嵌入式Linux系统下I2C设备驱动程序的开发 2

3.       一个具体的I²C设备驱动程序的开发

DS1307是一款小巧的I²C接口的实时时钟芯片，具有低功耗，全BCD码时钟和日历输出， 12 /24小时工作模式，时分秒、星期、年月日计时数据，润年自动补偿，有效期至2100年，外加56 Bytes的NV RAM（非易失性的RAM）等特点^[3]。下面以DS1307为例，说明一个具体的I²C设备驱动程序的设计要点。

3.1 I²C设备驱动程序的一般结构

一个具体的I²C设备驱动需要实现两个方面的接口，一个是对I²C core层的接口，用以挂接I²C adapter层来实现对I²C总线及I²C设备具体的访问方法，包括要实现attach_adapter，detach_client，command等接口函数。另一个是对用户应用层的接口，提供用户程序访问I²C设备的接口，包括实现open，release，read，write以及最重要的ioctl等标准文件操作的接口函数。

对I²C core层的接口函数的具体功能解释如下：

attach_adapter：I²C driver在调用I2C_add_driver() 注册时，对发现的每一个I²C adapter（对应一条I²C 总线）都要调用该函数，检查该I²C adapter是否符合I²C driver的特定条件，如果符合条件则连接此I²C adapter，并通过I²C adapter来实现对I²C总线及I²C设备的访问。

detach_client：I²C driver在删除一个I²C device时调用该函数，清除描述这个I²C device的数据结构，这样以后就不能访问该设备了。

command：针对设备的特点，实现一系列的子功能，是用户接口中的ioctl功能的底层实现。

3.2 DS1307驱动程序实现对I²C core层的接口

在驱动中必须实现一个struct i2c_driver 的数据结构，并在驱动模块初始化时向I²C core注册一个I²C驱动，并完成对I²C adapter的相关操作。

struct i2c_driver ds1307_driver =

{

name: "DS1307",

id: I2C_DRIVERID_DS1307,

flags: I2C_DF_NOTIFY,

attach_adapter:ds1307_probe,

detach_client:ds1307_detach,

command: ds1307_command

};

数据结构ds1307_driver中的name:"DS1307"，Id:I2C_DRIVERID_DS1307用来标识DS1307驱动程序。flags: I2C_DF_NOTIFY表示在I²C总线发生变化时通知该驱动。

ds1307_probe对应i2c_driver数据结构中的attach_adapter，主要功能：调用 I²C core 层提供的i2c_probe函数查找一条I²C总线，看是否有DS1307的设备存在，如果存在DS1307，则将对应的I²C adapter 和DS1307设备挂接在一起，并通过该I²C adapter来实现对DS1307的访问。同时使能DS1307, 并调用i2c_attach_client()向I²C core层注册DS1307。

ds1307_detach对应i2c_driver数据结构中的detach_client，主要功能：调用i2c_detach_client() 向I²C core层注销DS1307，并不使能DS1307，这样I²C驱动就不能访问DS1307了。

ds1307_command对应i2c_driver数据结构中的command ，主要功能：针对DS1307时钟芯片的特点，实现一系列的诸如DS1307_GETTIME ，DS1307_SETTIME，DS1307_GETDATETIME，DS1307_MEM_READ，DS1307_MEM_WRITE等子功能，是用户接口中的ioctl功能的底层实现。

以上3个接口函数使DS1307的驱动程序实现了对I²C 总线及I²C adpater的挂接，因此就可以通过I²C core的提供对I²C总线读写访问的通用接口，来开发实现DS1037驱动程序对用户应用层的接口函数。

3.3 DS1307驱动程序实现对用户应用层的接口

在驱动中必须实现一个struct file_operations 的数据结构，并向内核注册为一个字符类型的设备（用单独的主设备号来标识），或者注册为一个miscdevice设备（所有miscdevice设备共同一个主设备号，不同的次设备号，所有的miscdevice设备形成一个链表，对设备访问时根据次设备号查找对应的miscdevice设备，然后调用其struct file_operations中注册的应用层接口进行操作）。

struct file_operations rtc_fops =

{

owner: THIS_MODULE,

ioctl: ds1307_rtc_ioctl,

read: ds1307_rtc_read,

write: ds1307_rtc_read,

open: ds1307_rtc_open,

release: ds1307_rtc_release

};

数据结构rtc_fops 中的ds1307_rtc_open 和ds1307_rtc_release对应file_operations中的open和release，分别用来打开和关闭DS1307。

ds1307_rtc_ioctl对应file_operations中的ioctl，对用户提供的一系列控制时钟芯片的具体命令：RTC_GET_TIME： 以固定的数据格式读取实时时钟的时间。RTC_SET_TIME：以固定的数据格式设定实时时钟的时间。RTC_SYNC_TIME：系统时钟和实时时钟之间的时间同步。

ds1307_rtc_read 对应对应file_operations中的read，实现与ds1307_rtc_ioctl 的子功能RTC_GET_TIME相同的功能，以及从NV RAM读取数据。

ds1307_rtc_write 对应file_operations中的write，实现与ds1307_rtc_ioctl的子功能 RTC_SET_TIME相同的功能，以及将数据写入NV RAM。

3.4 DS1307驱动程序的加载和测试

在DS1307驱动模块的初始化函数ds1307_init()中，首先通过i2c_add_driver(&ds1307_driver)向I²C core层注册一个I²C的设备驱动，然后再通过misc_register (&ds1307_rtc_miscdev)将DS1307注册为一个miscdevice设备，这样用户程序就可以通过主设备号10 次设备号 135的设备节点/dev/rtc来访问DS1307了。

将DS1307的驱动程序编译成模块的方式，通过insmod命令加载进内核，然后用测试代码进行测试，DS1307驱动程序中实现的所有功能都达到了预期的效果。

由于DS1307驱动程序在底层实现了对DS1307时钟芯片数据的解释和转换，所以在用户程序中得到的就是有固定格式和意义的数据，这样就方便了用户程序的访问，提高了应用开发的效率。

4．总结

I²C总线是一种结构小巧，协议简单的总线，应用很广泛，访问起来简单方便。linux系统下I²C的驱动程序具有清晰的层次结构，可以很容易地为一个特定的I²C设备开发驱动。本文通过对linux系统下I²C驱动，以及一个具体的DS1307时钟芯片驱动结构的分析，基本上可以很清楚看出一个I²C设备驱动的开发过程。实现的关键分为两个部分，1. 对I²C core的接口，必须实现 struct i2c_drvier数据结构中的几个特定的功能函数。这些函数是I²C驱动与I²C总线物理层（I²C控制器）和I²C设备器件之间通信的基础。2. 对用户应用层的接口，必须实现struct file_operation数据结构中的一些特定功能的函数，如 open ，release , read ,write，lseek等函数。以上两类接口中，对I²C core的接口是对I²C设备访问的基础，实现对I²C总线具体的访问方法；对用户应用层的接口则是方便应用程序开发，实现设备特定功能的必不可少的部