是要研究中間那一層。

2.1、I2C驅動概述

????????Linux的I2C驅動結構可分為3個部分：

????????a、 ?I2C核心

????????I2C 核心提供了I2C總線驅動和設備驅動的注冊、注銷方法，I2C通信方法（即“algorithm”），與具體適配器無關的代碼以及探測設備、檢測設備地址等。i2c-core.c中的核心驅動程序可管理多個I2C總線適配器（控制器）和多個I2C從設備。每個I2C從設備驅動都能找到和它相連的I2C總線適配器。

????????b、 I2C總線驅動

????????I2C總線驅動主要包括I2C適配器結構i2c_adapter和I2C適配器的algorithm數據結構。

????????通過I2C總線驅動的代碼，可控制I2C適配器以主控方式產生開始位、停止位、讀寫周期，以及以從設備方式被讀寫、產生ACK等。

????c、 I2C設備驅動

????????I2C設備驅動是對I2C設備端的實現，設備一般掛接在受CPU控制的I2C適配器上，通過I2C適配器與CPU交換數據。I2C設備驅動主要包括數據結構i2c_driver和i2c_client。

圖6?I2C驅動架構2

????????如上圖所示，每一條I2C總線對應一個adapter。在kernel中，每一個adapter提供了一個描述的結構(struct i2c_adapter)，也定義了adapter支持的操作。再通過i2c core層將i2c設備與i2c adapter關聯起來。

三、I2C代碼在內核中的結構

3.1? I2C驅動調用關系 ??????

?

????????內核中對于I2C定義了4種結構：
????????1）i2c_adapter—I2C總線適配器。即為CPU中的I2C總線控制器。
????????2）i2c_algorithm—I2C總線通信傳輸算法，管理I2C總線控制器，實現I2C總線上數據的發送和接收等操作。
????????3）i2c_client—掛載在I2C總線上的I2C設備的驅動程序。
????????4）i2c_driver—用于管理I2C的驅動程序，它對應I2C的設備節點。
????????這4種結構的定義見include/linux/i2c.h文件。
????????對于i2c_driver和i2c_client，i2c_driver對應一套驅動方法，是純粹的用于輔助作用的數據結構，它不對應于任何的物理實體。????????
????????i2c_client對應于真實的物理設備，每個I2C設備都需要一個i2c_client來描述。i2c_client一般被包含在i2c字符設備的私有信息結構體中。 i2c_driver 與i2c_client發生關聯的時刻在i2c_driver的attach_adapter()函數被運行時。attach_adapter()會探測物理設備，當確定一個client存在時，把該client使用的i2c_client數據結構的adapter指針指向對應的i2c_adapter， driver指針指向該i2c_driver，并會調用i2c_adapter的client_register()函數。相反的過程發生在 i2c_driver 的detach_client()函數被調用的時候。
????????對于i2c_adpater 與i2c_client，與I2C硬件體系中適配器和設備的關系一致，即i2c_client依附于i2c_adpater。由于一個適配器上可以連接多個I2C設備，所以一個i2c_adpater也可以被多個i2c_client依附，i2c_adpater中包括依附于它的i2c_client的鏈表。
????????i2c.h文件中除定義上述4個重要結構之外，還定義了一個非常重要的結構體：i2c_msg，其定義如下：

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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?*/

};

??????? 它是實際傳輸的數據，其中包括了slave address、數據長度和實際的數據。

3.2? 內核中的I2C驅動

????????Linux內核源碼的drivers目錄下有個i2c目錄，其中包含如下文件和文件夾：

????????a、i2c-core.c

????????這個文件實現了I2C核心的功能以及/proc/bus/i2c*接口。

????????b、 i2c-dev.c

????????實現了I2C適配器設備文件的功能，每一個I2C適配器都被分配一個設備。通過適配器訪問設備時的主設備號都為89，次設備號為0～255。應用程序通過 “i2c-%d” (i2c-0, i2c-1, ..., i2c-10, ...)文件名并使用文件操作接口open()、write()、read()、ioctl()和close()等來訪問這個設備。

????????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I2C設備的存儲空間或寄存器，并控制I2C設備的工作方式。

????????c、chips文件夾

????????此目錄中包含了一些特定的I2C設備驅動，如RTC實時鐘芯片驅動和I2C接口的EEPROM驅動等。

????????d、busses文件夾

????????此目錄中包含了一些I2C總線的驅動，如S3C2410的I2C控制器驅動為i2c-s3c2410.c。

????????e、algos文件夾

????????實現了一些I2C總線適配器的algorithm。

????????i2c-core.c文件不需要修改，其主要實現的函數有：

????????1）adapter和client相關操作

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int?i2c_add_adapter(struct i2c_adapter?*adap);?//增加adapter

int?i2c_del_adapter(struct i2c_adapter?*adap);

int?i2c_register_driver(struct module?*,?struct i2c_driver?*);?//增加驅動?(i2c_add_driver)

int?i2c_del_driver(struct i2c_driver?*driver);

int?i2c_attach_client(struct i2c_client?*client);?//增加client

int?i2c_detach_client(struct i2c_client?*client)；

????????2）I2C傳輸，發送和接收

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int?i2c_transfer(struct i2c_adapter?*?adap,?struct i2c_msg?*msgs,?int?num);

int?i2c_master_send(struct i2c_client?*client,const?char?*buf?,int?count);

int?i2c_master_recv(struct i2c_client?*client,?char?*buf?,int?count)；

???????? i2c_transfer函數用于進行I2C適配器和I2C設備之間的一組消息交互。i2c_master_send函數和i2c_master_recv函數調用i2c_transfer函數分別完成一條寫消息和一條讀消息。而i2c_transfer函數實現中使用這句話adap->algo->master_xfer(adap,msgs,num);來調用i2c_algorithm中注冊的master_xfer函數。?????????????????i2c_algorithm如下定義：

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struct i2c_algorithm?{

????int?(*master_xfer)(struct i2c_adapter?*adap,?struct i2c_msg?*msgs,

????????????????????????????int?num);

????int?(*smbus_xfer)?(struct i2c_adapter?*adap,?u16 addr,

????????????????????????????unsigned short flags,?char read_write,

????????????????????????????u8 command,?int?size,?union i2c_smbus_data?*data);

????u32?(*functionality)?(struct i2c_adapter?*);

????}

? ?? ? 根據定義主要要實現i2c_algorithm的master_xfer()函數和functionality()函數。

四、Algorithm中的傳輸函數master_xfer

????????圖6只是提供了一個大概的框架。在下面的代碼分析中，從Algorithm中的傳輸函數master_xfer來開始分析整個結構。以下的代碼分析是基于linux 3.0.4。分析的代碼基本位于: linux-3.0.4/drivers/i2c/位置。

??????? 博文以一款CPU的I2C模塊作為例子。

??????? 分析一個Linux驅動代碼，一般都是從module_init()開始，分析一個不帶操作系統的程序，一般從main函數開始，此處我們分析I2C的總線驅動，從設備調用I2C總線驅動的入口處開始分析。在i2c-core.c中的i2c_transfer函數中，會有語句：ret = adap->algo->master_xfer(adap, msgs, num);來實現數據傳遞，實際此處就是I2C總線驅動執行的入口，相應算法結構體函數的賦值會在總線驅動的探測函數中執行，后面會講述。

??????? 算法結構體賦值如下：

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static struct i2c_algorithm i2c_gsc_algo?=?{

????.master_xfer?=?i2c_gsc_xfer,

????.functionality?=?i2c_gsc_func,

};

????????i2c_gsc_func()函數實現的就是總線驅動支持的操作，程序如下：

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static u32 i2c_gsc_func(struct i2c_adapter?*adap)

{

????return I2C_FUNC_I2C?|

????????I2C_FUNC_10BIT_ADDR?|

????????I2C_FUNC_SMBUS_BYTE?|

????????I2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA?|

????????I2C_FUNC_SMBUS_WORD_DATA?|

????????I2C_FUNC_SMBUS_I2C_BLOCK;

}

????????i2c_gsc_xfer()函數實現開始傳輸I2C數據，程序如下：

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static?int?i2c_gsc_xfer(struct i2c_adapter?*adap,?struct i2c_msg msgs[],?int?num)

{

????struct gsc_i2c_dev?*dev?=?i2c_get_adapdata(adap);?//獲取總線設備結構體，設置在probe函數中

????int?ret;

????dev_dbg(dev->dev,?"%s: msgs: %d\n",?__func__,?num);

????//開始初始化變量，準備開始傳輸

????mutex_lock(&dev->lock);

????INIT_COMPLETION(dev->cmd_complete);

????dev->msgs?=?msgs;

????dev->msgs_num?=?num;

????dev->cmd_err?=?0;

????dev->msg_write_idx?=?0;?//此變量用來標識傳輸到第幾個dev->msgs，dev->msgs_num標識總共有幾個msgs

????dev->msg_read_idx?=?0;

????dev->msg_err?=?0;

????dev->status?=?STATUS_IDLE;

????dev->abort_source?=?0;

????ret?=?i2c_gsc_wait_bus_not_busy(dev);?//查詢總線是否空閑，只有空閑才開始傳輸?

????if?(ret?<?0)

????????goto done;

????/*?start the transfers?*/

????i2c_gsc_xfer_init(dev);?//設置傳輸模式，開啟中斷?

????/*?wait?for?tx?to?complete?*/

????ret?=?wait_for_completion_interruptible_timeout(&dev->cmd_complete,?HZ);?//等待傳輸完成，中斷中會設置

????if?(ret?==?0)?{

????????dev_err(dev->dev,?"controller timed out\n");

????????i2c_gsc_init(dev);

????????ret?=?-ETIMEDOUT;

????????goto done;

????}?else?if?(ret?<?0)

????????goto done;

????if?(dev->msg_err)?{

????????ret?=?dev->msg_err;

????????goto done;

????}

????/*?no?error?*/

????if?(likely(!dev->cmd_err))?{

????????/*?Disable the adapter?*/

????????writel(0,?dev->base?+?GSC_IC_ENABLE);

????????ret?=?num;

????????goto done;

????}

????/*?We have an?error?*/

????if?(dev->cmd_err?==?GSC_IC_ERR_TX_ABRT)?{

????????ret?=?i2c_gsc_handle_tx_abort(dev);

????????goto done;

????}

????ret?=?-EIO;

done:

????mutex_unlock(&dev->lock);

????return ret;

}

????????從以上函數看出，當執行完此函數后，中斷打開，實際的傳輸在中斷中完成。

??????? 中斷號和申請中斷函數在總線驅動的probe函數中完成，最后會講述。接下來就看下中斷函數i2c_gsc_isr：

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static irqreturn_t i2c_gsc_isr(int?this_irq,?void?*dev_id)

{

????struct gsc_i2c_dev?*dev?=?dev_id;

??? u32 stat;

????stat?=?i2c_gsc_read_clear_intrbits(dev);?//清除中斷標志位?

????dev_dbg(dev->dev,?"%s: stat=0x%x\n",?__func__,?stat);

????if?(stat?&?GSC_IC_INTR_TX_ABRT)?{

????????dev->cmd_err?|=?GSC_IC_ERR_TX_ABRT;

????????dev->status?=?STATUS_IDLE;

????????/*

?????????*?Anytime TX_ABRT?is?set,?the contents of the tx/rx

?????????*?buffers are flushed.?Make sure?to?skip them.

?????????*/

????????writel(0,?dev->base?+?GSC_IC_INTR_MASK);?//如果是傳輸終止則清除所有中斷?

????????goto tx_aborted;

????}

????if?(stat?&?GSC_IC_INTR_RX_FULL)

????????i2c_gsc_read(dev);?//接收fifo滿中斷，讀取數據

????if?(stat?&?GSC_IC_INTR_TX_EMPTY)

????????i2c_gsc_xfer_msg(dev);?//發送fifo空中斷，發送數據?

????/*

?????*?No need?to?modify?or?disable the interrupt mask here.

?????*?i2c_gsc_xfer_msg()?will take care of it according?to

?????*?the current transmit status.

?????*/

tx_aborted:

????if?((stat?&?(GSC_IC_INTR_TX_ABRT?|?GSC_IC_INTR_STOP_DET))?||?dev->msg_err)

????????complete(&dev->cmd_complete);?//發送錯誤或者發送終止，完成事件，對應上面的wait_for_completion_interruptible_timeout(&dev->cmd_complete,?HZ);

????return IRQ_HANDLED;

}

??????? 接下來看下：接收fifo滿中斷，讀取數據函數：i2c_gsc_read()

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static void i2c_gsc_read(struct gsc_i2c_dev?*dev)

{

????struct i2c_msg?*msgs?=?dev->msgs;

????int?rx_valid;

????for?(;?dev->msg_read_idx?<?dev->msgs_num;?dev->msg_read_idx++)?{

????????u32?len;

????????u8?*buf;

????????if?(!(msgs[dev->msg_read_idx].flags?&?I2C_M_RD))

????????????continue;

????????if?(!(dev->status?&?STATUS_READ_IN_PROGRESS))?{

????????????//第一次開始讀，設置長度和存儲數組地址

????????????len?=?msgs[dev->msg_read_idx].len;

????????????buf?=?msgs[dev->msg_read_idx].buf;

????????}?else?{

????????????/*?注意此處，如果是第一次開始讀，讀的長度和存儲數組都放在結構體dev->msgs中，如果不是

????????????第一次讀，長度和存儲數組放在dev->rx_buf_len和dev->rx_buf中，在本函數最后會判斷一次是否能夠

????????????讀完全，如果不完全，則更新dev->rx_buf_len和dev->rx_buf。*/

????????????len?=?dev->rx_buf_len;

????????????buf?=?dev->rx_buf;

????????}

????????rx_valid?=?readl(dev->base?+?GSC_IC_RXFLR);?//讀取接收fifo里數據長度?

????????for?(;?len?>?0?&&?rx_valid?>?0;?len--,?rx_valid--)

????????????*buf++?=?readl(dev->base?+?GSC_IC_DATA_CMD);?//讀取數據

????????if?(len?>?0)?{

????????????//如果沒有讀取完成，設置狀態位，更新變量，和上面紅色的呼應

????????????dev->status?|=?STATUS _READ_IN_PROGRESS;

????????????dev->rx_buf_len?=?len;

????????????dev->rx_buf?=?buf;

????????????return;

????????}?else

????????????dev->status?&=?~STATUS_READ_IN_PROGRESS;?//一次讀取完成

????}

}

????????發送fifo空中斷，發送數據函數i2c_gsc_xfer_msg：

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static void i2c_gsc_xfer_msg(struct gsc_i2c_dev?*dev)

{

????struct i2c_msg?*msgs?=?dev->msgs;

????u32 intr_mask;

????int?tx_limit,?rx_limit;

????u32 addr?=?msgs[dev->msg_write_idx].addr;

????u32 buf_len?=?dev->tx_buf_len;

????u8?*buf?=?dev->tx_buf;

????intr_mask?=?GSC_IC_INTR_DEFAULT_MASK;?//設置默認屏蔽位

????//使用dev->msg_write_idx標識傳輸第幾個msgs

????for?(;?dev->msg_write_idx?<?dev->msgs_num;?dev->msg_write_idx++)?{

????????/*

?????????*?if?target address has changed,?we need?to

?????????*?reprogram the target address?in?the i2c

?????????*?adapter when we are done with this transfer

?????????*/

????????//兩次傳輸地址不一樣，退出

????????if?(msgs[dev->msg_write_idx].addr?!=?addr)?{

????????????dev_err(dev->dev,

????????????????"%s: invalid target address\n",?__func__);

????????????dev->msg_err?=?-EINVAL;

????????????break;

????????}

????????//傳輸長度為0,退出

????????if?(msgs[dev->msg_write_idx].len?==?0)?{

????????????dev_err(dev->dev,

????????????????"%s: invalid message length\n",?__func__);

????????????dev->msg_err?=?-EINVAL;

????????????break;

????????}

????????//如果是第一次傳輸，設置傳輸長度和數組地址

????????if?(!(dev->status?&?STATUS_WRITE_IN_PROGRESS))?{

????????????/*?new i2c_msg?*/

????????????buf?=?msgs[dev->msg_write_idx].buf;

????????????buf_len?=?msgs[dev->msg_write_idx].len;

????????}

????????tx_limit?=?dev->tx_fifo_depth?-?readl(dev->base?+?GSC_IC_TXFLR);?//計算可以往寄存器里寫幾個數據?

????????rx_limit?=?dev->rx_fifo_depth?-?readl(dev->base?+?GSC_IC_RXFLR);?//計算可以從寄存器里讀幾個數據

????????while?(buf_len?>?0?&&?tx_limit?>?0?&&?rx_limit?>?0)?{

????????????u32 cmd?=?0;

????????????if((dev->msg_write_idx?==?dev->msgs_num-1)?&&?buf_len?==?1)

????????????????cmd?|=?0x200;?//最后一次傳輸，設置寄存器發送stop信號

????????????if?(msgs[dev->msg_write_idx].flags?&?I2C_M_RD)?{

????????????????writel(cmd|0x100,?dev->base?+?GSC_IC_DATA_CMD);?//寫命令，此處為讀

????????????????rx_limit--;

????????????}?else

????????????????writel(cmd|*buf++,?dev->base?+?GSC_IC_DATA_CMD);?//寫數據

????????????tx_limit--;?buf_len--;

????????}

????????//更新變量

????????dev->tx_buf?=?buf;

????????dev->tx_buf_len?=?buf_len;

????????if?(buf_len?>?0)?{

????????????/*?more bytes?to?be written?*/

????????????dev->status?|=?STATUS_WRITE_IN_PROGRESS;

????????????break;

????????}?else

????????????dev->status?&=?~STATUS_WRITE_IN_PROGRESS;?//讀寫完成?

????}

????/*

?????*?If?i2c_msg index search?is?completed,?we don't need TX_EMPTY

?????*?interrupt any more.

?????*/

????if?(dev->msg_write_idx?==?dev->msgs_num)

????????intr_mask?&=?~GSC_IC_INTR_TX_EMPTY;?//如果寫完成，屏蔽發送中斷

????if?(dev->msg_err)

????????intr_mask?=?0;?//如果出現錯誤，屏蔽所有中斷

????writel(intr_mask,?dev->base?+?GSC_IC_INTR_MASK);?//寫屏蔽寄存器

}

??????? 到這里就講述完成了I2C數據傳輸中總線驅動部分，接下來講述總線驅動中的注冊和探測函數。

五、總線驅動注冊和探測函數

??????? 和其他總線驅動類似，I2C總線驅動注冊成平臺設備，所以首先需要定義平臺設備，包括寄存器的起始地址和大小，中斷信息等。

??????? 接下來就是總線驅動模塊的注冊和移除了，如下：

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static?int?__init gsc_i2c_init_driver(void)

{

????return platform_driver_probe(&gsc_i2c_driver,?gsc_i2c_probe);

}

static void __exit gsc_i2c_exit_driver(void)

{

????platform_driver_unregister(&gsc_i2c_driver);

}

module_init(gsc_i2c_init_driver);

module_exit(gsc_i2c_exit_driver);

??????? 平臺設備驅動的結構體如下：

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static struct platform_driver gsc_i2c_driver?=?{

????.remove?=?__devexit_p(gsc_i2c_remove),

????.driver?=?{

????????.name?=?"XXXX-i2c",

????????.owner?=?THIS_MODULE,

????},

};

??????? 接下來就看下I2C總線驅動的探測函數gsc_i2c_probe：

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static?int?__devinit gsc_i2c_probe(struct platform_device?*pdev)

{

????struct gsc_i2c_dev?*dev;

????struct i2c_adapter?*adap;

????struct resource?*mem,?*ioarea;

????int?irq,?r;

????//申請設備資源

????/*?NOTE:?driver uses the static register mapping?*/

????mem?=?platform_get_resource(pdev,?IORESOURCE_MEM,?0);

????if?(!mem)?{

????????dev_err(&pdev->dev,?"no mem resource?\n");

????????return?-EINVAL;

????}

????irq?=?platform_get_irq(pdev,?0);

????if?(irq?<?0)?{

????????dev_err(&pdev->dev,?"no irq resource?\n");

????????return irq;?/*?-ENXIO?*/

????}

????ioarea?=?request_mem_region(mem->start,?resource_size(mem),

????????????pdev->name);

????if?(!ioarea)?{

????????dev_err(&pdev->dev,?"I2C region already claimed\n");

????????return?-EBUSY;

????}

????//申請總線結構體變量

????dev?=?kzalloc(sizeof(struct gsc_i2c_dev),?GFP_KERNEL);

????if?(!dev)?{

????????r?=?-ENOMEM;

????????goto err_release_region;

????}

????//初始化變量

????init_completion(&dev->cmd_complete);

????mutex_init(&dev->lock);

????dev->dev?=?get_device(&pdev->dev);

????dev->irq?=?irq;

????platform_set_drvdata(pdev,?dev);

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

????if?(IS_ERR(dev->clk))?{

????????r?=?-ENODEV;

????????goto err_free_mem;

????}

????clk_enable(dev->clk);

????dev->base?=?ioremap(mem->start,?resource_size(mem));

????if?(dev->base?==?NULL)?{

????????dev_err(&pdev->dev,?"failure mapping io resources\n");

????????r?=?-EBUSY;

????????goto err_unuse_clocks;

????}

????//設置發送和接收fifo深度

????dev->tx_fifo_depth?=?8;

????dev->rx_fifo_depth?=?8;

????i2c_gsc_init(dev);?//初始化I2C總線時鐘

????writel(0,?dev->base?+?GSC_IC_INTR_MASK);?/*?disable IRQ?*/

????r?=?request_irq(dev->irq,?i2c_gsc_isr,?IRQF_DISABLED,?pdev->name,?dev);?//申請中斷函數，上面已經講述

????if?(r)?{

????????dev_err(&pdev->dev,?"failure requesting irq %i\n",?dev->irq);

????????goto err_iounmap;

????}

????//設置I2C的adap

????adap?=?&dev->adapter;

????i2c_set_adapdata(adap,?dev);

????adap->owner?=?THIS_MODULE;

????adap->class?=?I2C_CLASS_HWMON;

????strlcpy(adap->name,?"BLX GSC3280 I2C adapter",

????????????sizeof(adap->name));

????adap->algo?=?&i2c_gsc_algo;?//設置adap的算法，包括傳輸函數和支持的操作函數，本文開始已經講述

????adap->dev.parent?=?&pdev->dev;

????adap->nr?=?pdev->id;

????r?=?i2c_add_numbered_adapter(adap);?//增加適配器計數，后面講述

????if?(r)?{

????????dev_err(&pdev->dev,?"failure adding adapter\n");

????????goto err_free_irq;

????}

????return 0;

????//中途退出分支

err_free_irq:

????free_irq(dev->irq,?dev);

err_iounmap:

????iounmap(dev->base);

err_unuse_clocks:

????clk_disable(dev->clk);

????clk_put(dev->clk);

????dev->clk?=?NULL;

err_free_mem:

????platform_set_drvdata(pdev,?NULL);

????put_device(&pdev->dev);

????kfree(dev);

err_release_region:

????release_mem_region(mem->start,?resource_size(mem));

????return r;

}

????????在kernel中提供了兩個adapter注冊接口,分別為i2c_add_adapter()和 i2c_add_numbered_adapter()。由于在系統中可能存在多個adapter，因此將每一條I2C總線對應一個編號，下文中稱為 I2C總線號。這個總線號與PCI中的總線號不同。它和硬件無關，只是軟件上便于區分而已。對于實際的設備，一條I2C總線就意味著CPU的一個I2C控制器，也對應著一個adapter結構體。

????????對于i2c_add_adapter()而言，它使用的是動態總線號，即由系統給其分配一個總線號，而i2c_add_numbered_adapter()則是自己指定總線號,如果這個總線號非法或者是被占用，就會注冊失敗。

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int?i2c_add_adapter(struct i2c_adapter?*adapter)

{

????int?id,?res?=?0;

retry:

????if?(idr_pre_get(&i2c_adapter_idr,?GFP_KERNEL)?==?0)

????????return?-ENOMEM;

????mutex_lock(&core_lock);

????/*?"above"?here means?"above or equal to",?sigh?*/

????res?=?idr_get_new_above(&i2c_adapter_idr,?adapter,

????????????????__i2c_first_dynamic_bus_num,?&id);

????mutex_unlock(&core_lock);

????if?(res?<?0)?{

????????if?(res?==?-EAGAIN)

????????????goto retry;

????????return res;

????}

????adapter->nr?=?id;

????return i2c_register_adapter(adapter);

}

?????????在這里涉及到一個idr結構。idr結構本來是為了配合page cache中的radix tree而設計的.在這里我們只需要知道，它是一種高效的搜索樹，且這個樹預先存放了一些內存。避免在內存不夠的時候出現問題。所以,在往idr中插入結構的時候，首先要調用idr_pre_get()為它預留足夠的空閑內存，然后再調用idr_get_new_above()將結構插入idr中，該函數以參數的形式返回一個id。以后憑這個id就可以在idr中找到相對應的結構了。

????????注意一下 idr_get_new_above(&i2c_adapter_idr, adapter,__i2c_first_dynamic_bus_num, &id)參數的含義，它是將adapter結構插入到i2c_adapter_idr中，存放位置的id必須要大于或者等于 __i2c_first_dynamic_bus_num，然后將對應的id號存放在adapter->nr中。調用i2c_register_adapter(adapter)對這個adapter進一步注冊。

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int?i2c_add_numbered_adapter(struct i2c_adapter?*adap)

{

????int?id;

????int?status;

????if?(adap->nr?&?~MAX_ID_MASK)

????????return?-EINVAL;

retry:

????if?(idr_pre_get(&i2c_adapter_idr,?GFP_KERNEL)?==?0)

????????return?-ENOMEM;

????mutex_lock(&core_lock);

????/*?"above"?here means?"above or equal to",?sigh;

?????*?we need the?"equal to"?result?to?force the result

?????*/

????status?=?idr_get_new_above(&i2c_adapter_idr,?adap,?adap->nr,?&id);

????if?(status?==?0?&&?id?!=?adap->nr)?{

????????status?=?-EBUSY;

????????idr_remove(&i2c_adapter_idr,?id);

????}

????mutex_unlock(&core_lock);

????if?(status?==?-EAGAIN)

????????goto retry;

????if?(status?==?0)

????????status?=?i2c_register_adapter(adap);

????return status;

}

????????對比一下就知道差別了,在這里它已經指定好了adapter->nr了。如果分配的id不和指定的相等，便返回錯誤。本文使用的注冊函數即為i2c_add_numbered_adapter。

????????i2c_register_adapter()代碼如下:

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static?int?i2c_register_adapter(struct i2c_adapter?*adap)

{

????int?res?=?0,?dummy;

????mutex_init(&adap->bus_lock);

????mutex_init(&adap->clist_lock);

????INIT_LIST_HEAD(&adap->clients);

????mutex_lock(&core_lock);

????/*?Add the adapter?to?the driver core.

????*?If?the parent pointer?is?not?set?up,

????*?we add this adapter?to?the host bus.

????*/

????if?(adap->dev.parent?==?NULL)?{

????????adap->dev.parent?=?&platform_bus;

????????pr_debug("I2C adapter driver [%s] forgot to specify "

????????????"physical device/n",?adap->name);

????}

????sprintf(adap->dev.bus_id,?"i2c-%d",?adap->nr);

????adap->dev.release?=?&i2c_adapter_dev_release;

????adap->dev.class?=?&i2c_adapter_class;

????res?=?device_register(&adap->dev);

????if?(res)

????????goto out_list;

????dev_dbg(&adap->dev,?"adapter [%s] registered/n",?adap->name);

????/*?create pre-declared device nodes?for?new-style drivers?*/

????if?(adap->nr?<?__i2c_first_dynamic_bus_num)

????????i2c_scan_static_board_info(adap);?//板級設備靜態掃描，第二部分會講述

????/*?let?legacy drivers scan this bus?for?matching devices?*/

????dummy?=?bus_for_each_drv(&i2c_bus_type,?NULL,?adap,

????????????????i2c_do_add_adapter);

out_unlock:

????mutex_unlock(&core_lock);

????return res;

out_list:

????idr_remove(&i2c_adapter_idr,?adap->nr);

????goto out_unlock;

}

????????首先對adapter和adapter中內嵌的struct device結構進行必須的初始化，之后注冊adapter內嵌的struct device。在這里注意一下adapter->dev的初始化，它的類別為i2c_adapter_class，如果沒有父結點，則將其父結點設為platform_bus.adapter->dev的名字，為i2c + 總線號。

文章轉自：輝輝308 ? ? ?https://blog.csdn.net/apple_guet/article/details/21379425

轉載于:https://www.cnblogs.com/isAndyWu/p/10292649.html

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的I2C 总线原理与架构的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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