11_I2C_Adapter驱动框架讲解与编写#

I2C_Adapter驱动框架讲解与编写#

参考资料：

  • Linux内核文档:

    • Linux-4.9.88\Documentation\devicetree\bindings\i2c\i2c-gpio.txt

    • Linux-5.4\Documentation\devicetree\bindings\i2c\i2c-gpio.yaml

  • Linux内核驱动程序：使用GPIO模拟I2C

    • Linux-4.9.88\drivers\i2c\busses\i2c-gpio.c

    • Linux-5.4\drivers\i2c\busses\i2c-gpio.c

  • Linux内核真正的I2C控制器驱动程序

    • IMX6ULL: Linux-4.9.88\drivers\i2c\busses\i2c-imx.c

    • STM32MP157: Linux-5.4\drivers\i2c\busses\i2c-stm32f7.c

  • 本节视频的代码在GIT仓库里

    • IMX6ULL：doc_and_source_for_drivers\IMX6ULL\source\04_I2C\05_i2c_adapter_framework

    • STM32MP157：doc_and_source_for_drivers\STM32MP157\source\A7\04_I2C\05_i2c_adapter_framework

1. 回顾#

1.1 2C驱动程序的层次#

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1.2 I2C总线-设备-驱动模型#

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2. I2C_Adapter驱动框架#

2.1 核心的结构体#

1. i2c_adapter#

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2. i2c_algorithm#

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  • master_xfer：这是最重要的函数，它实现了一般的I2C传输，用来传输一个或多个i2c_msg

  • master_xfer_atomic：

    • 可选的函数，功能跟master_xfer一样，在atomic context环境下使用

    • 比如在关机之前、所有中断都关闭的情况下，用来访问电源管理芯片

  • smbus_xfer：实现SMBus传输，如果不提供这个函数，SMBus传输会使用master_xfer来模拟

  • smbus_xfer_atomic：

    • 可选的函数，功能跟smbus_xfer一样，在atomic context环境下使用

    • 比如在关机之前、所有中断都关闭的情况下，用来访问电源管理芯片

  • functionality：返回所支持的flags：各类I2C_FUNC_*

  • reg_slave/unreg_slave：

    • 有些I2C Adapter也可工作与Slave模式，用来实现或模拟一个I2C设备

  • reg_slave就是让把一个i2c_client注册到I2C Adapter，换句话说就是让这个I2C Adapter模拟该i2c_client

    • unreg_slave：反注册

2.2 驱动程序框架#

分配、设置、注册一个i2c_adpater结构体：

  • i2c_adpater的核心是i2c_algorithm

  • i2c_algorithm的核心是master_xfer函数

1. 所涉及的函数#

  • 分配

    struct i2c_adpater *adap = kzalloc(sizeof(struct i2c_adpater), GFP_KERNEL);

  • 设置

    adap->owner = THIS_MODULE;
adap->algo = &stm32f7_i2c_algo;

  • 注册：i2c_add_adapter/i2c_add_numbered_adapter

    ret = i2c_add_adapter(adap);          // 不管adap->nr原来是什么，都动态设置adap->nr
ret = i2c_add_numbered_adapter(adap); // 如果adap->nr == -1 则动态分配nr; 否则使用该nr

  • 反注册

    i2c_del_adapter(adap);

2. i2c_algorithm示例#

  • Linux-5.4中使用GPIO模拟I2C image-20210305113415616

  • Linux-5.4中STM32F157的I2C驱动 image-20210305113645634

  • Linux-4.9.88中IMX6ULL的I2C驱动 image-20210305114254418

3. 编写一个框架程序#

3.1 设备树#

在设备树里构造I2C Bus节点：

	i2c-bus-virtual {
		 compatible = "100ask,i2c-bus-virtual";
	};

3.2 platform_driver#

分配、设置、注册platform_driver结构体。

核心是probe函数，它要做这几件事：

  • 根据设备树信息设置硬件(引脚、时钟等)

  • 分配、设置、注册i2c_apdater

3.3 i2c_apdater#

i2c_apdater核心是master_xfer函数，它的实现取决于硬件，大概代码如下：

static int xxx_master_xfer(struct i2c_adapter *adapter,
						struct i2c_msg *msgs, int num)
{
    for (i = 0; i < num; i++) {
        struct i2c_msg *msg = msgs[i];
        {
        	// 1. 发出S信号: 设置寄存器发出S信号
            CTLREG = S;
            
            // 2. 根据Flag发出设备地址和R/W位: 把这8位数据写入某个DATAREG即可发出信号
            //    判断是否有ACK
            
            if (!ACK)
                return ERROR;
            else {
	            // 3. read / write
	            if (read) {
                    STATUS = XXX; // 这决定读到一个数据后是否发出ACK给对方
                    val = DATAREG; // 这会发起I2C读操作
                } else if(write) {
                    DATAREG = val; // 这会发起I2C写操作
                    val = STATUS;  // 判断是否收到ACK
                    if (!ACK)
                        return ERROR;
                }                
            }
            // 4. 发出P信号
            CTLREG = P;
        }
    }
    
    return i;
}