内核中I2C体系结构-最强学习笔记!.doc

内核中I2C体系结构1.总体框架21.1 I2C体系结构总体框图：21.2 组成部分：21.3 重要文件：31.4 重要函数接口与结构体3结构体：3函数：3各结构体的作用与它们之间的关系31.5 i2c子系统的初始化函数的执行先后顺序42.I2C核心42.1 i2c_init()函数42.1.1 i2c总线的注册52.1.2 i2c驱动注册62.1.3 i2c_init()函数总结63.总线驱动73.1 I2C platform_device初始化-smdk2440_machine_init()73.1.1 s3c_i2c_set_platdata 83.1.2 i2c_register_board_info93.1.3 platform_add_devices103.2 I2C platform_drive适配器驱动初始化-i2c_adap_s3c_init()103.3 platform_bus总线113.4总线设备和总线驱动初始化总结：113.5 probe函数adapter_device 和 client_device的注册12总结164,设备驱动174.1 i2c_dev_init()174.1.1 register_chardev174.1.2 i2c_add_drive 注册i2c_driver (i2cdev_driver)18总结i2c_dev_init() :205，i2c子系统通信方法205.1 open设备/dev/i2c-0205.2 write215.3 i2cdev_ioctl275.2.1 I2C_SLAVE / I2C_SLAVE_FORCE275.2.2 I2C_RDWR276，I2C子系统总结：29附录：30说明：内核版本: 2.6.32 I2C设备:E2PROM (at24c02)/* 跳过此内容不影响整体框架学习*/（标号） 上下文相互提到1.总体框架1.1 I2C体系结构总体框图：从i2c驱动架构图中可以看出，linux内核对i2c架构抽象了一个叫核心层core的中间件，它分离了设备驱动device driver和硬件控制的实现细节（如操作i2c的寄存器），core层不但为上面的设备驱动提供封装后的内核注册函数，而且还为小面的硬件事件提供注册接口（也就是i2c总线注册接口），可以说core层起到了承上启下的作用。1.2 组成部分：Linux的I2C体系结构分为3个组成部分：I2C设备驱动：提供策略，定义描述具体设备的i2c_client和可能的私有数据结构。是对I2C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I2C适配器上，通过I2C适配器与CPU交换数据。主要数据结构：i2c_driver, i2c_clientI2C框架层：i2c.h和i2c-core.c为其主体框架代码，提供了核心数据结构的定义、i2c适配器驱动和设备驱动的注册、注销管理等；i2c-dev.c用于创建i2c适配器的/dev/i2c-%d设备节点，提供i2c设备的用户空间访问方法等。I2C总线驱动：提供硬件操作能力。i2c/busses/目录下，如i2c-msm.c。描述i2c_adapter数据结构及其具体总线通信，适配器可由CPU控制，甚至可以直接集成在CPU内部。I2C控制驱动（总线驱动）在芯片（S3C2410）生产出来的时候生产厂商就已经写好了，且永远不变（1类芯片对应1种控制器驱动，控制器驱动就是去操作各种寄存器的值,实现标准I2C时序）1.3 重要文件：i2c-core.c实现I2C核心功能 以及/proc/bus/i2c*接口。 i2c-dev.c通用设备驱动。创建i2c适配器的/dev/i2c-%d设备节点（MAJOR=89，MINOR=0-255）每一个I2C适配器都被分配一个client。Busses包含I2C总线的驱动，如S3C2410，S3C2440的控制器驱动i2c-s3c2410.cAlgos实现I2C总线适配器的algorithm.1.4 重要函数接口与结构体结构体：Struct i2c_adapter/描述一个i2c控制器Struct i2c_driver/描述一个i2c设备驱动Struct i2c_client/描述一个i2c设备（e2prom）Struct i2c_msg/描述一个i2c消息结构体struct i2c_algorithm/描述一个i2c算法struct bus_type i2c_bus_type/用于管理的i2c_bus总线struct s3c24xx_i2c i2c/i2c_adapters的algo_data类似私有信息。封装适配器的所有信息。函数：i2c_add_driver/加载i2c设备驱动结构体到链表里i2c_add_adapter/加载i2c适配器结构体到适配器链表i2c_master_send/发送数据函数i2c_transfer/转接到底层的函数static int s3c24xx_i2c_probe(struct platform_device *pdev)/发现合适设备时会被bus driver调用各结构体的作用与它们之间的关系i2c_adapter与i2c_algorithmi2c_adapter对应物理上的适配器，用于产生I2C标准时序，产生方法由i2c_algorithm实现。i2c_driver和i2c_clienti2c_client = adapter+devinfo (_i2c_board_list链表上一个信息结构体)每个i2c设备都需要一个i2c_client来描述注册i2c_driver后程序调用其attach_adapter()：将adapter加入到i2c_dev_list，并创建设备节点i2c-%d，应用层打开时i2c-%d，在此取出adapter。一个i2c_driver上可以支持多个同等类型的i2c_client.i2c_adapter和i2c_clienti2c_client依附于i2c_adapter，一个适配器上可以连接多个i2c设备，所以i2c_adapter中包含依附于它的i2c_client的链表。1.5 i2c子系统的初始化函数的执行先后顺序1. /dricer/i2c/i2c-core.c中的函数：i2c_init() postcore_initca级别2. /arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c中的函数：smdk2440_machine_init() arch_initcall级别3. driver/i2c/buses/i2c-s3c2410.c中的函数：i2c_adap_s3c_init() bsys_initcall级别 4./driver/i2c/i2c-dev.c中的函数：i2c_dev_init() module_init级别后续将根据这个顺序进行分析2.I2C核心2.1 i2c_init()函数：i2c_init() = 1，注册i2c总线2，注册类i2c_adapter_class3，注册空i2c driver 2.1.1 i2c总线的注册i2c_bus_type总线提供match和probe方法：注册i2c设备或i2c驱动时，调用match匹配client device和client driver，匹配成功调用probe。（1）i2c_device_match 如果该驱动不是一个new-style形式的且driver没有定义匹配的id_table都会匹配失败.I2c_match_id()函数的作用：匹配板文件中定义的ID和i2c_driver所支持的ID表（P338 宋宝华驱动）（2）i2c_device_probe通过传递进来的dev找到包含此dev的i2c_driver驱动，然后再去调用i2c_driver的probe方法。所以在i2c总线中，驱动和设备匹配成功，就调用驱动中的probe函数。2.1.2 i2c驱动注册dummy_driver仅仅是注册了一个空的设备驱动。2.1.3 i2c_init()函数总结该过程主要完成了sysfs总线结构，最终形成如下结构：/sys/bus/i2c/|- devices|- drivers| |- dummy| |- bind| |- uevent| - unbind|- drivers_autoprobe|- drivers_probe- uevent和/sys/class/i2c-adapter/3.总线驱动3.1 I2C platform_device初始化-smdk2440_machine_init()smdk2440_machine_init() =1.构建platform_device型设备s3c_device_i2c0。2.将板上i2c设备信息注册到i2c设备链_i2c_board_list上。此处就为at24c02的相关参数。3.添加platform总线/* static struct i2c_board_info tq2440_i2c_devs _initdata = I2C_BOARD_INFO(24c02, 0x50), .platform_data = &at24c02, , ; static struct at24_platform_data at24c02 = .byte_len = SZ_2K / 8, .page_size = 8, ; 将这两句添加到smdk2440_machine_init()上面（因为此处用到）或添加到at24c04所在处（试试）*/( i2c_register_board_info(0, tq2440_i2c_devs, ARRAY_SIZE(tq2440_i2c_devs); )需要注意的是，此处的i2c_register_board_info()函数是后来添加的，原生内核此处并未调用此函数。经过分析，也许需要调用此函数，之后会实际论证。3.1.1 s3c_i2c_set_platdata 构建platform_device s3c_device_i2c01，定义s3c_device_i2c02，s3c_i2c_set_platdata :将default_i2c_data0保存到s3c_device_i2c0的dev.platform_data（标号D）3，生成表1：Struct platform_device s3c_device_i2c0Name: s3c2410-i2cResource:s3c_i2c_resourceStruct device devVoid *platform_data(default_i2c_data0).flags= 0,.slave_addr= 0x10,.frequency= 100*1000,.sda_delay= 100,表1slave_addr要改成0x50？If(!pd)为真（pd=null），则将default_i2c_data0赋值给pd。通过2，3 实现将default_i2c_data0的值保存到s3c_device_i2c0的dev.platform_data下在s3c24xx_i2c_probe函数中，对s3c2440的i2c相关控制寄存器的初始化操作会将platform_data参数填入到相关寄存器。3.1.2 i2c_register_board_info i2c_register_board_info =1，生成表22，将表2挂到_i2c_board_list链表（标号C）初始化client时从链表取下struct i2c_devinfostruct list_headlist_i2c_board_listintbusnum0struct i2c_board_infoboard_info(tq2440_i2c_devs) I2C_BOARD_INFO(24c02, 0x50), .type =24c02.addr= 0x50.platform_data = &at24c02,.byte_len= SZ_2K / 8.page_size = 8, 表 23.1.3 platform_add_devices将之前创建的platform_device型设备s3c_device_i2c0添加到platform_bus总线。3.2 I2C platform_drive适配器驱动初始化-i2c_adap_s3c_init()platform_driver_register 向platform总线注册s3c2410_i2c_driver（platform_driver类型）配对成功调用Probe注册i2c_adapter 和 i2c_client。（后面详细分析）3.3 platform_bus总线有设备或驱动注册时，调用platform_match函数(根据名字来配对)。如下：到此处，之前已注册的platform_device型s3c_devicei2c0 和现在的platfor_drver型s3c24xx_i2c_drive配对成功。3.4总线设备和总线驱动初始化总结：Platform device初始化：smdk2440_machine_init()构建一个包含初始化数据的 s3c_device_i2c0，并注册到总线Platform driver初始化：i2c_adap_s3c_init()定义s3c2410_i2c_drive，并注册到总线，匹配device，调用probe。图13.5 probe函数adapter_device 和 client_device的注册该函数的主体工作是使能硬件并申请I2C适配器使用的I/O地址，中断号等，在这些工作都完成无误后，通过I2C核心提供的i2c_add_adapter()函数添加适配器。当处理器包含多个I2C控制器时，我们通过板文件定义的platform数据中的bus_num进行区分。（摘自 宋宝华驱动。）/*probe函数的功能如下：1.创建struct s3c24xx_i2c *i2c。i2c相关数据的初始化来源于s3c2_device_i2c0.dev.platdata（标号D）。2.i2c-adap.algo = &s3c24xx_i2c_algorithm;初始化algo方法。3.init_waitqueue_head(&i2c-wait); 初始化一个等待队列4.初始化i2c控制器，s3c24xx_i2c_init (i2c);对s3c24xx的i2c控制寄存器进行，比如配置s3c2440i/o功能，设置从机地址，以及设置i2c时钟频率等相关操作。5.申请中断。request_irq(i2c-irq, s3c24xx_i2c_irq, IRQF_DISABLED, dev_name(&pdev-dev), i2c);6. 注册i2c adapteri2c_add_numbered_adapter(&i2c-adap)*/s3c24xx_i2c_probe在probe函数会调用函数i2c_add_number_adapter()，通过此函数来实现adapter device和client device的注册。struct s3c24xx_i2c i2c/作为i2c_adapters的algo_data。封装适配器的所有信息然后调用i2c_add_number_adapter()s3c24xx_i2c *i2c值tx_setup50clkclk_get(&pdev-dev, i2c);dev&pdev-dev 注：struct platform_device *pdevioarearequest_mem_region(res-start,(res-end-res-start)+1, pdev-name); / request IOregsioremap(res-start, (res-end-res-start)+1);adapternames3c2410-i2cownerTHIS_MODULEalgo&s3c24xx_i2c_algorithmretries2classI2C_CLASS_HWMON | I2C_CLASS_SPDalgo_datai2c（即这个表格）nrpdata-bus_numdevparent&pdev-devnamei2c-%dclass&i2c_adapter_classrelease&i2c_adapter_dev_release表3/*i2c_add_number_adapter()函数如下：int i2c_add_numbered_adapter(struct i2c_adapter *adap)if (status = 0)status = i2c_register_adapter(adap);return status;最重要的就是 i2c_register_adapter()通过以下函数将名为i2c-0的adapter设备注册到i2c_bus_type型的i2c总线上，其中通过指定了本次注册的设备类型为i2c_adapter_class(因为还有client设备同时需要注册到这条i2c总线上)。在后面注册适配器驱动时（标号E）会在i2c_adapter_class这个类中找适配器设备，也就是这个adaper.最后device_register()将adapter注册到i2c总线上。*/在函数i2c_register_adapter中注册adapter后紧接着注册client。判断if是否成立，此处成立。_i2c_first_dynamic_bus_num的判断分析待续执行i2c_scan_static_board_info(adap);从_i2c_board_list链表上获取一个devinfo信息结构体，（标号C）。i2c_new_device：利用_i2c_board_list链表上一个devinfo信息结构体和刚注册的adapter创建一个clientclient（从设备at24c02）数据adapteradap（表3）nameInfo-typedevplatform_datainfo-platform_data表2（tq2440_i2c_devs）parent&client-adapter-devbus&i2c_bus_typeflagsinfo-flagsaddrinfo-addrirqinfo-irq表4/*i2c_attach_client()填充client成员且向总线注册client。*/此i2c总线同时包含了adapter和client，即i2c主机(s3c2440的i2c控制器)、i2c从设备at24c02。到这一步内核实现了adapter device和client device的注册，接着要通过函数bus_for_each_drv()来扫描i2c总线，检测刚注册到i2c总线的adapter是否有对应的驱动。不过目前肯定失败，因为到目前为止还未注册adapter driver。总结至此，执行完i2c_add_numbered_adapter函数后，i2c总线上已有adapter device和client device，但是i2c总线此时还未有adapter driver和client driver。总线挂载如图：4,设备驱动i2c adapter的驱动通过i2cdev_driver这个通用驱动的attach方法来实现注册。在/dev目录下生成i2c设备文件等操作4.1 i2c_dev_init()1，创建字符设备2，创建i2c_dev_class类（标号B ）3，注册驱动4.1.1 register_chardevi2cdev_fops如下：4.1.2 i2c_add_drive 注册i2c_driver (i2cdev_driver)i2c_add_driver = 1，注册i2cdev_driver （如果未初始化driver-detect 将 adapter加入到i2c_dev_list）2，创建设备文件 “i2c-%d ”/*class_for_each_device()在新的驱动加入内核时调用该函数，在类i2c_adapter_class中找一个适配器设备与新驱动匹配。（标号E）class_for_each_device并不执行匹配的操作，只是简单的取出所有的驱动或是适配器。真正的匹配是在函数i2c_detect和attach_adapter中进行的。由于此处驱动并未初始化driver-detect，所以i2c_detect函数未执行有效操作就会退出。接着通过传统方式执行driver-attach_adapter方法。*/绕了一大圈，其实就是注册 i2c_driver类型的i2cdev_driver到i2c bus 上，然后调用驱动本身的attach_adapter：将adapter加入到i2c_dev_list，和创建设备文件/*i2cdev_attach_adapter =1，将adapter加入到i2c_dev_list。应用层打开i2c-0设备文件时，在此取出adapter。(标号A) 2，调用device_create()函数，通过之前class_create的类信息（标号B ）在/dev下自动创建设备文件。到此i2c部分的初始化就完成了，可以通过read write来操作设备了。*/总结i2c_dev_init() :1通过register_chrdev(I2C_MAJOR, i2c, &i2cdev_fops);创建主设备号=I2C_MAJOR, 操作函数集=i2cdev_fops 的字符设备2,然后通过 i2c_add_driver(&i2cdev_driver); 注册i2驱动i2cdev_driver，创建主设备号=I2C_MAJOR，次设备号为nr的设备文件，i2c-%d。这样以后就可以通过操作i2c-%d节点来操作设备文件i2c，（其实是操作i2cdev_fops）5，i2c子系统通信方法5.1 open设备/dev/i2c-0open通过系统调用最后调用到fops的i2cdev_open函数i2cdev_open =1，根据/dev/i2c-%d的设备号找到i2c_dev_list链表中的i2c_dev (标号A) 取出对应的adapter.2，将adapter保存到临时变量client中，存入file-private_data供ioctl() write() open()等操作使用。5.2 writei2cdev_write =1，取出fileprivate_data中的client（内有adapter）2，将用户输入的数据buf 传导tmp中3， i2c_master_send(client,tmp,count);将tmp数据发给client i2c_transfer(adap, &msg, 1);adap-algo-master_xfer =s3c24xx_i2c_xfers3c24xx_i2c_doxfer(i2c, msgs, num);s3c24xx_i2c_message_start(i2c, msgs);（中断）s3c24xx_i2c_irq()。i2s_s3c_irq_nextbyte(i2c, status)根据status进行操作i2c_master_send = 1，取出client2，填充msg3， i2c_transfer(adap, &msg, 1);/*i2c_transfer = adap-algo-master_xfer根据 probe函数中i2c-adap.algo = &s3c24xx_i2c_algorithm;此处调用 s3c24xx_i2c_algorithm-master_xfer 即 s3c24xx_i2c_xfer0 s3c24xx_i2c_xfer =s3c24xx_i2c_doxfer(i2c, msgs, num);s3c24xx_i2c_doxfer =1，查询adapter是否为“忙”3c24xx_i2c_set_master(i2c) （400ms后放弃）2，标记i2c状态STATE_START3，打开中断s3c24xx_i2c_enable_irq(i2c)4，发送(msg-addr & 0x7f) state 改为 STATE_WRITE2，retry_write1，将i2c-state 改为 STATE_WRITE2，将msg中Buf的数据写到s3c2440的IICDS寄存器发送，流程图：图2s3c24xx_i2c_stop1，将状态改为STATE_STOP2，扫尾工作s3c24xx_i2c_master_complete(i2c, ret);3，关闭中断*/至此 write函数的发送数据流程就分析完了，读类似。根据write() read()的实现方法可以发现，write() read()每次都固定只能发送一则msg，发送完毕时发送stop信号。5.3 i2cdev_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg) i2cdev_ioctl 可以执行不同的cmd，本文当着重分析I2C_SLAV / I2C_SLAVE_FORCE和 I2C_RDWR 其他命令需要时再加入5.2.1 I2C_SLAVE / I2C_SLAVE_FORCE将参数（我们输入的地址）赋值给client-addr5.2.2 I2C_RDWR此处的arg是应用层 rdwrdata（struct i2c_rdwr_ioctl_data）的地址i2cdev_ioctl_rdrw(client, arg);i2cdev_ioctl_rdrw(client, arg);图3 打包过程 所以由图2和图3可知，i2cdev_ioctl 可以发送多个msg 中间使用start/restart信号，而不是stop。6，I2C子系统总结：I2C子系统的结构符合内核总的驱动模型。主要包含4大部件1.i2c bus2.adapter device3.client device4.adapter driver其中i2c bus是用于管理的，并非是通信总线。i2c bus上挂着adapter(主机) device、client(从机) device、adapter driver。为了统一操作，adapter device、client device、adapter driver并非直接通过