学习笔记1: Linux设备驱动程序之I2C 基础架构篇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。
另外,I2C是一种多主机控制总线.它和USB总线不同,USB是基于master-slave机制,任何设备的通信必须由主机发起才可以.而 I2C 是基于multi master机制.一同总线上可允许多个master.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。
Linux 的I2C 驱动架构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，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。
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。
图1 I2C基础架构分析驱动程序代码一.先分析一下i2c架构的初始化代码如下:static int __init i2c_init(void){int retval;retval = bus_register(&i2c_bus_type);if (retval)return retval;retval = class_register(&i2c_adapter_class);if (retval)goto bus_err;retval = i2c_add_driver(&dummy_driver);if (retval)goto class_err;return 0;class_err:class_unregister(&i2c_adapter_class);bus_err:bus_unregister(&i2c_bus_type);return retval;}subsys_initcall(i2c_init);很明显,i2c_init()会在系统初始化的时候被调用.在i2c_init中,先注册了i2c_bus_type的bus,i2c_adapter_class的class.然后再调用i2c_add_driver()注册了一个i2c driver.二.I2C驱动程序。
下面分别介绍两种方式的实现。
分别称为Adapter（LEGACY）和Probe方式（new style）”。
（1）adapter方式（LEGACY）（参考2.6.27内核的pca953x.c设备驱动程序代码，原始代码采用Probe方式）●构建i2c_driverstatic struct i2c_driver pca953x_driver = {.driver = {.name= "pca953x", //名称},.id= ID_pca9555,//id号.attach_adapter= pca953x_attach_adapter, //调用适配器连接设备.detach_client= pca953x_detach_client,//让设备脱离适配器};●注册i2c_driverstatic int __init pca953x_init(void){return i2c_add_driver(&pca953x_driver);}module_init(pca953x_init);●attach_adapter动作执行i2c_add_driver(&pca953x_driver)后，如果内核中已经注册了i2c适配器，则顺序调用这些适配器来连接i2c设备。
此过程是通过调用i2c_driver中的attach_adapter方法完成的。
实现形式如下：static int pca953x_attach_adapter(struct i2c_adapter *adapter){return i2c_probe(adapter, &addr_data, pca953x_detect);/*adapter:适配器addr_data:地址信息pca953x_detect：探测到设备后调用的函数*/}地址信息addr_data是由下面代码指定的。
/* Addresses to scan */static unsigned short normal_i2c[] = {0x20,0x21,0x22,0x23,0x24,0x25,0x26,0x27,I2C_CLIENT_END};I2C_CLIENT_INSMOD;注意：normal_i2c里的地址必须是你i2c芯片的地址。
否则将无法正确探测到设备。
而I2C_CLIENT_INSMOD是一个宏，它会利用normal_i2c构建addr_data。
●构建i2c_client，并注册字符设备驱动i2c_probe在探测到目标设备后，后调用pca953x_detect，并把当时的探测地址address作为参数传入。
static int pca953x_detect(struct i2c_adapter *adapter, int address, int kind){struct i2c_client *new_client;struct pca953x_chip *chip; //设备结构体int err = 0,result;dev_t pca953x_dev=MKDEV(pca953x_major,0);//构建设备号，根据具体情况设定，这里我只考虑了normal_i2c中只有一个地址匹配的情况。
if (!i2c_check_functionality(adapter, I2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA| I2C_FUNC_SMBUS_WORD_DATA))//判定适配器能力goto exit;if (!(chip = kzalloc(sizeof(struct pca953x_chip), GFP_KERNEL))) {err = -ENOMEM;goto exit;}/****构建i2c-client****/chip->client=kzalloc(sizeof(struct i2c_client),GFP_KERNEL);new_client = chip->client;i2c_set_clientdata(new_client, chip);new_client->addr = address;new_client->adapter = adapter;new_client->driver = &pca953x_driver;new_client->flags = 0;strlcpy(new_client->name, "pca953x", I2C_NAME_SIZE);if ((err = i2c_attach_client(new_client)))//注册i2c_clientgoto exit_kfree;if (err)goto exit_detach;if(pca953x_major){result=register_chrdev_region(pca953x_dev,1,"pca953x");}else{result=alloc_chrdev_region(&pca953x_dev,0,1,"pca953x");pca953x_major=MAJOR(pca953x_dev);}if (result < 0) {printk(KERN_NOTICE "Unable to get pca953x region, error %d\n", result);return result;}pca953x_setup_cdev(chip,0); //注册字符设备，此处不详解return 0;exit_detach:i2c_detach_client(new_client);exit_kfree:kfree(chip);exit:return err;}●字符驱动的具体实现函数操作struct file_operations pca953x_fops = {.owner = THIS_MODULE,.ioctl= pca953x_ioctl,.open= pca953x_open,.read= pca953x_read,.write= pca953x_write,.release =pca953x_release,};字符设备驱动本身即是通过open()建立与文件之间的关系,read()函数实现用户读取I2C设备的数据,write()函数实现用户数据写入I2C设备.（2）Probe方式（new style）●构建i2c_driver和LEGACY方式一样，也需要构建i2c_driver，但是内容有所不同。