目录
1. 摘要 3
2. 简介 3
3. I2C架构 3
4. I2C总线初始化 4
5. I2C适配器驱动 5
6. I2C设备驱动 9
7. 用户空间驱动支持 12
8. 数据传输框架 16
9. References 16
1. 摘要
主要介绍Msm7227平台上I2C驱动原理,多数部分是29内核标准架构。
2. 简介
I2C只有两条线,一条串行数据线:SDA,一条是时钟线SCL。I2C是一种多主机控制总线,同一总线上可允许多个master.
i2c总线适配器(adapter)就是一条i2c总线的控制器,在物理连接上若干i2c设备。在linux驱动中,每种处理器平台有自己的适配器驱动。
3. I2C架构
内核中i2c相关代码可以分为三个层次:
i2c框架层:i2c.h和i2c-core.c为其主体框架代码,提供了核心数据结构的定义、i2c适配器驱动和设备驱动的注册、注销管理等;i2c-dev.c用于创建i2c适配器的/dev/i2c-%d设备节点,提供i2c设备的用户空间访问方法等。
i2c总线适配器驱动:i2c/busses/目录下,如i2c-msm.c。定义描述具体i2c总线适配器的i2c_adapter数据结构、实现在具体i2c适配器上的i2c总线通信的具体实现,并由i2c_algorithm数据结构描述与i2c设备通信的方法。
i2c设备驱动:定义描述具体设备的i2c_client和可能的私有数据结构。
上图展示了内核I2C结构大整体框架,以下根据内核加载顺序介绍I2C总线初始化,I2C总线适配器驱动,I2C设备驱动和用户空间驱动支持及数据传输框架五部分介绍。
4. I2C总线初始化
该过程主要完成了sysfs总线结构,最终形成如下结构:
/sys/bus/i2c/
|-- devices
|-- drivers
| |-- dummy
| |-- bind
| |-- uevent
| `-- unbind
|-- drivers_autoprobe
|-- drivers_probe
`-- uevent
和
/sys/class/i2c-adapter/
dummy_driver
仅仅是注册了一个空的设备驱动,注册驱动时会遍历加载/sys/class/i2c-adapter/中的所有设备,该过程在初始话总线过程中完成,
/sys/class/i2c-adapter/基本为空,所以我认为这里的驱动注册只是验证i2c总线结构的完整性考虑的。
5. I2C适配器驱动
Linux内核的所有适配器驱动程序都在driver/i2c/busses/目录下,当前高通的驱动是i2c-msm.c,适配器驱动的注册过程如下:
在
kernel中提供了两个adapter注册接口,分别为i2c_add_adapter()和i2c_add_numbered_adapter().
由于在系统中可能存在多个adapter,因为将每一条I2C总线对应一个编号,下文中称为I2C总线号。对于i2c_add_adapter()而言,
它使用的是动态总线号,即由系统给其分配一个总线号,而i2c_add_numbered_adapter()则是自己指定总线号,如果这个总线号非法或
者是被占用,就会注册失败。高通的adapter驱动使用了i2c_add_numbered_adapter()注册,总线号最初保存在
platform_data中。
I2C adapter以platform_device方式注册进系统,在proble函数中初始化了struct i2c_adapter结构:
- struct i2c_adapter {
- struct module *owner;
- unsigned int id;
- unsigned int class;
- const struct i2c_algorithm *algo;
- void *algo_data;
-
-
- int (*client_register)(struct i2c_client *);
- int (*client_unregister)(struct i2c_client *);
-
-
- u8 level;
- struct mutex bus_lock;
- struct mutex clist_lock;
-
- int timeout;
- int retries;
- struct device dev;
-
- int nr;
- struct list_head clients;
-
- char name[48];
- struct completion dev_released;
- };
其中nr的值是在arch/arm/mach-msm/devices.c中定义的:
- struct platform_device msm_device_i2c = {
- .name = "msm_i2c",
- .id = 0,
- .num_resources = ARRAY_SIZE(resources_i2c),
- .resource = resources_i2c,
- };
- struct platform_device msm_device_i2c_2 = {
- .name = "msm_i2c",
- .id = 2,
- .num_resources = ARRAY_SIZE(resources_i2c_2),
- .resource = resources_i2c_2,
- };
该结构以参数形式传进i2c_add_numbered_adapter(),下一步将进入
- static int i2c_register_adapter(struct i2c_adapter *adap)
- {
- int res = 0, dummy;
-
-
- if (unlikely(WARN_ON(!i2c_bus_type.p)))
- return -EAGAIN;
-
- mutex_init(&adap->bus_lock);
- mutex_init(&adap->clist_lock);
- INIT_LIST_HEAD(&adap->clients);
-
- mutex_lock(&core_lock);
-
-
-
-
-
- if (adap->dev.parent == NULL) {
- adap->dev.parent = &platform_bus;
- pr_debug("I2C adapter driver [%s] forgot to specify "
- "physical device/n", adap->name);
- }
- dev_set_name(&adap->dev, "i2c-%d", adap->nr);
- adap->dev.release = &i2c_adapter_dev_release;
- adap->dev.class = &i2c_adapter_class;
- res = device_register(&adap->dev);
- if (res)
- goto out_list;
-
- dev_dbg(&adap->dev, "adapter [%s] registered/n", adap->name);
-
-
- if (adap->nr < __i2c_first_dynamic_bus_num)
- i2c_scan_static_board_info(adap);
-
-
- dummy = bus_for_each_drv(&i2c_bus_type, NULL, adap,
- i2c_do_add_adapter);
-
- out_unlock:
- mutex_unlock(&core_lock);
- return res;
-
- out_list:
- idr_remove(&i2c_adapter_idr, adap->nr);
- goto out_unlock;
- }
i2c_scan_static_board_info对应的初始化过程在board-msm7x27.c中完成,
i2c_register_board_info(0, i2c_devices, ARRAY_SIZE(i2c_devices));
6. I2C设备7. 驱动
驱动的编写方法已在《msm7227-I2C设备驱动实现要点.doc》中介绍,此节分析驱动和设备的注册过程。
本还想详细分析代码,但发现,这张图已经足够说明i2c驱动的注册过程了,下面对我看代码时碰到的一些问题简要分析。
设备和驱动的关联
大
家知道,对于一个驱动程序有两个元素不可或缺,即设备和驱动,一般驱动都是通过设备名和驱动名的匹配建立关系的,我从i2c/chips/里看到的示例代
码了只能发现驱动的注册,却不见设备注册的踪影,令人疑惑,跟踪发现,在i2c
adapter注册时会遍历i2c_board_info这样一个结构,而这个结构在29以前或更早的内核里是不存在的,该数据结构在board-
msm7x27.c中初始化了i2c设备名及设备地址,这便解决了驱动与设备的匹配问题,同时器件地址的提供也有所改变,旧的内核是在驱动中使用一个
normal_i2c数组保存地址的。
名字匹配
一个i2c驱动是可以有多个名字的,即一个驱动程序可以支持多个设备,该机制是通过 struct i2c_device_id实现的,驱动中建立这么一个结构体数组,i2c架构层便会扫描该数组,与设备名去匹配,匹配成功的都会进入相应probe函数。
进入probe
该过程困惑了我一段时间,其实要进入自己驱动的probe首先需要进入总线的probe,而进入总线probe的前提是与总线的match成功,具体实现大家可以根据上面的图看一下相应代码便知。
设备模型
I2C的架构充分利用的设备模型的原理及sysfs的实现,我认为理解i2C架构前先了解一下设备模型是很有必要的。这里将我的个人理解总结一下:
Kobject
是设备模型的最小单位,kset是对kobject的集合,struct driver_private、struct
device等结构都内嵌了kobject,kset也内嵌kobject用于表征自己。相同特性的kset的合集又构成了subsys,举个不太恰当的
类比:
kobject之于设备或驱动;kset之于某一类设备,如i2c;subsys之于子系统,如输入子系统。其实在29内核中subsys就是一个kset结构,贴两张图理解一下:
8. 用户空间驱动支持
这部分在i2c-dev.c中实现,这部分内容简单的说就是通过内嵌一个具有file_operations的标准字符设备驱动来虚拟i2c设备,这样,就可以在用户空间直接操作i2c设备了。
流程如下图:
余下的就是常规file_operation了,open操作:
- static int i2cdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
- {
- unsigned int minor = iminor(inode);
- struct i2c_client *client;
- struct i2c_adapter *adap;
- struct i2c_dev *i2c_dev;
- int ret = 0;
-
- lock_kernel();
- i2c_dev = i2c_dev_get_by_minor(minor);
- if (!i2c_dev) {
- ret = -ENODEV;
- goto out;
- }
-
- adap = i2c_get_adapter(i2c_dev->adap->nr);
- if (!adap) {
- ret = -ENODEV;
- goto out;
- }
-
-
-
-
-
-
-
-
- client = kzalloc(sizeof(*client), GFP_KERNEL);
- if (!client) {
- i2c_put_adapter(adap);
- ret = -ENOMEM;
- goto out;
- }
- snprintf(client->name, I2C_NAME_SIZE, "i2c-dev %d", adap->nr);
- client->driver = &i2cdev_driver;
-
- client->adapter = adap;
- file->private_data = client;
-
- out:
- unlock_kernel();
- return ret;
- }
注
意这里分配并初始化了一个struct
i2c_client结构.但是没有注册这个clinet.此外,这个函数中还有一个比较奇怪的操作.不是在前面已经将i2c_dev->adap
指向要操作的adapter么?为什么还要以adapter->nr为关键字从i2c_adapter_idr去找这个操作的adapter呢?注
意了,调用i2c_get_adapter()从总线号nr找到操作的adapter的时候,还会增加module的引用计数.这样可以防止模块意外被释
放掉.也许有人会有这样的疑问,那
i2c_dev->adap->nr操作,如果i2c_dev->adap被释放掉的话,不是一样会引起系统崩溃么?这里因为,在
i2cdev_attach_adapter()间接的增加了一次adapter的一次引用计数.如下:
- static int i2cdev_attach_adapter(struct i2c_adapter *adap)
- {
- ......
- i2c_dev->dev = device_create(i2c_dev_class, &adap->dev,
- MKDEV(I2C_MAJOR, adap->nr),
- "i2c-%d", adap->nr);
- ......
- }
看到了么,i2c_dev内嵌的device是以adap->dev为父结点,在device_create()中会增次adap->dev的一次引用计数.
好了,open()操作到此就完成了.
使用方法:(参考kernel-test/i2c-msm-test.c)
1、构造struct i2c_msg
- [读] struct i2c_msg msgs[] = {
- [0] = {
- .addr = slave_address,
- .flags = 0,
- .buf = (void *)offset_data,
- .len = ARRAY_SIZE(offset_data),
- },
- [1] = {
- .addr = slave_address,
- .flags = I2C_M_RD,
- .buf = (void *)buf,
- .len = count,
- },
- };
- [写] struct i2c_msg msgs[] = {
- [0] = {
- .addr = slave_address,
- .flags = 0,
- .buf = (void *)data,
- .len = (2 + len) * sizeof(*data),
- },
- }
2、通过ioctl操作设备
- static int do_rdwr(int fd, struct i2c_msg *msgs, int nmsgs)
- {
- struct i2c_rdwr_ioctl_data msgset = {
- .msgs = msgs,
- .nmsgs = nmsgs,
- };
-
- if (msgs == NULL || nmsgs <= 0)
- return -1;
-
- if (ioctl(fd, I2C_RDWR, &msgset) < 0)
- return -1;
-
- return 0;
- }
3、ioctl命令字:
- #define I2C_SMBUS_READ 1
- #define I2C_SMBUS_WRITE 0
-
- #define I2C_SMBUS_QUICK 0
- #define I2C_SMBUS_BYTE 1
- #define I2C_SMBUS_BYTE_DATA 2
- #define I2C_SMBUS_WORD_DATA 3
- #define I2C_SMBUS_PROC_CALL 4
- #define I2C_SMBUS_BLOCK_DATA 5
- #define I2C_SMBUS_I2C_BLOCK_DATA 6
- #define I2C_SMBUS_BLOCK_PROC_CALL 7
-
- #define I2C_RETRIES 0x0701
- #define I2C_TIMEOUT 0x0702
- #define I2C_SLAVE 0x0703
- #define I2C_SLAVE_FORCE 0x0706
- #define I2C_TENBIT 0x0704
- #define I2C_FUNCS 0x0705
- #define I2C_RDWR 0x0707
- #define I2C_PEC 0x0708
- #define I2C_SMBUS 0x0720
9. 数据传输框架
I2C
架构的读写支持两种类型,默认实现的操作是smbus协议,该协议与i2c协议类似,如果控制器不支持smbus,框架层可以用i2c_transfer
模拟smbus的实现,系统默认的i2c传输函数一般都是基于i2c模拟的smbus方法传输的,如
i2c_smbus_write_byte_data,i2c_smbus_read_byte_data等。
I2C协议的总线实现应该是I2C
控制器,而不是SMBUS控制器,
I2C协议和SMBUS协议不完成等同,SMBUS是I2C的子集,smbus由I2C衍生而来。smbus总线上传输的数据一定是I2C的格式的,但是
SMBUS上传输的数据不一定能满足具体某个I2C从设备的通信要求(数据序列)。
下图以i2c_smbus_write_byte_data介绍数据流程:
10. References
[1]. http://blog.chinaunix.net/u1/51562/showart_1403925.html
[2]. 《msm7227-I2C设备驱动实现要点.doc》 滕景东
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