手把手教你寫(xiě)Linux I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)

昵稱(chēng)15515903 2014-08-14

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手把手教你寫(xiě)Linux I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)

Linux I2C驅(qū)動(dòng)是嵌入式Linux驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)人員經(jīng)常需要編寫(xiě)的一種驅(qū)動(dòng)，因?yàn)榉彩窍到y(tǒng)中使用到的I2C設(shè)備，幾乎都需要編寫(xiě)相應(yīng)的I2C驅(qū)動(dòng)去配置和控制它，例如 RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、音視頻采集芯片、音視頻輸出芯片、EEROM芯片、AD/DA轉(zhuǎn)換芯片等等。

Linux I2C驅(qū)動(dòng)涉及的知識(shí)點(diǎn)還是挺多的，主要分為L(zhǎng)inux I2C的總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)（I2C BUS Driver）和設(shè)備驅(qū)動(dòng)（I2C Clients Driver），本文主要關(guān)注如何快速地完成一個(gè)具體的I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)（I2C Clients Driver）。關(guān)于Linux I2C驅(qū)動(dòng)的整體架構(gòu)、核心原理等可以在網(wǎng)上搜索其他相關(guān)文章學(xué)習(xí)。

注意：本系列文章的I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)是基于Linux 2.6.18內(nèi)核。

本文主要參考了Linux內(nèi)核源碼目錄下的 ./Documentation/i2c/writing-clients 文檔。以手頭的一款視頻采集芯片TVP5158為驅(qū)動(dòng)目標(biāo)，編寫(xiě)Linux I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

1. i2c_driver結(jié)構(gòu)體對(duì)象

每一個(gè)I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)，必須首先創(chuàng)造一個(gè)i2c_driver結(jié)構(gòu)體對(duì)象，該結(jié)構(gòu)體包含了I2C設(shè)備探測(cè)和注銷(xiāo)的一些基本方法和信息，示例如下：

static struct i2c_driver tvp5158_i2c_driver = {  
        .driver = {  
            .name = "tvp5158_i2c_driver",  
        },   
        .attach_adapter = &tvp5158_attach_adapter,  
        .detach_client  = &tvp5158_detach_client,  
        .command        = NULL,  
};

其中，name字段標(biāo)識(shí)本驅(qū)動(dòng)的名稱(chēng)（不要超過(guò)31個(gè)字符），attach_adapter和detach_client字段為函數(shù)指針，這兩個(gè)函數(shù)在I2C設(shè)備注冊(cè)的時(shí)候會(huì)自動(dòng)調(diào)用，需要自己實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)函數(shù)，后面將詳細(xì)講述。

2. i2c_client 結(jié)構(gòu)體對(duì)象

上面定義的i2c_driver對(duì)象，抽象為一個(gè)i2c的驅(qū)動(dòng)模型，提供對(duì)i2C設(shè)備的探測(cè)和注銷(xiāo)方法，而i2c_client結(jié)構(gòu)體則是代表著一個(gè)具體的i2c設(shè)備，該結(jié)構(gòu)體有一個(gè)data指針，可以指向任何私有的設(shè)備數(shù)據(jù)，在復(fù)雜點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)中可能會(huì)用到。示例如下：

struct tvp5158_obj{        
    struct i2c_client client;        
    int users; // how many users using the driver    
};  
 
struct tvp5158_obj* g_tvp5158_obj;

其中，users為示例，用戶(hù)可以自己在tvp5158_obj這個(gè)結(jié)構(gòu)體里面添加感興趣的字段，但是i2c_client字段不可少。具體用法后面再詳細(xì)講。

3. 設(shè)備注冊(cè)及探測(cè)功能

這一步很關(guān)鍵，按照標(biāo)準(zhǔn)的要求來(lái)寫(xiě)，則Linux系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用相關(guān)的代碼去探測(cè)你的I2C設(shè)備，并且添加到系統(tǒng)的I2C設(shè)備列表中以供后面訪(fǎng)問(wèn)。

我們知道，每一個(gè)I2C設(shè)備芯片，都通過(guò)硬件連接設(shè)定好了該設(shè)備的I2C設(shè)備地址。因此，I2C設(shè)備的探測(cè)一般是靠設(shè)備地址來(lái)完成的。那么，首先要在驅(qū)動(dòng)代碼中聲明你要探測(cè)的I2C設(shè)備地址列表，以及一個(gè)宏。示例如下：

static unsigned short normal_i2c[] = {  
        0xbc >> 1,  
        0xbe >> 1,  
        I2C_CLIENT_END  
};  
I2C_CLIENT_INSMOD;

normal_i2c 數(shù)組包含了你需要探測(cè)的I2C設(shè)備地址列表，并且必須以I2C_CLIENT_END作為結(jié)尾，注意，上述代碼中的0xbc和0xbe是我在硬件上為我的tvp5158分配的地址，硬件上我支持通過(guò)跳線(xiàn)將該地址設(shè)置為 0xbc 或者 0xbe，所以把這兩個(gè)地址均寫(xiě)入到探測(cè)列表中，讓系統(tǒng)進(jìn)行探測(cè)。如果你的I2C設(shè)備的地址是固定的，那么，這里可以只寫(xiě)你自己的I2C設(shè)備地址，注意必須向右移位1。

宏 I2C_CLIENT_INSMOD 的作用網(wǎng)上有許多文章進(jìn)行了詳細(xì)的講解，這里我就不詳細(xì)描述了，記得加上就行，我們重點(diǎn)關(guān)注實(shí)現(xiàn)。

下一步就應(yīng)該編寫(xiě)第1步中的兩個(gè)回調(diào)函數(shù)，一個(gè)用于注冊(cè)設(shè)備，一個(gè)用于注銷(xiāo)設(shè)備。探測(cè)函數(shù)示例如下：

static int tvp5158_attach_adapter(struct i2c_adapter *adapter)  
{  
    return i2c_probe(adapter, &addr_data, &tvp5158_detect_client);  
}

這個(gè)回調(diào)函數(shù)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用，我們只需要按照上述代碼形式寫(xiě)好就行，這里調(diào)用了系統(tǒng)的I2C設(shè)備探測(cè)函數(shù)，i2c_probe()，第三個(gè)參數(shù)為具體的設(shè)備探測(cè)回調(diào)函數(shù)，系統(tǒng)會(huì)在探測(cè)設(shè)備的時(shí)候調(diào)用這個(gè)函數(shù)，需要自己實(shí)現(xiàn)。示例如下：

static int tvp5158_detect_client(struct i2c_adapter *adapter,int address,int kind)  
{  
    struct tvp5158_obj *pObj;  
    int err = 0;  
 
    printk(KERN_INFO "I2C: tvp5158_detect_client at address %x ...\n", address);  
 
    if( g_tvp5158_obj != NULL  ) {  
        //already allocated,inc user count, and return the allocated handle  
        g_tvp5158_obj->users++;  
        return 0;  
    }  
 
    /* alloc obj */ 
    pObj = kmalloc(sizeof(struct tvp5158_obj), GFP_KERNEL);  
    if (pObj==0){  
        return -ENOMEM;  
    }  
    memset(pObj, 0, sizeof(struct tvp5158_obj));  
    pObj->client.addr    = address;  
    pObj->client.adapter = adapter;  
    pObj->client.driver  = &tvp5158_i2c_driver;  
    pObj->client.flags   = I2C_CLIENT_ALLOW_USE;  
    pObj->users++;  
 
    /* attach i2c client to sys i2c clients list */ 
    if((err = i2c_attach_client(&pObj->client))){  
        printk( KERN_ERR "I2C: ERROR: i2c_attach_client fail! address=%x\n",address);  
        return err;  
    }  
 
    // store the pObj  
    g_tvp5158_obj = pObj;  
 
    printk( KERN_ERR "I2C: i2c_attach_client ok! address=%x\n",address);  
 
    return 0;  
}

到此為止，探測(cè)并且注冊(cè)設(shè)備的代碼已經(jīng)完成，以后對(duì)該 I2C 設(shè)備的訪(fǎng)問(wèn)均可以通過(guò) g_tvp5158_obj 這個(gè)全局的指針進(jìn)行了。

4. 注銷(xiāo)I2C設(shè)備

同理，設(shè)備注銷(xiāo)的回調(diào)函數(shù)也會(huì)自動(dòng)被系統(tǒng)調(diào)用，只需要按照模板寫(xiě)好設(shè)備注銷(xiāo)代碼，示例如下：

static int tvp5158_detach_client(struct i2c_client *client)  
{  
    int err;  
 
    if( ! client->adapter ){  
        return -ENODEV;  
    }  
 
    if( (err = i2c_detach_client(client)) ) {  
        printk( KERN_ERR "Client deregistration failed (address=%x), client not detached.\n", client->addr);  
        return err;  
    }  
 
    client->adapter = NULL;  
 
    if( g_tvp5158_obj ){  
        kfree(g_tvp5158_obj);  
    }  
 
    return 0;  
}

到此為止，設(shè)備的注冊(cè)和注銷(xiāo)代碼已經(jīng)全部完成，下面要做的就是提供讀寫(xiě)I2C設(shè)備的方法。

5. I2C設(shè)備的讀寫(xiě)

對(duì)I2C設(shè)備的讀寫(xiě)，Linux系統(tǒng)提供了多種接口，可以在內(nèi)核的 i2c.h 中找到，這里簡(jiǎn)單介紹其中的兩種接口。

【接口一】：

extern int i2c_master_send(struct i2c_client *,const char* ,int);  
 
extern int i2c_master_recv(struct i2c_client *,char* ,int);

第一個(gè)參數(shù)是 i2c_client 對(duì)象指針，第二個(gè)參數(shù)是要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)buffer指針，第三個(gè)參數(shù)為buffer的大小。

【接口二】：

extern int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msg, int num);

這個(gè)接口支持一次向I2C設(shè)備發(fā)送多個(gè)消息，每一個(gè)消息可以是讀也可以是寫(xiě)，讀或者寫(xiě)以及讀寫(xiě)的目標(biāo)地址（寄存器地址）均包含在msg消息參數(shù)里面。

這些接口僅僅是最底層的讀寫(xiě)方法，關(guān)于具體怎么與I2C設(shè)備交互，比如具體怎么讀芯片的某個(gè)特定寄存器的值，這需要看具體的芯片手冊(cè)，每個(gè)I2C芯片都會(huì)有具體的I2C寄存器讀寫(xiě)時(shí)序圖。因此，為了在驅(qū)動(dòng)中提供更好的訪(fǎng)問(wèn)接口，還需要根據(jù)具體的時(shí)序要求對(duì)這些讀寫(xiě)函數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步封裝，這些內(nèi)容將在后面的文章中講述。

6. 模塊初始化及其他

下一步就是整個(gè)模塊的初始化代碼和逆初始化代碼，以及模塊聲明了。

static int __init tvp5158_i2c_init(void) 
{ 
    g_tvp5158_obj = NULL; 
     
    return i2c_add_driver(&tvp5158_i2c_driver); 
} 
 
static void __exit tvp5158_i2c_exit(void) 
{ 
    i2c_del_driver(&tvp5158_i2c_driver); 
} 
 
module_init(tvp5158_i2c_init); 
module_exit(tvp5158_i2c_exit); 
 
MODULE_DESCRIPTION("TVP5158 i2c driver"); 
MODULE_AUTHOR("Lujun @hust"); 
MODULE_LICENSE("GPL");

在初始化的代碼里面，添加本模塊的 i2c driver 對(duì)象，在逆初始化代碼里面，刪除本模塊的 i2c driver 對(duì)象。

7. 總結(jié)

到此為止，算是從應(yīng)用的角度把編寫(xiě)一個(gè)I2C的設(shè)備驅(qū)動(dòng)代碼講完了，很多原理性的東西我都沒(méi)有具體分析（其實(shí)我也了解的不深），以后會(huì)慢慢更深入地學(xué)習(xí)和了解，文中有什么講述不正確的地方，歡迎留言或者來(lái)信lujun.hust@gmail.com交流。

讀到最后，大家可能還有一個(gè)疑問(wèn)，這個(gè)驅(qū)動(dòng)寫(xiě)完了怎么在用戶(hù)空間（應(yīng)用層）去使用它呢？由于本文不想把代碼弄得太多太復(fù)雜，怕提高理解的難度，所以就沒(méi)有講，其實(shí)要想在用戶(hù)空間使用該I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)，則還需要借助字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)來(lái)完成，即為這個(gè)I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)封裝一層字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)，這樣，用戶(hù)空間就可以通過(guò)對(duì)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)的訪(fǎng)問(wèn)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)I2C設(shè)備，這個(gè)方法我會(huì)在后面的文章中講述。

本文出自 “對(duì)影成三人” 博客，請(qǐng)務(wù)必保留此出處http://ticktick.blog.51cto.com/823160/760020

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