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2013年(145)

2012年(1)

分类: LINUX

2013-05-10 14:49:49

原文地址: 作者:


1.  IIC规范

IIC(InterIntegrated 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。IIC总线产生于在80年代,最初为音频和视频设备开发,如今主要在服务器管理中使用,其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询,以管理系统的配置或掌握组件的功能状态,如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数,增加了系统的安全性,方便了管理。

2.1      IIC总线的特点

IIC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IIC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。总线的长度可高达25英尺,并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。IIC总线的另一个优点是,它支持多主控(multimastering) 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然,在任何时间点上只能有一个主控。

2.2      IIC总线工作原理

2.2.1              总线构成及信号类型

IIC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。在CPU与被控IC之间、ICIC之间进行双向传送,最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上,但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作,所以每个电路和模块都有唯一的地址,在信息的传输过程中,IIC总线上并接的每一模块电路既是主控器(或被控器),又是发送器(或接收器),这取决于它所要完成的功能。

CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分:

?        地址码用来选址,即接通需要控制的电路,确定控制的种类;

?        控制量决定该调整的类别(如对比度、亮度等)及需要调整的量。

这样,各控制电路虽然挂在同一条总线上,却彼此独立,互不相关。

IIC总线在传送数据过程中共有三种类型信号:

?        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为高电平时,SDA由低电平向高电平跳变,结束传送数据。

?        数据传输信号:在开始条件以后,时钟信号SCL的高电平周期期问,当数据线稳定时,数据线SDA的状态表示数据有效,即数据可以被读走,开始进行读操作。在时钟信号SCL的低电平周期期间,数据线上数据才允许改变。每位数据需要一个时钟脉冲。

?        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。

目前有很多半导体集成电路上都集成了IIC接口。带有IIC接口的单片机有:CYGNAL C8051F0XX系列,PHILIPSP87LPC7XX系列,MICROCHIPPIC16C6XX系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供IIC接口。

2.3       总线基本操作

IIC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。

2.3.1 控制字节

在起始条件之后,必须是器件的控制字节,其中高四位为器件类型识别符(不同的芯片类型有不同的定义,EEPROM一般应为1010),接着三位为片选,最后一位为读写位,当为1时为读操作,为0时为写操作。

2.3.2 写操作

写操作分为字节写和页面写两种操作,对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。关于页面写的地址、应答和数据传送的时序。

2.3.3 读操作

读操作有三种基本操作:当前地址读、随机读和顺序读。图4给出的是顺序读的时序图。应当注意的是:最后一个读操作的第9个时钟周期不是“不关心”。为了结束读操作,主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。

2.3.4 总线仲裁

主机只能在总线空闲的时候启动传输。两个或多个主机可能在起始条件的最小持续内产生一个起始条件,结果在总线上产生一个规定的起始条件。

SCL线是高电平时,仲裁在SDA线发生:这样,在其他主机发送低电平时,发送高电平的主机将断开它的数据输出级,因为总线上的电平和它自己的电平不同。

仲裁可以持续多位。从地址位开始,同一个器件的话接着就是数据位(如果主机-发送器),或者比较相应位(如果主机-接收器)。IIC总线的地址和数据信息由赢得仲裁的主机决定,在这个过程中不会丢失信息。

仲裁不能在下面情况之间进行:

?        重复起始条件和数据位;

?        停止条件和数据位;

?        重复起始条件和停止条件。

2.4       特性总结

?        IIC肯定是2线的(不算地线)IIC协议确实很科学,3/4线的SPI要好,当然线多通讯速率相对就快了

?        IIC的原则是

l        SCL=1(高电平),SDA千万别忽悠!!!否则,SDA下跳则"判罚""起始信号S",SDA上跳则"判罚""停止信号P".

l        SCL=0(低电平),SDA随便忽悠!!!(可别忽悠过火到SCL跳高)

?        每个字节后应该由对方回送一个应答信号ACK做为对方在线的标志.非应答信号一般在所有字节的最后一个字节后.一般要由双方协议签定.

?        SCL必须由主机发送,否则天下大乱

?        首字节是"片选信号",7位从机地址加1位方向(读写)控制.从机收到(听到)自己的地址才能发送应答信号(必须应答!!!)表示自己在线.其他地址的从机不允许忽悠!!!(当然群呼可以忽悠但只能听不许说话)

?        读写是站在主机的立场上定义的.""是主机接收从机数据,""是主机发送数据给从机.

?        重复位主要用于主机从发送模式到接收模式的转换"信号",由于只有2线,所以收发转换肯定要比SPI复杂,因为SPI可用不同的边沿来收发数据,IIC不行.

?        在硬件IIC模块,特别是MCU/ARM/DSP等每个阶段都会得到一个准确的状态码,根据这个状态码可以很容易知道现在在什么状态和什么出错信息.

?        7IIC总线可以挂接127个不同地址的IIC设备,0"设备"作为群呼地址.10IIC总线可以挂接更多的10IIC设备.

原文地址: 作者:


3.1       LinuxIIC驱动架构

Linux定义了系统的IIC驱动体系结构,在Linux系统中,IIC驱动由3部分组成,即IIC核心、IIC总线驱动和IIC设备驱动。这3部分相互协作,形成了非常通用、可适应性很强的IIC框架。

3.1.1 IIC核心

IIC 核心提供了IIC总线驱动和设备驱动的注册、注销方法,IIC通信方法(即“algorithm”,笔者认为直译为运算方法并不合适,为免引起误解, 下文将直接使用“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。

在我们的Linux驱动的i2c文件夹下有algosbusseschips三个文件夹,另外还有i2c-core.ci2c-dev.c两个文件。

i2c-core.c文件实现了I2Ccore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I2Cdriver结构和I2Cadapter结构。I2Ccore提供接口函数,允许一个I2CadatperI2CdriverI2Cclient初始化时在I2Ccore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。

3.1.2 IIC总线驱动

IIC总线驱动是对IIC硬件体系结构中适配器端的实现,适配器可由CPU控制,甚至直接集成在CPU内部。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。

IIC总线驱动主要包含了IIC适配器数据结构i2c_adapterIIC适配器的algorithm数据结构i2c_algorithm和控制IIC适配器产生通信信号的函数。经由IIC总线驱动的代码,我们可以控制IIC适配器以主控方式产生开始位、停止位、读写周期,以及以从设备方式被读写、产生ACK等。

 Busses文件夹下的i2c-mpc.c文件实现了PowerPCI2C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。I2Cadapter 构造一个对I2Ccore层接口的数据结构,并通过接口函数向I2Ccore注册一个控制器。I2Cadapter主要实现对I2C总线访问的算法,iic_xfer() 函数就是I2Cadapter底层对I2C总线读写方法的实现。同时I2Cadpter 中还实现了对I2C控制器中断的处理函数。

3.1.3 IIC设备驱动

IIC设备驱动是对IIC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IIC适配器上,通过IIC适配器与CPU交换数据。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。

IIC设备驱动主要包含了数据结构i2c_driveri2c_client,我们需要根据具体设备实现其中的成员函数。

i2c-dev.c文件中实现了I2Cdriver,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openreleasereadwrite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 readwrite函数完成对I2C设备的读写操作。

通过I2Cdriver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readwriteioctl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。

原文地址: 作者:


3.1       LinuxIIC驱动开发

3.2.1 IIC总线驱动

在系统开机时,首先装载的是I2C总线驱动。一个总线驱动用于支持一条特定的I2C总线的读写。一个总线驱动通常需要两个模块,一个struct i2c_adapter和一个struct i2c_algorithm来描述:

static struct i2c_adapter pb1550_board_adapter =

{

  name:              "pb1550 adapter",

  id:                I2C_HW_AU1550_PSC,

  algo:              NULL,

  algo_data:         &pb1550_i2c_info,

  inc_use:           pb1550_inc_use,

  dec_use:           pb1550_dec_use,

  client_register:   pb1550_reg,

  client_unregister: pb1550_unreg,

  client_count:      0,

};

这个样例挂接了一个叫做“pb1550 adapter”的驱动。但这个模块并未提供读写函数,具体的读写方法由第二个模块,struct i2c_algorithm提供。

static struct i2c_algorithm au1550_algo =

{

 .name         = "Au1550 algorithm",

 .id      = I2C_ALGO_AU1550,

 .master_xfer = au1550_xfer,

 .functionality     = au1550_func,

};

i2c_adap->algo = &au1550_algo;

这个样例给上述总线驱动增加了读写算法。通常情况下每个I2C总线驱动都定义一个自己的读写算法,但鉴于有些总线使用相同的算法,因而可以共用同一套读写函数。本例中的驱动定义了自己的读写算法模块,起名叫“Au1550 algorithm”

全部填妥后,通过调用:

i2c_add_adapter(i2c_adap);

将这两个模块注册到操作系统里,总线驱动就算装上了。对于AMD au1550,这部分已经由AMD提供了。

3.2.2 IIC设备驱动

I2C的设备驱动是通过i2c_add_driver(&my_driver)i2c-core注册的,my_driver中的核心是detach_client attach_adapter函数,在attach_adapter中通过probe探测到总线上的设备并把设备和驱动建立连接以完成设备的初始化。

设备驱动透过I2C总线同具体的设备进行通讯。一个设备驱动有两个模块来描述,struct i2c_driverstruct i2c_client

当系统开机、I2C总线驱动装入完成后,就可以装入设备驱动了。首先装入如下结构:

static struct i2c_driver zlg7290_driver = {

     .owner           = THIS_MODULE,

     .name            = DEV_NAME,

//   .id          = I2C_DRIVERID_ZLG7290,

     .flags             = I2C_DF_NOTIFY,

     .attach_adapter     = zlg7290_attach_adapter,

     .detach_client       = zlg7290_detach_client,

};

 

i2c_add_driver(&zlg7290_driver);

这个i2c_driver一旦装入完成,其中的attach_adapter函数就会被调用。

如何探测总线上的设备、Linuxi2c设备地址如何标识并引用?

I2C, 典型的attach_adapter如下所示:

static int my_attach(struct i2c_adapter *adapter)

{

return i2c_probe(adapter, &addr_data, zlg7290_detect);

}

static int zlg7290_detect (struct i2c_adapter *adapter, int address, int kind)

{

    ..........

}

3.2.2.1            IIC设备探测

注意探测可能会找到多个设备,因而不仅一个I2C总线可以挂多个不同类型的设备,一个设备驱动也可以同时为挂在多个不同I2C总线上的设备服务。

每当设备驱动探测到了一个它能支持的设备,它就创建一个struct i2c_client来标识这个设备:

struct i2c_client *new_client;

……

    new_client->addr = address;

    new_client->adapter = adapter;

    new_client->driver = &zlg7290_driver;

    new_client->flags = 0;

    /* Fill in the remaining client fields */

    strlcpy(new_client->name, DEV_NAME, I2C_NAME_SIZE);

    /* Tell the I2Clayer a new client has arrived */

    if ((err = i2c_attach_client(new_client))){

        printk("i2cattach client error.\n");

        goto exit_kfree;

    }

可见,一个i2c_client代表着位于adapter总线上,地址为address,使用zlg7290_driver来驱动的一个设备。它将总线驱动与设备驱动,以及设备地址绑定在了一起。一个i2c_client就代表着一个I2C设备。

当得到I2C设备后,就可以直接对此设备进行读写:

/*

  * The master routines are the ones normally used to transmit data to devices

  * on a bus (or read from them). Apart from two basic transfer functions to

  * transmit one message at a time, a more complex version can be used to

  * transmit an arbitrary number of messages without interruption.

  */

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

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

3.2.2.2            linuxIIC设备地址

addr_data是在 include/linux/i2c.h 中定义的或自己在自己驱动程序中定义的一个i2c_client_address_data结构:

static struct i2c_client_address_data addr_data = {            \

    .normal_i2c    = normal_i2c,                    \

    .probe        = probe,                    \

    .ignore        = ignore,                    \

    .forces        = forces,                    \

}

若自己不定义,则用i2c.h中的默认定义。

/* i2c_client_address_data is the struct for holding default client addresses for a driver and for the parameters supplied on the command line */

struct i2c_client_address_data {

    unsigned short *normal_i2c;

    unsigned short *probe;

    unsigned short *ignore;

    unsigned short **forces;

};

根据作者自行定义设备地址与否,有两种情形:

a. 采用默认定义,一般是不会work,毕竟大多数i2c-core中是不可能提前知道所接设备地址的,这样通过i2c_probe()探测肯定不可能找到,也不可能建立两者之间的联系;况且,i2c_probe()属于i2c-core中的函数,i2c-core中管理着所有注册过的设备和驱动列表,i2c_probe()中也不能随意传入地址,否则容易导致系统混乱或有潜在的风险,所以i2c-core也不允许这么做!

b. 作者自行定义地址结构

典型例子如下:

若自行定义,则参考如下:

/* Addresses to scan */

static unsigned short normal_i2c[] = {I2C_KS0127_ADDON>>1,

                       I2C_KS0127_ONBOARD>>1, I2C_CLIENT_END};/// 实际设备的地址List

static unsigned short probe[2] =    {I2C_CLIENT_END, I2C_CLIENT_END};

static unsigned short ignore[2] =     {I2C_CLIENT_END, I2C_CLIENT_END};

static struct i2c_client_address_data addr_data = {

    normal_i2c,

    probe,

    ignore,

};

或者根本就不定义完整的i2c_client_address_data结构,只根据需要定义normal_i2c[],probe[],ignore[]forces[][],然后调用i2c_probe(adapter,&addr_data, &my_probe) 即可。

my_probe()中把实际的地址赋于i2c_client,调用i2c_set_clientdata()设置i2c_client->dev->drv_data,并调用i2c_attach_client(client)向系统注册设备。

最后,i2c_probe()中探测时的地址优先级:

forces[][], probe[], normal_i2c[](其中忽略ignore[]中的项)

I2c设备在实际使用中比较广泛,sensor,rtc,audio, codec,etc. 因设备复杂性不同,Linux中有些驱动中对地址的定义不在同一文件,这时多数情况都在arch中对设备作为platform_device进行初始化并注册的代码中。



原文地址: 作者:


3.2.1 具体开发实例

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define DEV_NAME "zlg7290"

/* Addresses to scan */

static unsigned short normal_i2c[] = {0x38, I2C_CLIENT_END };

// Insmod parameters

I2C_CLIENT_INSMOD_1(zlg7290);

//I2C_CLIENT_INSMOD;

/* Each client has this additional data */

struct zlg7290_device {

       struct i2c_client    client;

       struct cdev            dev;

};

static int zlg7290_attach_adapter(struct i2c_adapter *adapter);

static int zlg7290_detect(struct i2c_adapter *adapter, int address, int kind);

static int zlg7290_detach_client(struct i2c_client *client);

static ssize_t zlg7290_key_read(struct file *filp, char *buff, size_t count, loff_t *offp);

static ssize_t zlg7290_led_write(struct file *filp, const char *buff, size_t count, loff_t *offp);

static int zlg7290_open(struct inode *inode, struct file *filp);

/* This is the driver that will be inserted */

static struct i2c_driver zlg7290_driver = {

       .owner           = THIS_MODULE,

       .name            = DEV_NAME,

//     .id          = I2C_DRIVERID_ZLG7290,

       .flags             = I2C_DF_NOTIFY,

       .attach_adapter     = zlg7290_attach_adapter,

       .detach_client       = zlg7290_detach_client,

};

static struct file_operations zlg7290_fops = {

       .owner    =    THIS_MODULE,

       .open    =    zlg7290_open,

//     .release =     led_release,

       .write      =     zlg7290_led_write,

       .read      =    zlg7290_key_read,

};

static int zlg7290_attach_adapter(struct i2c_adapter *adapter)

{

//     printk("In function %s\n", __FUNCTION__);

       return i2c_probe(adapter, &addr_data, zlg7290_detect);

}

/* This function is called by i2c_probe */

static int zlg7290_detect(struct i2c_adapter *adapter, int address, int kind)

{

       struct i2c_client *new_client;

       struct zlg7290_device *pdev;

       dev_t dev_no;

       int err = 0;

       /* There are three ways we can read the EEPROM data:

          (1) I2Cblock reads (faster, but unsupported by most adapters)

          (2) Consecutive byte reads (100% overhead)

          (3) Regular byte data reads (200% overhead)

          The third method is not implemented by this driver because all

          known adapters support at least the second. */

//     printk("In function %s\n", __FUNCTION__);

       if (!i2c_check_functionality(adapter, I2C_FUNC_SMBUS_READ_BYTE_DATA

                                       | I2C_FUNC_SMBUS_BYTE)){

              printk("i2ccheck functionality error.\n");

              goto exit;

       }

       if (!(pdev = kmalloc(sizeof(struct zlg7290_device), GFP_KERNEL))) {

              printk("Kmalloc error.\n");

              err = -ENOMEM;

              goto exit;

       }

      

       memset(pdev, 0, sizeof(struct zlg7290_device));

      

      

       new_client = &pdev->client;

       i2c_set_clientdata(new_client, pdev);             

      

       new_client->addr = address;

       new_client->adapter = adapter;

       new_client->driver = &zlg7290_driver;

       new_client->flags = 0;

       /* Fill in the remaining client fields */

       strlcpy(new_client->name, DEV_NAME, I2C_NAME_SIZE);

       /* Tell the I2Clayer a new client has arrived */

       if ((err = i

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