I2C协议的介绍可以参考《I2C协议》，这里就不做太多介绍了。
看了很多书籍和博文，先把linux I2C的驱动架构讲解了一遍，但是linux的I2C驱动架构真的挺复杂的，但是仅看驱动的话，东西也不多，因为有很多东西内核已经帮我们实现了。所以我决定换一种方法，先看驱动代码，再看linux的I2C架构，先简单后复杂。
我们在fs6618开发板上，通过MMA8451a来看看I2C的程序，I2C驱动相关的我用+++++++来表明了一下，mma8451寄存器的操作相关的现在先不用关心，我们先看I2C驱动怎么来搭建起来的
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include "mma8451q_data.h"
/*****mma8541q的寄存器定义**********/
#define WHO_AM_I 0X0D
#define DEVICE_ID 0X1A
#define XYZ_DATA_RANGE 0X0E
#define CTRL_CFG1 0X2A
#define CTRL_CFG2 0X2B
#define ACC_X_H 0X01
#define ACC_X_L 0X02
#define ACC_Y_H 0X03
#define ACC_Y_L 0X04
#define ACC_Z_H 0X05
#define ACC_Z_L 0X06
/***************************************/
int major = 0;
struct mma8451q_data data;
struct i2c_client *mma8451q_client;
/******************************
功能:封装一个向mma8451q寄存器写数据函数
参数: client I2C设备对象+++++++++++++++++++++
reg:寄存器地址
data:数据
返回值:无
*******************************/
void mma8451q_write_con( struct i2c_client *client ,char reg ,char data)
{
int ret = 0;
char tx[] = {reg,data};
/*++++++++++++++++++++++++++++++
I2C 传输信息结构体的变量填充
+++++++++++++++++++++++++++++++*/
struct i2c_msg msgs[] = {
{.addr = client->addr, .flags = 0 , .len = sizeof(tx) , .buf = tx},
};
ret = i2c_transfer(client->adapter,msgs,ARRAY_SIZE(msgs));
if(ret < 0){
printk(KERN_INFO"i2c_transfer fail..%s,%d\n",__func__,__LINE__);
}
}
/******************************
功能:封装一个向mma8451q寄存器读数据函数
参数: client I2C设备对象
reg:寄存器地址
data:数据
返回值:无
*******************************/
char mma8451q_read_reg(struct i2c_client *client ,char reg )
{
int ret = 0;
char tx = reg;
char rx = 0;
/*++++++++++++++++++++++++++++++
I2C 传输信息结构体的变量填充
+++++++++++++++++++++++++++++++*/
struct i2c_msg msgs[] = {
{.addr = client->addr , .flags = 0 , .len = sizeof(tx) , .buf = &tx},
{.addr = client->addr , .flags = 1 , .len = sizeof(rx) , .buf = &rx},
};
ret = i2c_transfer(client->adapter,msgs,ARRAY_SIZE(msgs));
if(ret < 0){
printk(KERN_INFO"i2c_transfer fail..%s,%d\n",__func__,__LINE__);
}
return rx;
}
/*************************************
功能:file_operations 的open实现函数
**************************************/
int mma8451q_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
printk(KERN_INFO"%s,%d\n",__func__,__LINE__);
return 0;
}
/*************************************
功能:file_operations 的close实现函数
**************************************/
int mma8451q_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
printk(KERN_INFO"%s,%d\n",__func__,__LINE__);
return 0;
}
/*************************************
功能:file_operations 的read实现函数
**************************************/
ssize_t mma8451q_read(struct file *file, char __user *user, size_t size, loff_t *loff)
{
data.accx = mma8451q_read_reg(mma8451q_client ,ACC_X_H)<<8;
data.accx |= mma8451q_read_reg(mma8451q_client ,ACC_X_L);
data.accy = mma8451q_read_reg(mma8451q_client ,ACC_Y_H)<<8;
data.accy |= mma8451q_read_reg(mma8451q_client ,ACC_Y_L);
data.accz = mma8451q_read_reg(mma8451q_client ,ACC_Z_H)<<8;
data.accz |= mma8451q_read_reg(mma8451q_client ,ACC_Z_L);
if(copy_to_user(user,&data,sizeof(data))){
printk(KERN_INFO"copy_to_user fail..%s,%d\n",__func__,__LINE__);
return -EAGAIN;
}
return 0;
}
struct file_operations f_ops = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = mma8451q_read,
.open = mma8451q_open,
.release = mma8451q_release,
};
/******************************************
功能:i2c_driver 的probe实现函数
和当初的platform_driver中的
一样，linux匹配上I2C设备
和I2C driver后会执行这个函数
*******************************************/
int mma8415q_probe(struct i2c_client *client , const struct i2c_device_id *id)
{
mma8451q_client = client;//地址信息中断号都在这个里面
if(mma8451q_read_reg(client,WHO_AM_I) != DEVICE_ID){
printk(KERN_INFO"THIS DEVICE IS NOT MMA8451Q ....%s,%d\n",__func__,__LINE__);
return -EINVAL;
}
mma8451q_write_con(client,XYZ_DATA_RANGE,(mma8451q_read_reg(client,XYZ_DATA_RANGE)&~(0X3<<0))|(0X1<<1));
mma8451q_write_con(client,CTRL_CFG1,mma8451q_read_reg(client,CTRL_CFG1)|(0X1<<0));
mma8451q_write_con(client,CTRL_CFG2,(mma8451q_read_reg(client,CTRL_CFG2)&~(0X3<<0))|(0X1<<1));
major = register_chrdev(0,"mma8451q",&f_ops);
if(major < 0){
printk(KERN_INFO"register_chrdev ...%s,%d\n",__func__,__LINE__);
return -EINVAL;
}
printk(KERN_INFO"major :%d %s,%d\n",major,__func__,__LINE__);
return 0;
}
/******************************************
功能:i2c_driver 的probe实现函数
和当初的platform_driver中的
一样，linux监测到有I2C设备和
驱动脱离时后会执行这个
函数
*******************************************/
int mma8415q_remove(struct i2c_client *client)
{
unregister_chrdev(major,"mma8451q");
printk(KERN_INFO"%s,%d\n",__func__,__LINE__);
return 0;
}
struct i2c_device_id id_tables[] = {
{.name = "mma8451q"},
{}
};
/*++++++++++++++++++++++++++++++
创建一个I2C driver对象
类比一下我们之前学的
platform_driver
*++++++++++++++++++++++++++++++*/
struct i2c_driver mma8451q_drv = {
.probe = mma8415q_probe,
.remove = mma8415q_remove,
.driver = {
.name = "mma8451q",
.owner = THIS_MODULE,
},
.id_table = id_tables,
};
/*驱动模块初始化*/
static int __init mma8451q_init(void)
{
/*++++++++++++++++++++
添加I2C 设备驱动
++++++++++++++++++++*/
i2c_add_driver(&mma8451q_drv);
printk(KERN_INFO"%s,%d\n",__func__,__LINE__);
return 0;
}
/*驱动模块卸载*/
static void __exit mma8451q_exit(void)
{
/*++++++++++++++++++++
删除I2C设备驱动
+++++++++++++++++++++*/
i2c_del_driver(&mma8451q_drv);
printk(KERN_INFO"%s,%d\n",__func__,__LINE__);
}
module_init(mma8451q_init);
module_exit(mma8451q_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
之前在学习platform设备时，我们从三方面来分析的，总线，驱动，设备。总线用于匹配驱动和设备。I2C中我们也是可以笼统的这么区分的，上面的代码是驱动代码，内核会提供好总线部分，设备有厂商提供，当然我们也是可以自己写的。我们还是先来看看驱动把。
platform设备对应有platform_drvier,描述I2C设备对象的就有i2c_driver
struct i2c_driver {
unsigned int class;
/* Standard driver model interfaces */
int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *);
int (*remove)(struct i2c_client *);
/* driver model interfaces that don't relate to enumeration */
void (*shutdown)(struct i2c_client *);
int (*suspend)(struct i2c_client *, pm_message_t mesg);
int (*resume)(struct i2c_client *);
struct device_driver driver;
const struct i2c_device_id *id_table;
struct list_head clients;
..................
};
和之前的platform_driver是很类似的，probe函数设备与驱动匹配上后要执行的函数，remove是断开时执行的函数。
继承了驱动基类device_driver
idtable是为了与对应的I2C设备及逆行匹配的，填充name与I2C设备文件中或设备树中的一致。
struct i2c_device_id {
char name[I2C_NAME_SIZE];
kernel_ulong_t driver_data /* Data private to the driver */
__attribute__((aligned(sizeof(kernel_ulong_t))));
};
对应i2c_drvier的API操作函数
1、添加I2C设备驱动
函数原型：static inline int i2c_add_driver(struct i2c_driver *driver)
功能：添加I2C设备驱动
参数：驱动对象
2、删除I2C设备对象
函数原型：void i2c_del_driver(struct i2c_driver *driver)
功能：删除I2C设备
代码中还有个东东是i2c_client,这是个啥呢？这个起始就是对应的物理I2C设备，就相当于platform_device
struct i2c_client {
unsigned short flags; /* 标志位 */
unsigned short addr; /* 设备地址，低7bit为芯片地址 */
/* addresses are stored in the */
/* _LOWER_ 7 bits */
char name[I2C_NAME_SIZE]; /*设备*/
struct i2c_adapter *adapter; /* the adapter we sit on */
struct i2c_driver *driver; /* and our access routines */
struct device dev; /* the device structure */
int irq; /* irq issued by device */
struct list_head detected;
};
| 读写位1bit | 器件类型4bit | 自定义3bit |
最低位是读写位，0位写，1位读，中间4bit是器件类型，芯片厂商定义，自定义由用户自己设置。
i2c_client是设备信息，是由设备文件或设备树来完成填充的。
上述几项和platform中都差不多，下面看看I2C有什么特有的东西呢。
struct i2c_msg {
__u16 addr; /* slave address */
__u16 flags;
#define I2C_M_TEN 0x0010 /* this is a ten bit chip address */
#define I2C_M_RD 0x0001 /* read data, from slave to master */
#define I2C_M_NOSTART 0x4000 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
#define I2C_M_REV_DIR_ADDR 0x2000 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
#define I2C_M_IGNORE_NAK 0x1000 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
#define I2C_M_NO_RD_ACK 0x0800 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
#define I2C_M_RECV_LEN 0x0400 /* length will be first received byte */
__u16 len; /* msg length */
__u8 *buf; /* pointer to msg data */
};
内核为我们封装了I2C消息的结构体
addr：发送地址
flags:标志位，0表示是写，I2C_M_RD表示读，I2C_M_TEN表示从设备的地址为10bit
len:长度
buf：数据缓冲区指针
如何将这个消息发送出去呢？
int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num)
功能：发送I2C消息
参数：
adap 适配器，一会儿再细讲
msgs：消息结构体指针
num：发送消息数目
这基本就是驱动中要干的事情，看着也不难哈，那我们现在来看看内核中处理I2C到底是咋整滴。
上图呢就是I2C的驱动层次架构，我们先从下往上看。
硬件上，首先最下是I2C的设备，就比如我们的mpu6050，或者是EEPROM，挂接到了芯片的I2C模块上，I2C模块被称为I2C Adaptor，一个adaptor上可以挂接多个device。
软件上，硬件有adapter和device，那么软件上就需要来实现它，在那里呢？访问抽象层处实现了adapter，而驱动层实现的就是device相关的，而且看对应关系上，仍然是一个adapter可以对应多个client/driver。图形上看有点对称的意思。而在驱动层和访问抽象层中间还夹着一个I2C_CORE，它起到了桥梁的作用，向驱动层提供了驱动注册注销的方法和统一通信API接口。有了I2C_CORE，驱动层就不用管adapter的区别了。
说一些比较正式的，在Linux系统中，I2C驱动由3部分组成，即I2C核心，I2C总线驱动，I2C设备驱动。
a -- IIC核心---驱动层与总线层的桥梁
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””）上层的、与具体adapter无关的代码以及探测设备、检测设备地址的上层代码等。一个adapter就需要一个通信方法algorithm，设备的驱动如何做到与适配器adapter和算法无关呢？I2C_CORE来完成。这也是为什么在上面的驱动代码中，看起来很简洁，并没有与算法相关的东西的原因。
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。
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I2Cadatper，I2Cdriver和I2Cclient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。
b -- IIC总线驱动--通信方法algorithm的具体实现
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_adapter、IIC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。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。
c -- IIC设备驱动----实现一个设备操作集合的各种方法
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_driver和i2c_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。
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read，write及ioctl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。
在i2c_transfer中没有讲结构体adapter，现在我们算是对adapter这个东西有了解了，我们来看看它的真面目
struct i2c_adapter
{
struct module *owner; //模块计数
unsigned int id; //alogorithm的类型，定义于i2c_id.h中
unsigned int class; //允许探测的驱动类型
const struct i2c_algorithm *algo; //指向适配器的驱动程序
void *algo_data; //指向适配器的私有数据，根据不同的情况使用方法不同
int (*client_register)(struct i2c_client *); //设备client注册时调用
int (*client_unregister(struct i2c_client *); //设备client注销时调用
u8 level;
struct mutex bus_lock; //对总线进行操作时，将获得总线锁
struct mutex clist_lock ; //链表操作的互斥锁
int timeout; //超时
int retries; //重试次数
struct device dev; //指向 适配器的设备结构体
int nr ;
struct list_head clients; //连接总线上的设备的链表
char name[48]; //适配器名称
struct completion dev_released; //用于同步的完成量
};
最重要的呢就是const struct i2c_algorithm *algo; ，实现adapter的通信算法
struct i2c_algorithm {
/* If an adapter algorithm can't do I2C-level access, set master_xfer
to NULL. If an adapter algorithm can do SMBus access, set
smbus_xfer. If set to NULL, the SMBus protocol is simulated
using common I2C messages */
/* master_xfer should return the number of messages successfully
processed, or a negative value on error */
int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,
int num);
int (*smbus_xfer) (struct i2c_adapter *adap, u16 addr,
unsigned short flags, char read_write,
u8 command, int size, union i2c_smbus_data *data);
/* To determine what the adapter supports */
u32 (*functionality) (struct i2c_adapter *);
};
int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num);
就是要实现的通信算法，adapter驱动的大部分工作都在于此。i2c_transfer函数起始呢就是通过这里的master_xfer进行传输的。
int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num)
{
unsigned long orig_jiffies;
int ret, try;
if (adap->algo->master_xfer) {
.........
}
}
在linux内核中，I2C的总线驱动一般都已经实现了，所以通信算法这些东西我们就不用实现了，直接传递正确的参数就可以了。我们需要做的主要还是驱动层的代码。
好了，驱动这三个部分基本就理顺了。