IIC设备驱动程序

IIC设备驱动程序IIC设备是一种通过IIC总线连接的设备，由于其简单性，被广泛引用于电子系统中。在现代电子系统中，有很多的IIC设备需要进行相互之间通信IIC总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微处理器和外部IIC设备。IIC设备产生于20世纪80年代，最初专用与音频和视频设备，现在在各种电子设备中都广泛应用IIC总线有两条总线线路，一条是串行数据线（SDA），一条是串行时钟线（SCL）。SDA负责数据传输，SCL负责数据传输的时钟同步。IIC设备通过这两条总线连接到处理器的IIC总线控制器上。一种典型的设备连接如图：与其他总线相比，IIC总线有很多重要的特点。在选择一种设备来完成特定功能时，这些特点是选择IIC设备的重要依据。主要特点：1，每一个连接到总线的设备都可以通过唯一的设备地址单独访问2，串行的8位双向数据传输，位速率在标准模式下可达到100kb/s;快速模式下可以达到400kb/s;告诉模式下可以达到3.4Mb/s3，总线长度最长7.6m左右4，片上滤波器可以增加抗干扰能力，保证数据的完成传输5，连接到一条IIC总线上的设备数量只受到最大电容400pF的限制6，它是一个多主机系统，在一条总线上可以同时有多个主机存在，通过冲突检测方式和延时等待防止数据不被破坏。同一时间只能有一个主机占用总线IIC总线在传输数据的过程中有3种类型的信号：开始信号、结束信号、和应答信号开始信号(S):当SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，表示将要开始传输数据结束信号(P):当SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，表示结束传输数据响应信号(ACK):从机接收到8位数据后，在第9个周期，拉低SDA电平，表示已经收到数据。这个信号称为应答信号开始信号和结束信号的波形如下图：主机：IIC总线中发送命令的设备，对于ARM处理器来说，主机就是IIC控制器从机：接受命令的设备主机向从机发送数据：主机通过数据线SDA向从机发送数据。当总线空闲时，SDA和SCL信号都处于高电平。主机向从机发送数据的过程：1，当主机检测到总线空闲时，主机发出开始信号2，主机发送8位数据。这8位数据的前7位表示从机地址，第8位表示数据的传输方向。这时，第8位为0，表示向从机发送数据3，被选中的从机发出响应信号ACK4，从机传输一系列的字节和响应位5，主机接受这些数据，并发出结束信号P，完成本次数据传输由上图可知，IIC控制器主要是由4个寄存器来完成所有的IIC操作的。IICCON：控制是否发出ACK信号，是否开启IIC中断IICSTAT：IICADD：挂载到总线上的从机地址。该寄存器的[7:1]表示从机地址。IICADD寄存器在串行输出使能位IICSTAT[4]为0时，才可以写入；在任何时候可以读出IICDS：保存将要发送或者接收到的数据。IICCDS在串行输出使能IICSTAT[4]为1时，才可以写入；在任何时间都可以读出因为IIC设备种类太多，如果每一个IIC设备写一个驱动程序，那么显得内核非常大。不符合软件工程代码复用，所以对其层次话：这里简单的将IIC设备驱动分为设备层、总线层。理解这两个层次的重点是理解4个数据结构，这4个数据结构是i2c_driver、i2c_client、i2c_algorithm、i2c_adapter。i2c_driver、i2c_client属于设备层；i2c_algorithm、i2c_adapter属于总线型。如下图：设备层关系到实际的IIC设备，如芯片AT24C08就是一个IIC设备。总线层包括CPU中的IIC总线控制器和控制总线通信的方法。值得注意的是：一个系统中可能有很多个总线层，也就是包含多个总线控制器；也可能有多个设备层，包含不同的IIC设备由IIC总线规范可知，IIC总线由两条物理线路组成，这两条物理线路是SDA和SCL。只要连接到SDA和SCL总线上的设备都可以叫做IIC设备。一个IIC设备由i2c_client数据结构进行描述：structi2c_client{unsignedshortflags;//标志位unsignedshortaddr;//设备的地址，低7位为芯片地址charname[I2C_NAME_SIZE];//设备的名称，最大为20个字节structi2c_adapter*adapter;//依附的适配器i2c_adapter，适配器指明所属的总线structi2c_driver*driver;//指向设备对应的驱动程序structdevicedev;//设备结构体intirq;//设备申请的中断号structlist_headlist;//连接到总线上的所有设备structlist_headdetected;//已经被发现的设备链表structcompletionreleased;//是否已经释放的完成量};设备结构体i2c_client中addr的低8位表示设备地址。设备地址由读写位、器件类型和自定义地址组成，如下图：第7位是R/W位，0表示写，2表示读，所以I2C设备通常有两个地址，即读地址和写地址类型器件由中间4位组成，这是由半导体公司生产的时候就已经固化了。自定义类型由低3位组成。由用户自己设置，通常的做法如EEPROM这些器件是由外部I芯片的3个引脚所组合电平决定的（A0,A1,A2）。A0,A1,A2就是自定义的地址码。自定义的地址码只能表示8个地址，所以同一IIC总线上同一型号的芯片最多只能挂载8个。AT24C08的自定义地址码如图：A0,A1,A2接低电平，所以自定义地址码为0；如果在两个不同IIC总线上挂接了两块类型和地址相同的芯片，那么这两块芯片的地址相同。这显然是地址冲突，解决的办法是为总线适配器指定一个ID号，那么新的芯片地址就由总线适配器的ID和设备地址组成除了地址之外，IIC设备还有一些重要的注意事项：1，i2c_client数据结构是描述IIC设备的“模板”，驱动程序的设备结构中应包含该结构2，adapter指向设备连接的总线适配器，系统可能有多个总线适配器。内核中静态指针数组adapters记录所有已经注册的总线适配器设备3，driver是指向设备驱动程序，这个驱动程序是在系统检测到设备存在时赋值的IIC设备驱动i2c_driver:structi2c_driver{intid;//驱动标识IDunsignedintclass;//驱动的类型int(*attach_adapter)(structi2c_adapter*);//当检测到适配器时调用的函数int(*detach_adapter)(structi2c_adapter*);//卸载适配器时调用的函数int(*detach_client)(structi2c_client*)__deprecated;//卸载设备时调用的函数//以下是一种新类型驱动需要的函数，这些函数支持IIC设备动态插入和拔出。如果不想支持只实现上面3个。要不实现上面3个。要么实现下面5个。不能同时定义int(*probe)(structi2c_client*,conststructi2c_device_id*);//新类型设备探测函数int(*remove)(structi2c_client*);//新类型设备的移除函数void(*shutdown)(structi2c_client*);//关闭IIC设备int(*suspend)(structi2c_client*,pm_messge_tmesg);//挂起IIC设备int(*resume)(structi2c_client*);//恢复IIC设备int(*command)(structi2c_client*client,unsignedintcmd,void*arg);//使用命令使设备完成特殊的功能。类似ioctl（）函数structdevcie_driverdriver;//设备驱动结构体conststructi2c_device_id*id_table;//设备ID表int(*detect)(structi2c_client*,intkind,structi2c_board_info*);//自动探测设备的回调函数conststructi2c_client_address_data*address_data;//设备所在的地址范围structlist_headclients;//指向驱动支持的设备};结构体i2c_driver和i2c_client的关系较为简单，其中i2c_driver表示一个IIC设备驱动，i2c_client表示一个IIC设备。关系如下图：IIC总线适配器就是一个IIC总线控制器，在物理上连接若干个IIC设备。IIC总线适配器本质上是一个物理设备，其主要功能是完成IIC总线控制器相关的数据通信：structi2c_adapter{structmodule*owner;//模块计数unsignedintid;//alogorithm的类型，定义于i2c_id.h中unsignedintclass;//允许探测的驱动类型conststructi2c_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)(structi2c_client*);//设备client注册时调用int(*client_unregister(structi2c_client*);//设备client注销时调用u8level;structmutexbus_lock;//对总线进行操作时，将获得总线锁structmutexclist_lock;//链表操作的互斥锁inttimeout;//超时intretries;//重试次数structdevicedev;//指向适配器的设备结构体intnr;structlist_headclients;//连接总线上的设备的链表charname[48];//适配器名称structcompletiondev_released;//用于同步的完成量};每一个适配器对应一个驱动程序，该驱动程序描述了适配器与设备之间的通信方法:structi2c_algorithm{int(*master_xfer)(structi2c_adapter*adap,structi2c_msg*msg,intnum);//传输函数指针，指向实现IIC总线通信协议的函数，用来确定适配器支持那些传输类型int(*smbus_xfer)(structi2c_adapter*adap,u16addr,unsignedshortflags,charread_write,u8command,intsize,unioni2c_smbus_data*data);//smbus方式传输函数指针，指向实现SMBus总线通信协议的函数。SMBus和IIC之间可以通过软件方式兼容，所以这里提供了一个函数，但是一般都赋值为NULLu32(*functionality)(structi2c_adapter*);//返回适配器支持的功能};IIC设备驱动程序大致可以分为设备层和总线层。设备层包括一个重要的数据结构，i2c_client。总线层包括两个重要的数据结构，分别是i2c_adapter和i2c_algorithm。一个i2c_algorithm结构表示适配器对应的传输数据方法。3个数据结构关系：IIC设备层次结构较为简单，但是写IIC设备驱动程序却相当复杂。IIC设备驱动程序的步骤：IIC子系统：IIC子系统是作为模块加载到系统中的。初始化函数：staticint__initi2c_init(void){intretval;//返回值，成功0，错误返回负值retval=bus_register(&i2c_bus_type);//注册一条IIC的BUS总线if(retval)returnretval;retval=c