手把手教你寫Linux I2C設備驅動

火星人 @ 2014-03-08 , reply:0
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Linux I2C驅動是嵌入式Linux驅動開發人員經常需要編寫的一種驅動,因為凡是系統中使用到的I2C設備,幾乎都需要編寫相應的I2C驅動去配置和控制它,例如 RTC實時時鐘晶元、音視頻採集晶元、音視頻輸出晶元、EEROM晶元、AD/DA轉換晶元等等.

Linux I2C驅動涉及的知識點還是挺多的,主要分為Linux I2C的匯流排驅動(I2C BUS Driver)和設備驅動(I2C Clients Driver),本文主要關注如何快速地完成一個具體的I2C設備驅動(I2C Clients Driver).關於Linux I2C驅動的整體架構、核心原理等可以在網上搜索其他相關文章學習.

注意:本系列文章的I2C設備驅動是基於Linux 2.6.18內核.

本文主要參考了Linux內核源碼目錄下的 ./Documentation/i2c/writing-clients 文檔.以手頭的一款視頻採集晶元TVP5158為驅動目標,編寫Linux I2C設備驅動.

1. i2c_driver結構體對象

每一個I2C設備驅動,創造一個i2c_driver結構體對象,該結構體包含了I2C設備探測和註銷的一些基本方法和信息,示例如下:

  1. static struct i2c_driver tvp5158_i2c_driver = {
  2. .driver = {
  3. .name = "tvp5158_i2c_driver",
  4. },
  5. .attach_adapter = &tvp5158_attach_adapter,
  6. .detach_client = &tvp5158_detach_client,
  7. .command = NULL,
  8. };

其中,name欄位標識本驅動的名稱(不要超過31個字元),attach_adapter和detach_client欄位為函數指針,這兩個函數在I2C設備註冊的時候會自動調用,需要自己實現這兩個函數,後面將詳細講述.

2. i2c_client 結構體對象

上面定義的i2c_driver對象,抽象為一個i2c的驅動模型,提供對i2C設備的探測和註銷方法,而i2c_client結構體則是代表著一個具體的i2c設備,該結構體有一個data指針,可以指向任何私有的設備數據,在複雜點的驅動中可能會用到.示例如下:

  1. struct tvp5158_obj{
  2. struct i2c_client client;
  3. int users; // how many users using the driver
  4. };
  5. struct tvp5158_obj* g_tvp5158_obj;

其中,users為示例,用戶可以自己在tvp5158_obj這個結構體裡面添加感興趣的欄位,但是i2c_client欄位不可少.具體用法後面再詳細講.

3. 設備註冊及探測功能

這一步很關鍵,按照標準的要求來寫,則Linux系統會自動調用相關的代碼去探測你的I2C設備,並且添加到系統的I2C設備列表中以供後面訪問.

我們知道,每一個I2C設備晶元,都通過硬體連接設定好了該設備的I2C設備地址.因此,I2C設備的探測一般是靠設備地址來完成的.那麼,要在驅動代碼中聲明你要探測的I2C設備地址列表,以及一個宏.示例如下:

  1. static unsigned short normal_i2c[] = {
  2. 0xbc >> 1,
  3. 0xbe >> 1,
  4. I2C_CLIENT_END

  5. };
  6. I2C_CLIENT_INSMOD;

normal_i2c 數組包含了你需要探測的I2C設備地址列表,並且以I2C_CLIENT_END作為結尾,注意,上述代碼中的0xbc和0xbe是我在硬體上為我的tvp5158分配的地址,硬體上我支持通過跳線將該地址設置為 0xbc 或者 0xbe,把這兩個地址均寫入到探測列表中,讓系統進行探測.如果你的I2C設備的地址是固定的,那麼,這裡可以只寫你自己的I2C設備地址,注意向右移位1.

宏 I2C_CLIENT_INSMOD 的作用網上有許多文章進行了詳細的講解,這裡我就不詳細描述了,記得加上就行,我們重點關注實現.

下一步就應該編寫第1步中的兩個回調函數,一個用於註冊設備,一個用於註銷設備.探測函數示例如下:

  1. static int tvp5158_attach_adapter(struct i2c_adapter *adapter)
  2. {
  3. return i2c_probe(adapter, &addr_data, &tvp5158_detect_client);
  4. }

這個回調函數系統會自動調用,我們只需要按照上述代碼形式寫好就行,這裡調用了系統的I2C設備探測函數,i2c_probe(),第三個參數為具體的設備探測回調函數,系統會在探測設備的時候調用這個函數,需要自己實現.示例如下:

  1. static int tvp5158_detect_client(struct i2c_adapter *adapter,int

    address,int kind)
  2. {
  3. struct tvp5158_obj *pObj;
  4. int err = 0;
  5. printk(KERN_INFO "I2C: tvp5158_detect_client at address %x ...\n", address);
  6. if( g_tvp5158_obj != NULL ) {
  7. //already allocated,inc user count, and return the allocated handle
  8. g_tvp5158_obj->users ;
  9. return 0;
  10. }
  11. /* alloc obj */
  12. pObj = kmalloc(sizeof(struct tvp5158_obj), GFP_KERNEL);
  13. if (pObj==0){
  14. return -ENOMEM;
  15. }
  16. memset(pObj, 0, sizeof(struct tvp5158_obj));
  17. pObj->client.addr = address;
  18. pObj->client.adapter = adapter;
  19. pObj->client.driver = &tvp5158_i2c_driver;
  20. pObj->client.flags = I2C_CLIENT_ALLOW_USE;
  21. pObj->users ;

  22. /* attach i2c client to sys i2c clients list */
  23. if((err = i2c_attach_client(&pObj->client))){
  24. printk( KERN_ERR "I2C: ERROR: i2c_attach_client fail! address=%x\n",address);
  25. return err;
  26. }
  27. // store the pObj
  28. g_tvp5158_obj = pObj;
  29. printk( KERN_ERR "I2C: i2c_attach_client ok! address=%x\n",address);
  30. return 0;
  31. }

到此為止,探測並且註冊設備的代碼已經完成,以後對該 I2C 設備的訪問均可以通過 g_tvp5158_obj 這個全局的指針進行了.

4. 註銷I2C設備

同理,設備註銷的回調函數也會自動被系統調用,只需要按照模板寫好設備註銷代碼,示例如下:

  1. static int tvp5158_detach_client(struct i2c_client *client)
  2. {
  3. int err;
  4. if( ! client->adapter ){
  5. return -ENODEV;
  6. }
  7. if( (err = i2c_detach_client(client)) ) {
  8. printk( KERN_ERR "Client deregistration failed (address=%x), client not detached.\n", client->addr);
  9. return err;
  10. }
  11. client->adapter = NULL;
  12. if( g_tvp5158_obj ){
  13. kfree(g_tvp5158_obj);
  14. }
  15. return 0;
  16. }

到此為止,設備的註冊和註銷代碼已經全部完成,下面要做的就是提供讀寫I2C設備的方法.

5. I2C設備的讀寫

對I2C設備的讀寫,Linux系統提供了多種介面,可以在內核的 i2c.h 中找到,這裡簡單介紹其中的兩種介面.

【介面一】:

  1. extern int i2c_master_send(struct i2c_client *,const char* ,int);
  2. extern int i2c_master_recv(struct

    i2c_client *,char* ,int);

第一個參數是 i2c_client 對象指針,第二個參數是要傳輸的數據buffer指針,第三個參數為buffer的大小.

【介面二】:

  1. extern int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msg, int num);

這個介面支持一次向I2C設備發送多個消息,每一個消息可以是讀也可以是寫,讀或者寫以及讀寫的目標地址(寄存器地址)均包含在msg消息參數裡面.

這些介面僅僅是最底層的讀寫方法,關於具體怎麼與I2C設備交互,比如具體怎麼讀晶元的某個特定寄存器的值,這需要看具體的晶元手冊,每個I2C晶元都會有具體的I2C寄存器讀寫時序圖.因此,為了在驅動中提供更好的訪問介面,還需要根據具體的時序要求對這些讀寫函數進行進一步封裝,這些內容將在後面的文章中講述.

6. 模塊初始化及其他

下一步就是整個模塊的初始化代碼和逆初始化代碼,以及模塊聲明了.

  1. static int __init tvp5158_i2c_init(void)
  2. {
  3. g_tvp5158_obj = NULL;
  4. return i2c_add_driver(&tvp5158_i2c_driver);
  5. }
  6. static void __exit tvp5158_i2c_exit(void)
  7. {
  8. i2c_del_driver(&tvp5158_i2c_driver);
  9. }
  10. module_init(tvp5158_i2c_init);
  11. module_exit(tvp5158_i2c_exit);
  12. MODULE_DESCRIPTION("TVP5158 i2c driver");
  13. MODULE_AUTHOR("Lujun @hust");
  14. MODULE_LICENSE("GPL");

在初始化的代碼裡面,添加本模塊的 i2c driver 對象,在逆初始化代碼裡面,刪除本模塊的 i2c driver 對象.

7. 總結

到此為止,算是從應用的角度把編寫一個I2C的設備驅動代碼講完了,很多原理性的東西我都沒有具體分析(其實我也了解的不深),以後會慢慢更深入地學習和了解,文中有什麼講述不正確的地方,歡迎留言或者來信lujun.hust@gmail.com交流.

讀到,大家可能還有一個疑問,這個驅動寫完了怎麼在用戶空間(應用層)去使用它呢?本文不想把代碼弄得太多太複雜,怕提高理解的難度,就沒有講,其實要想在用戶空間使用該I2C設備驅動,則還需要藉助字元設備驅動來完成,即為這個I2C設備驅動封裝一層字元設備驅動,這樣,用戶空間就可以通過對字元設備驅動的訪問來訪問I2C設備,這個方法我會在後面的文章中講述.

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