Linux IIC 驱动详解
目录
3.IIC 设备驱动层（I2C Device Driver）
一、引言
IIC（Inter - Integrated Circuit）总线是一种广泛应用于集成电路之间通信的串行总线协议。在 Linux 系统中，IIC 驱动提供了一种标准的方式来实现与 IIC 设备的通信。理解 Linux IIC 驱动对于开发基于 IIC 接口的设备驱动程序至关重要。
二、IIC 总线概述
1.物理连接与电气特性
- IIC 总线由两根线组成，分别是数据线 SDA（Serial Data Line）和时钟线 SCL（Serial Clock Line）。SDA 和 SCL 这两根线必须要接一个上拉电阻，一般是 4.7K。其余的 I2C 从器件都挂接到 SDA 和 SCL 这两根线上，这样就可以通过 SDA 和 SCL 这两根线来访问多个 I2C设备。
- 多个 IIC 设备可以连接到同一组 SDA 和 SCL 线上，通过设备地址来区分不同的设备。设备地址是一个 7 位或 10 位的值，在通信开始时用于选择目标设备。
- 当 SCL 为高电平时，SDA 的数据必须保持稳定，只有在 SCL 为低电平时，SDA 的数据才能改变，这是 IIC 协议保证数据正确传输的重要规则。
2.通信协议基础
- IIC 通信以起始条件（Start Condition）开始，起始条件是在 SCL 为高电平时，SDA 从高电平变为低电平。通信以停止条件（Stop Condition）结束，停止条件是在 SCL 为高电平时，SDA 从低电平变为高电平。
- 数据传输时，每个字节（8 位）的数据后面都跟着一个应答位（ACK）。接收方在收到一个字节的数据后，会在第 9 个时钟周期拉低 SDA 表示应答，拉高 SDA 表示非应答。
- IIC 支持不同的传输速率，标准模式下最高速率为 100Kbps，快速模式下最高可达 400Kbps，高速模式下可以达到 3.4Mbps。
三、Linux IIC 驱动架构
1.IIC 核心层（I2C Core）
- 提供了 IIC 总线驱动和设备驱动的注册、注销等管理功能。它定义了统一的接口和数据结构，是 IIC 总线和设备驱动之间的桥梁。
- 例如，
i2c_adapter结构体用于描述 IIC 总线适配器（通常是芯片内部的 IIC 控制器）的信息，包括操作函数集（如发送起始条件、停止条件、发送数据等操作）。i2c_client结构体用于描述 IIC 设备的信息，如设备地址、设备名称等。 - 核心层还负责处理 IIC 通信的一些共性问题，如并发访问控制等。
2.IIC 总线驱动层（I2C Bus Driver）
- 直接与硬件 IIC 控制器交互，实现 IIC 通信的底层操作。它需要实现
i2c_adapter结构体中的操作函数，将 IIC 协议的物理操作（如产生起始条件、发送数据位等）转换为对硬件寄存器的读写操作。 - 不同的芯片有不同的 IIC 控制器，因此总线驱动层需要根据具体的芯片硬件进行定制开发。例如，对于某一款 ARM 芯片的 IIC 控制器，总线驱动需要根据芯片手册配置控制器的寄存器，以实现正确的 IIC 通信。
3.IIC 设备驱动层（I2C Device Driver）
- 主要用于实现对特定 IIC 设备的操作。设备驱动层通过调用 IIC 核心层提供的接口，向 IIC 设备发送命令和数据，以及接收设备返回的数据。
- 设备驱动需要了解所驱动设备的具体协议和寄存器操作。例如，一个温度传感器 IIC 设备驱动，需要知道如何向传感器发送读取温度的命令，以及如何解析传感器返回的温度数据。
四、IIC 驱动开发步骤
1.设备树（Device Tree）配置（如果适用）
- 现在的 Linux 系统中，通常使用设备树来描述硬件设备。对于 IIC 设备，需要在设备树中定义 IIC 设备节点。
- 例如，定义一个 IIC 设备节点，包括设备地址、设备名称、可能还包括设备的一些特殊属性（如传感器的量程等）。
i2c_device {
compatible = "your_device_name";
reg = <0x50>; /* 设备地址 */
/* 其他属性 */
};2.编写 IIC 设备驱动程序
- 初始化函数：
- 在驱动初始化时，需要注册 IIC 设备驱动。通过
i2c_driver结构体来定义设备驱动的信息，包括设备驱动的名称、探测函数（probe函数）、移除函数（remove函数）等。 - 例如：
- 在驱动初始化时，需要注册 IIC 设备驱动。通过
static struct i2c_driver your_device_driver = {
.driver = {
.name = "your_device_name",
},
.probe = your_device_probe,
.remove = your_device_remove,
};
static int __init your_device_init(void)
{
return i2c_add_driver(&your_device_driver);
}探测函数（probe函数）：
- 当 IIC 设备与驱动匹配成功时，
probe函数会被调用。在这个函数中，主要进行设备的初始化操作，如获取 IIC 设备结构体（i2c_client）、检查设备是否可用、初始化设备的寄存器等。 - 可以通过
i2c_get_clientdata函数获取设备的私有数据，通过i2c_smbus_read_byte或i2c_smbus_write_byte等函数进行简单的 IIC 通信操作来检查设备是否正常工作。
操作函数实现：
- 根据设备的功能，实现相应的操作函数，如读取设备数据、写入设备数据等。这些操作通常是通过 IIC 核心层提供的接口函数来实现，如
i2c_master_send和i2c_master_recv函数用于发送和接收数据。 - 例如，对于一个读取 IIC 设备数据的函数：
ssize_t your_device_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
struct i2c_client *client = filp->private_data;
u8 data[count];
int ret;
ret = i2c_master_recv(client, data, count);
if (ret >= 0) {
if (copy_to_user(buf, data, count)) {
return -EFAULT;
}
return count;
}
return ret;
}- 移除函数（
remove函数）：
当设备被移除或者驱动被卸载时，remove函数会被调用。在这个函数中，需要释放设备占用的资源，如注销 IIC 设备、释放内存等操作。
static int your_device_remove(struct i2c_client *client)
{
i2c_unregister_device(client);
// 释放其他资源
return 0;
}3.编译和加载驱动模块
将编写好的驱动程序编译成内核模块，可以使用 Makefile 来进行编译。然后通过insmod命令加载驱动模块到内核中。加载成功后，驱动就可以与对应的 IIC 设备进行通信了。
五、IIC 驱动中的关键技术点
1.并发访问控制
- 由于多个进程可能同时访问 IIC 设备，因此需要进行并发访问控制。Linux IIC 驱动通常使用自旋锁（Spin Lock）或互斥锁（Mutex）来实现并发访问控制。
- 例如，在
probe函数和操作函数中，当访问共享的设备资源（如设备寄存器）时，可以使用自旋锁来保证同一时间只有一个进程能够访问。
2.错误处理和恢复
- IIC 通信可能会出现各种错误，如设备无应答、传输超时等。在驱动开发中，需要考虑这些错误情况并进行相应的处理。
- 可以通过检查 IIC 通信函数的返回值来判断是否出现错误。例如，
i2c_master_send函数返回负数表示出现错误。当出现错误时，可以尝试重新发送命令或者进行设备复位等恢复操作。
3.设备兼容性和可移植性
为了使 IIC 驱动具有良好的设备兼容性和可移植性，应该尽量使用 IIC 核心层提供的标准接口函数进行通信。同时，在设备树中合理定义设备属性，使得驱动能够根据不同的设备配置进行灵活调整。
六、总结
Linux IIC 驱动是一个复杂但功能强大的系统，它通过分层架构实现了对 IIC 设备的高效管理和通信。通过合理的设备树配置和驱动开发步骤，可以实现对各种 IIC 设备的支持。在开发过程中，需要注意并发访问控制、错误处理和设备兼容性等关键技术点，以确保驱动的稳定性和可靠性。
原文地址：https://blog.csdn.net/qq_38072731/article/details/144018215
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