驱动旅行之I2C架构分析

I2C 是 philips 提出的外设总线.
　　I2C 只有两条线,一条串行数据线:SDA,一条是时钟线 SCL ，使用 SCL，SDA 这两根信号线就实现了设备之间的数据交互，它方便了工程师的布线。因此， I2C 总线被非常广泛地应用在 EEPROM，实时钟，小型 LCD 等设备
与 CPU 的接口中。

 

linux 下的驱动思路

在 linux 系统下编写 I2C 驱动，目前主要有两种方法， 一种是把 I2C 设备
当作一个普通的字符设备来处理， 另一种是利用 linux 下 I2C 驱动体系结构来
完成。下面比较下这两种方法：
第一种方法：
优点：思路比较直接，不需要花很多时间去了解 linux 中复杂的 I2C
子系统的操作方法。
缺点：
要求工程师不仅要对 I2C 设备的操作熟悉，而且要熟悉 I2C 的适配器
(I2C 控制器)操作。
要求工程师对 I2C 的设备器及 I2C 的设备操作方法都比较熟悉，最重
要的是写出的程序可以移植性差。
对内核的资源无法直接使用，因为内核提供的所有 I2C 设备器以及设
备驱动都是基于 I2C 子系统的格式。
第一种方法的优点就是第二种方法的缺点，
第一种方法的缺点就是第二种方法的优点。

 

I2C 架构概述
Linux 的 I2C 体系结构分为 3 个组成部分：
I2C 核心： I2C 核心提供了 I2C 总线驱动和设备驱动的注册，注销方法，

 

I2C 通信方法(”algorithm”)上层的，与具体适配器无关的代码以及探测设备，
检测设备地址的上层代码等。
I2C 总线驱动： I2C 总线驱动是对 I2C 硬件体系结构中适配器端的实现，
适配器可由 CPU 控制，甚至可以直接集成在 CPU 内部。
I2C 设备驱动： I2C 设备驱动(也称为客户驱动)是对 I2C 硬件体系结构中
设备端的实现，设备一般挂接在受 CPU 控制的 I2C 适配器上，通过 I2C 适配器
与 CPU 交换数据。

 

linux 驱动中 i2c 驱动架构

 

 

 

上图完整的描述了 linux i2c 驱动架构，虽然 I2C 硬件体系结构比较简单，
但是 i2c 体系结构在 linux 中的实现却相当复杂。
那么我们如何编写特定 i2c 接口器件的驱动程序？就是说上述架构中的那
些部分需要我们完成，而哪些是 linux 内核已经完善的或者是芯片提供商已经
提供的？

 

 

架构层次分类
第一层：提供 i2c adapter 的硬件驱动，探测、初始化 i2c adapter（如申
请 i2c 的 io 地址和中断号），驱动 soc 控制的 i2c adapter 在硬件上产生信号
（start、 stop、 ack）以及处理 i2c 中断。 覆盖图中的硬件实现层
第二层：提供 i2c adapter 的 algorithm，用具体适配器的 xxx_xferf()
函数来填充 i2c_algorithm 的 master_xfer 函数指针，并把赋值后的
i2c_algorithm 再赋值给 i2c_adapter 的 algo 指针。 覆盖图中的访问抽象层、
i2c 核心层
第三层：实现 i2c 设备驱动中的 i2c_driver 接口，用具体的 i2c device 设
备的 attach_adapter()、detach_adapter()方法赋值给 i2c_driver 的成员函
数指针。实现设备 device 与总线（或者叫 adapter）的挂接。覆盖图中的 driver
驱动层
第四层：实现 i2c 设备所对应的具体 device 的驱动， i2c_driver 只是实现
设备与总线的挂接，而挂接在总线上的设备则是千差万别的，所以要实现具体设
备 device 的 write()、 read()、 ioctl()等方法，赋值给 file_operations，然
后注册字符设备（多数是字符设备）。 覆盖图中的 driver 驱动层
第一层和第二层又叫 i2c 总线驱动(bus)，第三第四属于 i2c 设备驱动
(device driver)。
在 linux 驱动架构中，几乎不需要驱动开发人员再添加 bus，因为 linux 内
核几乎集成所有总线 bus，如 usb、 pci、 i2c 等等。并且总线 bus 中的(与特定
硬件相关的代码)已由芯片提供商编写完成，例如三星的 s3c-2440 平台 i2c 总
线 bus 为/drivers/i2c/buses/i2c-s3c2410.c