linux内核的I2C子系统

1、I2C总线汇总概念

　　(1)三根信号线：SCL、SDA、GND

　　(2)同步、串行、电平、低速、近距离

　　(3)总线式结构，支持多个设备挂接在同一条总线上

　　(4)主从式结构，通信双方必须一个为主（master）一个为从（slave），主设备掌握每次通信的主动权，从设备按照主设备的节奏被动响应（如果从设备需要主设备访问，需要增加中断功能，比如触摸屏，当有位移变化，触摸屏芯片会产生一个中断，然后主设备就会访问从设备）。每个从设备在总线中有唯一的地址（slave address），主设备通过从地址找到自己要通信的从设备（本质是广播）。

　　(5)I2C主要用途就是主SoC与外围设备之间的通信，最大的优势就是总线上可以扩展多个外围设备的支持，比如常见的物联网传感器芯片。

　　(6)电容触摸屏芯片的多个引脚构成2个接口。一个接口是I2C的，负责和主SoC连接（本身作为从设备），主SoC通过该接口初始化及控制电容触摸屏芯片、芯片通过该接口向SoC汇报触摸事件的信息（触摸坐标等），我们使用电容触摸屏时重点关注的是这个接口；另一个接口是电容触摸板的管理接口，电容触摸屏芯片通过该接口来控制触摸板硬件。该接口是电容触摸屏公司关心的，他们的触摸屏芯片内部固件编程要处理这部分，我们使用电容触摸屏的人并不关心这里。

 

2、linux内核的I2C驱动框架总览

　　(1)I2C驱动框架的主要目标是：让驱动开发者可以在内核中方便的添加自己的I2C设备的驱动程序，从而可以更加容易的在linux下驱动自己的I2C接口硬件。

　　(2)源码中I2C相关的驱动均位于：driver/i2c目录下。linux系统提供两种I2C驱动实现方法：第一种叫i2c-dev，对应于driver/i2c/i2c-dev.c，这种方法只是封装了主机（I2C master，一般是SOC中内置的I2C控制器）的I2C的基本操作，并且向应用层提供相应的操作接口，应用层代码需要自己去实现对slave的控制和操作，所以这种I2C驱动相当于只是提供给应用层可以访问slave硬件设备的接口，本身并未对硬件做任何操作，应用需要实现对硬件的操作，因此写应用的人必须对硬件非常了解，其实相当于传统的驱动中干的活儿丢给应用去做了，所以这种I2C驱动又叫做“应用层驱动”，这种方式并不主流，它的优势是把差异化都放在应用中，这样在设备比较难缠（尤其是slave是非标准I2C时）时不用动驱动，而只需要修改应用就可以实现对各种设备的驱动。

　　(3)第二种I2C驱动是所有的代码都放在驱动层实现，直接向应用层提供最终结果。应用层甚至不需要知道这里面有I2C存在，譬如电容式触摸屏，直接向应用层提供dev/input/event1的操作接口，应用层编程的人根本不知道event1中涉及到了I2C。

 

3、I2C子系统的4个关键结构体

　　(1)struct i2c_adapter，I2C适配器(即I2C主机控制器驱动)，主要是用于操控S5PV210内部的I2C外设，S5PV210内部的I2C外设包含5个寄存器（I2CCON0、I2CSTAT0、I2CADD0、I2CDS0、I2CLC0），该文件就是用来操控这5个寄存器，与I2C从设备没有任何关系。

　　(2)struct i2c_algorithm，I2C算法，主要是用来描述I2C主控设备与从机之间进行通信的算法（即时序），I2C主控与外设通信是通过I2C适配器（主控制器）的，所以该结构体一般是包含在i2c_adapter里面

　　(3)struct i2c_client，I2C(从机)设备信息，硬件的信息放在i2c_client文件里面，i2c_client和i2c_driver在I2C总线里面进行匹配，匹配上之后i2c_client将硬件信息传给i2c_driver，i2c_driver在probe函数里面使用这些硬件信息对硬件进行初始化和操作，从而使硬件可以工作。

　　(4)struct i2c_driver, I2C(从机)设备驱动

 

4、关键文件分析

　　(1)i2c-core.c 驱动开发中内核给我们实现的那一部分，里面的代码全部和硬件无关，主要是I2C软件层面的一些代码。

　　(2)busses目录 里面放置的是一些已经移植好的i2c_adapter(主控制器驱动),我们主要分析的是i2c_s3c2410.c(这里面放置的就是S3C2410的i2c主控制器的操作（S5PV210内置的I2C主控制器与S3C2410的一样（5个寄存器一样））),

　　(3)algos目录 linux内核自己实现的一些算法。

 

5、I2C子系统代码之i2c-core.c详细分析

　　(1)该文件也是当作一个模块来实现的，因此需要找到insmod和rmmod所执行的函数。
　 　　  postcore_initcall(i2c_init); //说明该函数不是动态加载的，而是开机的时候加载的模块。i2c_init主要是用来装载I2C总线（整个I2C是怎样初始化起来的）
　　　 　　　retval = bus_register(&i2c_bus_type); //注册了一个I2C总线模块

　　　　module_exit(i2c_exit);　

　　(2)i2c总线的匹配机制

　　　　a、match函数
　　　　b、probe函数

　　　　
　　　　总结：I2C总线上有2条分支：i2c_client链和i2c_driver链，当任何一个driver或者client去注册时，I2C总线都会调用match函数去对client.name和driver.id_table.name进行循环匹配。如果driver.id_table中所有的id都匹配不上则说明client并没有找到一个对应的driver，没了；如果匹配上了则标明client和driver是适用的，那么I2C总线会调用自身的probe函数，自身的probe函数又会调用driver中提供的probe函数，driver中的probe函数会对设备进行硬件初始化和后续工作。

　　(3)核心层开放给其他部分的注册接口
　　　　a、i2c_add_adapter/i2c_add_numbered_adapter   注册adapter(主机控制器端的注册)的,比如在i2c-s3c2410.c里面调用 i2c_add_numbered_adapter(&i2c->adap)注册一个adapter;

　　　　b、i2c_add_driver   注册driver的
　　　　c、i2c_new_device   注册client的

 

6、I2C子系统代码之i2c-adapter.c详细分析

  　(1)该文件主要是用来存放s3c2410的i2c主机控制器的操作函数。

　　(2)i2c主机控制器（adapter）是s5pv210的一个内置外设，所以这里调用platform_driver_register（）函数注册了一个平台总线驱动，其对应的设备信息在mach-x210.c的smdkc110_devices中，匹配是通过其中的name进行的。

　　(3)s3c24xx_i2c_probe函数分析

　　　　a、填充一个i2c_adapter结构体，并且调用接口去注册之

 　　　 b、从platform_device接收硬件信息，做必要的处理（request_mem_region & ioremap、request_irq等）

　　　　c、对硬件做初始化（直接操作210内部I2C控制器的寄存器

 

7、I2C子系统代码之i2c_algorithm详细分析

 　　(1)i2c->adap.algo = &s3c24xx_i2c_algorithm;

　　 (2)functionality
　　 (3)s3c24xx_i2c_doxfer

 

 

8、I2C子系统代码之i2c_driver与i2c_client分析

 (1)i2c_client直接来源：i2c_register_board_info

　　smdkc110_machine_init
　　　　i2c_register_board_info

　　struct i2c_board_info {
　　　　char type[I2C_NAME_SIZE]; // 设备名
　　　　unsigned short flags; // 属性
　　　　unsigned short addr; // 设备从地址
　　　　void *platform_data; // 设备私有数据
　　　　struct dev_archdata *archdata;
　　　　#ifdef CONFIG_OF
　　　　　　struct device_node *of_node;
　　　　#endif
　　　　int irq; // 设备使用的IRQ号，对应CPU的EINT
　　};

 

 

 (2)实现原理分析

　　内核维护一个链表 __i2c_board_list，这个链表上链接的是I2C总线上挂接的所有硬件设备的信息结构体。也就是说这个链表维护的是一个struct i2c_board_info结构体链表。
真正的需要的struct i2c_client在别的地方由__i2c_board_list链表中的各个节点内容来另外构建生成。

　　函数调用层次：
　　i2c_add_adapter/i2c_add_numbered_adapter
　　　　i2c_register_adapter
　　　　　　i2c_scan_static_board_info
　　　　　　　　i2c_new_device
　　　　　　　　　　device_register

总结：I2C总线的i2c_client的提供是内核通过i2c_add_adapter/i2c_add_numbered_adapter接口调用时自动生成的，生成的原料是mach-x210.c中的i2c_register_board_info(1, i2c_devs1, ARRAY_SIZE(i2c_devs1));

 

补充：gslX680驱动的移植实践
　　(1)源码获取
　　(2)源码加入内核中
　　(3)mach文件中添加board_info
　　(4)编译后内核去启动
5.9.13.2、在内核配置中添加CONFIG项
　　(1)定义一个宏名，譬如CONFIG_TOUCHSCREEN_GSLX680
　　(2)在代码中使用宏来条件编译
　　(3)在Makefile中使用宏来条件配置
　　(4)在Kconfig项目中添加宏的配置项
　　(5)make menuconfig并选择Y或者N