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2010-04-20 11:44:56
1 引言
I2C (Inter－Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于 接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。I2C总线最初为音频和视频设备开发，现已 应用于各种服务与管理场合，来实现配置或掌握组件的功能状态，如电源、系统风扇、系统温度等参数，增加了系统的安全性，方便了管理。
2 I2C总线概述
I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据，每个器件都有一个惟一的地址识别。I2C 规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。总线必须由主 器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才 能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。
I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单 元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。
3 Linux的I2C驱动架
Linux中I2C总线的驱动分为两个部分，总线驱动（BUS）和设备驱动（DEVICE）。其中总线驱动的职责，是为系统中每个I2C总线增加相应的读写方法。但是总线驱动本身并不会进行任何的通讯，它只是存在那里，等待设备驱动调用其函数，参见图1。
设备驱动则是与挂在I2C总线上的具体的设备通讯的驱动。通过I2C总线驱动提供的函数，设备驱动可以忽略不同总线控制器的差异，不考虑其实现细节地与硬件设备通讯。
在我们的Linux驱动的i2c文件夹下有algos，busses，chips三个文件夹，另外还有i2c-core.c和i2c-dev.c两 个文件。其中i2c-core.c文件实现了I2C core框架，是Linux内核用来维护和管理的I2C的核心部分，其中维护了两个静态的List，分别记录系统中的I2C driver结构和I2C adapter结构。I2C core提供接口函数，允许一个I2C adatper，I2C driver和I2C client初始化时在I2C core中进行注册，以及退出时进行注销。同时还提供了I2C总线读写访问的一般接口，主要应用在I2C设备驱动中。
Busses文件夹下的i2c-mpc.c文件实现了PowerPC下I2C总线适配器驱动，定义描述了具体的I2C总线适配器的i2c_adapter 数据结构，实现比较底层的对I2C总线访问的具体方法。I2C adapter 构造一个对I2C core层接口的数据结构，并通过接口函数向I2C core注册一个控制器。I2C adapter主要实现对I2C总线访问的算法，iic_xfer() 函数就是I2C adapter底层对I2C总线读写方法的实现。同时I2C adpter 中还实现了对I2C控制器中断的处理函数。
i2c-dev.c文件中实现了I2C driver，提供了一个通用的I2C设备的驱动程序，实现了字符类型设备的访问接口，实现了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。我们可以通过open函数打开 I2C的设备文件，通过ioctl函数设定要访问从设备的地址，然后就可以通过 read和write函数完成对I2C设备的读写操作。
通过I2C driver提供的通用方法可以访问任何一个I2C的设备，但是其中实现的read，write及ioctl等功能完全是基于一般设备的实现，所有的操作 数据都是基于字节流，没有明确的格式和意义。为了更方便和有效地使用I2C设备，我们可以为一个具体的I2C设备开发特定的I2C设备驱动程序，在驱动中 完成对特定的数据格式的解释以及实现一些专用的功能。
4 Linux下I2C具体驱动开发
TMP75是TI公司推出的基于I2C总线的数字温度传感器，具有低的功耗，高数字分辨率，广泛应用于电源温度监控，计算机外设保护，笔记本和蜂窝电话 中。针对该设备开发驱动程序，由于linux系统下已经实现了I2C core框架，I2C总线适配器驱动，同时通过i2c-dev.c文件提供了一个通用的I2C设备的驱动程序，因此我们的驱动程序的开发主要集中在 TMP75设备驱动程序这一层，用来实现针对TMP75设备的数据格式的解释以及实现一些专用的功能。
根据TMP75的具体寄存器地址和功能定义：
#define TMP75_REG_TEMP 0x00 //温度寄存器地址
#define TMP75_REG_CONF 0x01 //配置寄存器地址
#define TMP75_REG_TEMP_LOW 0x02 //低温阈值寄存器地址
#define TMP75_REG_TEMP_HIGH 0x03 //高温阈值寄存器地址
定义一个TMP75_data结构体和一系列函数实现总线初始化时的设备检测加载、设备删除时的数据操作。
struct TMP75_data {
struct i2c_client client；
struct semaphore update_lock；
char valid； /* !=0 if following fields are valid */
unsigned long last_updated； /* In jiffies */
u16 temp_input； /* Register values */
u16 temp_max；
u16 temp_hyst；
}；
static int TMP 75_attach_adapter(struct i2c_adapter *adapter)；
static int TMP 75_detect(struct i2c_adapter *adapter，int address，int kind)；
static void TMP 75_init_client(struct i2c_client *client)；
static int TMP 75_detach_client(struct i2c_client *client)；
static int TMP 75_read_value(struct i2c_client *client，u8 reg)；
static int TMP 75_write_value(struct i2c_client *client，u8 reg，u16 value)；
static struct TMP 75_data *tmp75_update_device(struct device *dev)；
其中针对TMP75设备寄存器的特定格式定义TMP75寄存器读写的两个函数如下：
static int TMP75_write_value(struct i2c_client *client，u8 reg，u16 value)
{
if (reg == TMP75_REG_CONF)
return i2c_smbus_write_byte_data(client，reg，value)；
else
return i2c_smbus_write_word_data(client，reg，swab16(value))；
}
static int TMP75_read_value(struct i2c_client *client，u8 reg)
{
if (reg == TMP 75_REG_CONF)
return i2c_smbus_read_byte_data(client，reg)；
else
return swab16(i2c_smbus_read_word_data(client，reg))；
}
具体的设备驱动程序完成之后将TMP75设备驱动的配置选项添加到chips文件夹下的kconfig文件中，这样在配置内核选项时就可以把TMP75设备驱动添加到内核中。
5 Linux下I2C应用程序开发
Linux中应用程序要使用本驱动来访问外部I2C器件，首先要通过open()来打开其驱动，使用完毕后使用close()将其关闭。
int fd；
fd = open("/dev/i2c/0"，O_RDWR)；
……
close(fd)；
I2C总线控制器驱动提供的API函数提供了ioctl()函数用于设定I2C总线控制器的一些参数，本应用程序调用ioctl函数将I2C总线设置为7位地址模式，同时设置I2C从机地址。
ioctl(fd，I2C_TENBIT，0)
ioctl(fd，I2C_SLAVE，SLAVE_ADDR)
对TMP75的初始化工作通过调用write()函数实现，通过调用该函数实现对配置寄存器、高温阈值和低温阈值寄存器的初始化配置。
//配置寄存器的初始化
senbuf[0]=0x01；
senbuf[1]=I2C_CONF_INITDATA；
write(fd，sendbuf，2)；
对TMP75当前工作温度的读取通过调用write()函数先写入温度寄存器的地址，然后调用read()函数读取寄存器2字节的温度数据实现。
write(fd，0x0，1)；
read(fd，recbuf，2)；
6 总结
