I2C驱动框架

Linux的I2C体系结构分为3个组成部分，分别是I2C核心、I2C总线驱动和I2C设备驱动。 I2C控制器的驱动程序称为总线驱动（包含两部分，硬件相关、硬件无关），将I2C设备的驱动程序称为设备驱动（包含两部分，I2C设备匹配相关、I2C设备操作方法集）。

I2C驱动设计过程简述：

I2C设备注册： 首先要向I2C核心层注册一个I2C设备，I2C总线会将其添加到总线的设备链表中，然后遍历总线上的驱动链表，查看二者是否匹配，如果匹配就调用驱动的probe函数。 I2C驱动注册： 注册I2C驱动时，也会将其添加到I2C总线的驱动链表中，然后遍历总线的设备链表，查看二者是否匹配，如果匹配就调用驱动的probe函数。 I2C适配器注册： I2C适配器也是以设备的形式挂在总线上，通过操作寄存器来传输数据。

I2C总线基础详解链接

具体实现程序详解

1.1 I2C总线 I2C总线用于管理I2C设备和I2C驱动，维护一个设备链表和驱动链表，定义了设备和驱动的匹配规则，定义了匹配成功后的行为，其在内核中的定义如下：

struct bus_type i2c_bus_type = { .name = "i2c", //总线的名称 .match = i2c_device_match, /* i2c设备与驱动注册时候会调用这个函数进行匹配操作，里面有匹配规则，目前是通过IIC设备i2c_client结构体中名字与驱动i2c_driver结构体中id_table匹配，注意：并不会匹配驱动名字！ */ .probe = i2c_device_probe, //匹配成功后会调用总线的probe函数，在里面进一步调用iic驱动的prob函数（也就是自己写的） .remove = i2c_device_remove, //与上面一样 .shutdown = i2c_device_shutdown, .pm = &i2c_device_pm_ops, //电源管理 };

1.2 I2C设备 I2C设备描述了I2C设备的硬件信息，例如I2C设备的地址、I2C设备在接在哪一个I2C控制器上，其结构体定义如下：

struct i2c_client { unsigned short flags; //I2C_CLIENT_TEN表示设备使用10bit从地址，I2C_CLIENT_PEC表示设备使用SMBus检错 unsigned short addr; /*I2C设备基地址，7bit。这里说一下为什么是7位，因为最后以为0表示写，1表示读，通过对这个7bit地址移位处理即可。addr<<1 & 0x0即写，addr<<1 | 0x01即读*/ char name[I2C_NAME_SIZE]; //i2c设备名字，用于匹配iic驱动 struct i2c_adapter *adapter; /*iic设备是挂在哪个适配器（总线）上 */ struct device dev; /* 表明这是一个设备，挂在I2C总线上 */ int irq; /* 中断号，用于申请中断，一般是在自己实现的i2c驱动的probe函数中使用*/ struct list_head detected; //是i2c_adapter结构体或i2c_driver结构体中链表的节点 };

i2c_client结构体成员的参数是通过i2c_board_info中的成员进行赋值，用于I2C设备的注册，具体内容如下：

struct i2c_board_info { char type[I2C_NAME_SIZE]; //设备名，最长20个字符，最终安装到client的name上 unsigned short flags; //最终安装到client.flags unsigned short addr; //设备从地址slave address，最终安装到client.addr上 void *platform_data; //设备数据，最终存储到i2c_client.dev.platform_data上 struct dev_archdata *archdata; struct device_node *of_node; //OpenFirmware设备节点指针 struct acpi_dev_node acpi_node; int irq; //设备采用的中断号，最终存储到i2c_client.irq上 };

1.3 I2C驱动 I2C驱动是I2C设备的驱动程序，用于匹配I2C设备，其结构体定义如下：

struct i2c_driver { unsigned int class; int (*attach_adapter)(struct i2c_adapter *) __deprecated; //老的匹配函数 /* Standard driver model interfaces */ int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *); //当前匹配成功后执行函数，一般是申请资源，注册字符驱动 int (*remove)(struct i2c_client *); //当前移除设备或驱动时执行的移除函数，一般是释放资源 int (*probe_new)(struct i2c_client *); //未来匹配成功后的执行函数 void (*shutdown)(struct i2c_client *); //关闭设备 void (*alert)(struct i2c_client *, enum i2c_alert_protocol protocol,unsigned int data); int (*command)(struct i2c_client *client, unsigned int cmd, void *arg); struct device_driver driver; //表明这是一个驱动，驱动模型用来挂在I2C总线上 const struct i2c_device_id *id_table; //设备匹配列表，非常重要，IIC设备的名字与这个列表匹配 int (*detect)(struct i2c_client *, struct i2c_board_info *); const unsigned short *address_list; //该驱动所支持的所有（次设备）的地址数组，用于注册驱动时自动去匹配 struct list_head clients; //用来挂接与该i2c_driver匹配成功的i2c_client (次设备)的一个链表头 bool disable_i2c_core_irq_mapping; };

1.4 I2C适配器 I2C适配器是SOC上的I2C控制器的软件抽象，可以通过其定义的算法向硬件设备传输数据，其结构体定义如下：

struct i2c_adapter { struct module *owner;//所有者 unsigned int class; /*适配器支持的从设备类型 */ const struct i2c_algorithm *algo; /* 适配器的通信方法，也就是上面的i2c_algorithm */ void *algo_data; //algo私有数据 int timeout; /* 超时时间 */ int retries; //重传次数，在通信方法中使用 struct device dev; /* 表明这是一个设备，挂载在I2C总线上 */ int nr; //适配器（总线）的编号 char name[48]; //适配器名称 struct list_head userspace_clients; //IIC设备的client依附链表头，只有在用户层echo name addr > /sys/bus/i2c/devices/i2c-x/new_device时候创建的client才会依附在此链表 …//省略部分无关成员 };

其中的i2c_algorithm表示算法，用于向硬件设备传输数据，其定义如下：

struct i2c_algorithm { int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num); //I2C传输函数指针，i2c_transfer函数的底层调用 int (*smbus_xfer) (struct i2c_adapter *adap, u16 addr, unsigned short flags, char read_write, u8 command, int size, union i2c_smbus_data *data); //smbus传输函数指针，SMBUS协议发送函数，i2c_smbus_xxx函数的底层调用 u32 (*functionality) (struct i2c_adapter *); /* 这个IIC适配器支持什么样的功能，比如支持SMBUS字节发送或读取操作,标志位为I2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA */ };

总结： I2C驱动设计的的主要对象是I2C总线、I2C设备、I2C驱动、I2C适配器 I2C总线用于管理I2C设备和I2C驱动 I2C设备描述了I2C设备的硬件信息 I2C驱动是I2C设备对应的驱动程序 I2C适配器是SOC上的I2C控制器，其定义了算法，可以向I2C硬件设备传输数据

2.1 I2C设备的注册过程源码详解：

struct i2c_client * i2c_new_device(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_board_info const *info) { struct i2c_client *client; client = kzalloc(sizeof *client, GFP_KERNEL);//GFP_KERNEL是无内存可用时可引起休眠 client->dev.bus = &i2c_bus_type; //指定I2C总线 device_register(&client->dev); //向总线注册设备 }

看一下其中的i2c_bus_type对象，其表示I2C总线，定义了设备和驱动的匹配规则还有匹配成功后的行为：

struct bus_type i2c_bus_type = { .name = "i2c", .match = i2c_device_match, //匹配规则 .probe = i2c_device_probe, //匹配成功后的行为 .remove = i2c_device_remove, .shutdown = i2c_device_shutdown, .pm = &i2c_device_pm_ops, };

device_register首先会将设备添加到总线的设备链表中，然后遍历总线的驱动链表，判断设备和驱动是否匹配，如果匹配就调用驱动的probe函数，下面看一看源码分析：

int device_register(struct device *dev) { device_add(dev); } int device_add(struct device *dev) { bus_add_device(dev); //添加设备到总线的设备链表中 bus_probe_device(dev); //遍历总线的驱动 }

其中bus_add_device函数会将设备添加到总线的设备链表中，如下

int bus_add_device(struct device *dev) { klist_add_tail(&dev->p->knode_bus, &bus->p->klist_devices); }

bus_probe_device函数会遍历总线的驱动链表，如下：

void bus_probe_device(struct device *dev) { device_attach(dev); } int device_attach(struct device *dev) { /* 遍历总线的驱动链表 */ bus_for_each_drv(dev->bus, NULL, dev, __device_attach); }

bus_for_each_drv(dev->bus, NULL, dev, __device_attach);会遍历总线的驱动链表的每一项，然后调用__device_attach：

static int __device_attach(struct device_driver *drv, void *data) { if (!driver_match_device(drv, dev)) return 0; return driver_probe_device(drv, dev); }

driver_match_device函数会判断设备和驱动是否匹配，如果匹配就调用driver_probe_device 首先来看一看driver_match_device函数的定义：

static inline int driver_match_device(struct device_driver *drv, struct device *dev) { return drv->bus->match ? drv->bus->match(dev, drv) : 1; }

这里调用的就是最开始i2c_bus_type成员中设置的i2c_device_match函数，然后我们再分析i2c_device_match：

static int i2c_device_match(struct device *dev, struct device_driver *drv) { i2c_match_id(driver->id_table, client); } static const struct i2c_device_id *i2c_match_id(const struct i2c_device_id *id, const struct i2c_client *client) { while (id->name[0]) { if (strcmp(client->name, id->name) == 0) //字符串匹配 return id; id++; } return NULL; }

这里就是通过i2c_match_id函数去将驱动和设备进行匹配 再回到__device_attach函数，当完成匹配后就会执行driver_probe_device，继续分析该函数：

int driver_probe_device(struct device_driver *drv, struct device *dev) { really_probe(dev, drv); } static int really_probe(struct device *dev, struct device_driver *drv) { i2c_device_probe(dev); } static int i2c_device_probe(struct device *dev) { /* 调用驱动的probe函数 */ driver->probe(client, i2c_match_id(driver->id_table, client)); }

函数最后执行的是驱动的probe函数，也就是最开始我们再驱动注册时设置的驱动成员函数：

struct i2c_driver { int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *); //当前匹配成功后执行函数，一般是申请资源，注册字符驱动 };

2.2 注册I2C驱动过程源码详解：

通过i2c_add_driver注册I2C驱动，该函数会指定驱动对应的总线为I2C总线，然后向总线注册驱动，基本的过程与I2C设备的注册一致，所以要先搞懂设备注册，驱动注册流程也就水到渠成，需要注意的下面第一段代码，即驱动结构体成员指定的各个函数，因为通过上面的源码分析我们知道驱动注册、注销最终会运行驱动的probe、remove相关函数：

static const struct i2c_device_id my_i2c_dev_id[] = { { "my_i2c_dev", 0}, /* 设备名字 */ { } }; static struct i2c_driver driver = { .driver = { .name = "i2c", /* 这个名字不重要 */ .owner = THIS_MODULE, }, .probe = my_i2c_drv_probe, /* 当匹配到i2c设备时调用 */ .remove = my_i2c_drv_remove, /* 当卸载i2c设备或驱动时调用 */ .id_table = my_i2c_dev_id, /* 这个结构体中的名字很重要 */ }; int i2c_register_driver(struct module *owner, struct i2c_driver *driver) { driver->driver.bus = &i2c_bus_type; //指定I2C总线 driver_register(&driver->driver); //向总线注册驱动 }

driver_register函数遍历总线的设备链表进行操作，然后将驱动添加到总线的驱动链表中：

int driver_register(struct device_driver *drv) { bus_add_driver(drv); } int bus_add_driver(struct device_driver *drv) { driver_attach(drv); //此函数会遍历总线设备链表进行操作 klist_add_tail(&priv->knode_bus, &bus->p->klist_drivers); // 添加进bus的driver链表中 } int driver_attach(struct device_driver *drv) { /* 遍历总线的设备链表，调用__driver_attach */ bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv, __driver_attach); }

__driver_attach函数，此函数会判断设备和驱动是否匹配，如果匹配就调用驱动的probe函数：

static int __driver_attach(struct device *dev, void *data) { if (!driver_match_device(drv, dev)) return 0; driver_probe_device(drv, dev); }

2.3 I2C适配器的构建和数据传输： 以三星平台I2C控制器的驱动部分源码分析：

static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm = { .master_xfer = s3c24xx_i2c_xfer, .functionality = s3c24xx_i2c_func, }; static int s3c24xx_i2c_probe(struct platform_device *pdev) { i2c->adap.algo = &s3c24xx_i2c_algorithm; //构建了算法 i2c_add_numbered_adapter(&i2c->adap); //注册了适配器 }

在I2C驱动中，使用i2c_transfer来传输I2C数据，此函数肯定是通过I2C适配器的算法进行操作的，如下：

int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num) { adap->algo->master_xfer(adap, msgs, num); //调用适配器的算法 }

其中msgs结构体内容如下：

struct i2c_msg { __u16 addr; /* IIC设备的基地址，7位 */ __u16 flags; /*操作标志位*/ __u16 len; /* 读写数据的长度 */ __u8 *buf; /* 装有数据的缓冲区 */ #define I2C_M_RD 0x0001 /* 设置了这个标志位表示本次通信i2c控制器是处于接收方，否则就是发送方 */ #define I2C_M_TEN 0x0010 /* 设置了这个标志位表示从设备的地址是10bit */ #define I2C_M_DMA_SAFE 0x0200 /* the buffer of this message is DMA safe */ /* makes only sense in kernelspace */ /* userspace buffers are copied anyway */ #define I2C_M_RECV_LEN 0x0400 /* length will be first received byte */ #define I2C_M_NO_RD_ACK 0x0800 /* 设置这个标志位表示在读操作中主机不用ACK */ #define I2C_M_IGNORE_NAK 0x1000 /* 设置这个标志意味当前i2c_msg忽略I2C器件的ack和nack信号 */ #define I2C_M_REV_DIR_ADDR 0x2000 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */ #define I2C_M_NOSTART 0x4000 /* if I2C_FUNC_NOSTART */ #define I2C_M_STOP 0x8000 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */ };

其他知识分享： I2C总线基础详解链接

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