全志公司对I2C的讲解.docx

1.几个基本概念1.1.设备模型由总线（bus_type）+设备（device）+驱动（device_driver）组成，在该模型下，所有的设备通过总线连接起来，即使有些设备没有连接到一根物理总线上，linux为其设置了一个内部的、虚拟的platform总线，用以维持总线、驱动、设备的关系。因此，对于实现一个linux下的设备驱动，可以划分为两大步：1、设备注册；2、驱动注册。当然，其中还有一些细节问题：1、驱动的probe函数2、驱动和设备是怎么进行绑定的。1.2.i2c设备驱动的几个数据结构i2c_adapter：每一个i2c_adapter对应一个物理上的i2c控制器，在i2c总线驱动probe函数中动态创建。通过i2c_add_adapter注册到i2c_core。i2c_algorithm：i2c_algorithm中的关键函数master_xfer()，以i2c_msg为单位产生i2c访问需要的信号。不同的平台所对应的master_xfer()是不同的，需要根据所用平台的硬件特性实现自己的xxx_xfer()方法以填充i2c_algorithm的master_xfer指针；在A31上即是sun6i_i2c_algorithm函数。i2c_client：代表一个挂载到i2c总线上的i2c从设备，包含该设备所需要的数据：该i2c从设备所依附的i2c控制器structi2c_adapter*adapter该i2c从设备的驱动程序structi2c_driver*driver该i2c从设备的访问地址addr,name该i2c从设备的名称name。2.i2c总线驱动2.1.功能划分从硬件功能上可划分为：i2c控制器和i2c外设（从设备）。每个i2c控制器总线上都可以挂载多个i2c外设。Linux中对i2c控制器和外设分开管理：通过i2c-sun6i.c文件完成了i2c控制器的设备注册和驱动注册；通过i2c-core.c为具体的i2c外设提供了统一的设备注册接口和驱动注册接口，它分离了设备驱动devicedriver和硬件控制的实现细节（如操作i2c的寄存器）。2.2.i2c-sun6i.c该文件是与具体硬件平台相关的，对应于A3x系列芯片。该文件实际上是i2c总线驱动的实现，本质上就是向内核注册i2c总线设备、注册总线驱动、实现总线传输的时序控制算法。i2c控制器被注册为Platform设备，如下： if (twi_used_mask & TWI0_USED_MASK) platform_device_register(&sun6i_twi0_device); if (twi_used_mask & TWI1_USED_MASK) platform_device_register(&sun6i_twi1_device); if (twi_used_mask & TWI2_USED_MASK) platform_device_register(&sun6i_twi2_device); if (twi_used_mask & TWI3_USED_MASK) platform_device_register(&sun6i_twi3_device); if (twi_used_mask) return platform_driver_register(&sun6i_i2c_driver);需要注意的是：设备与驱动的对应关系是多对一的；即如果设备类型是一样的，会共用同一套驱动，因此上面代码只是注册了一次驱动platform_driver_register(&sun6i_i2c_driver)。设备注册：将i2c控制器设备注册为platform设备，为每一个控制器定义一个structplatform_device数据结构，并且把.name都设置为sun6i-i2c（后面会通过名字进行匹配驱动的），然后是调用platform_device_register()将设备注册到platformbus上。设备注册完成后其直观的表现就是在文件系统下出现：/sys/bus/platform/devices/sun6i-i2c.0通过platform_device_register()进行的注册过程，说到底就是对structplatform_device这个数据结构的更改，逐步完成.dev.parent、.dev.kobj、.dev.bus的赋值，然后将.dev.kobj加入到platform_bus-kobj的链表上。驱动注册：步骤和设备注册的步骤类似，也是为驱动定义了一个数据结构：structplatform_driversun6i_i2c_driver;因为一个驱动是可以对应多个设备的，而在系统里的3个控制器基本上是一致的（区别就是寄存器的地址不一样），所以上面注册的3个设备共享的是同一套驱动。初始化.probe和.remove函数，然后调用platform_driver_register进行驱动注册。主要函数调用流程：platform_driver_register-driver_register-bus_add_driver-driver_attach需要注意的是driver_attach，这个函数遍历了总线上（platform_bus_type）的所有设备，寻找与驱动匹配的设备，并把满足条件的设备结构体上的驱动指针指向驱动，从而完成了驱动和设备的匹配（_driver_attach函数完成）。如果匹配到设备，这时就需要执行platform_bus_type的probe函数，最终会调用设备驱动的probe函数（sun6i_i2c_probe）。2.2.1sun6i_i2c_probe在sun6i_i2c_probe函数中完成了大量的工作，包括硬件初始化、中断注册、为每个i2c控制器创建i2c_adapter等。1268 pdata = pdev-dev.platform_data;1269 if (pdata = NULL) 1270 return -ENODEV;1271 12721273 res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);1274 irq = platform_get_irq(pdev, 0);1275 if (res = NULL | irq start, resource_size(res), res-name) 1280 return -ENOMEM;1281 首先得到当前设备的私有数据指针，并将其保留在pdata；进而通过platform_get_resource得到该设备占用的内存资源，并申请：request_mem_region。同时将irq资源也保留下来。12881289 strlcpy(, sun6i-i2c, sizeof();1290 i2c-adap.owner = THIS_MODULE;1291 i2c-adap.nr = pdata-bus_num;1292 i2c-adap.retries = 3;1293 i2c-adap.timeout = 5*HZ;1294 i2c-adap.class = I2C_CLASS_HWMON | I2C_CLASS_SPD;1295 i2c-bus_freq = pdata-frequency;1296 i2c-irq = irq;1297 i2c-bus_num = pdata-bus_num;1298 i2c-status = I2C_XFER_IDLE;1299 i2c-suspended = 0;1300 spin_lock_init(&i2c-lock);1301 init_waitqueue_head(&i2c-wait); 初始化i2c_adapter，并初始化一个工作队列init_waitqueue_head。 通过ioremap申请IO资源； 通过request_irq申请irq资源，中断的处理服务函数是：sun6i_i2c_handler； sun6i_i2c_hw_init，对i2c控制进行硬件初始化； i2c-adap.algo=&sun6i_i2c_algorithm，初始化控制器的总线传输算法，设备驱动调用； 将初始化好的i2c_adapter注册到i2c_core：i2c_add_numbered_adapter。至此，probe函数完成。2.2.2sun6i_i2c_core_processi2c控制器的中断服务程序sun6i_i2c_handler调用了sun6i_i2c_core_process，i2c总线的实际传输控制也是在该函数里完成的。主要流程：1. 读取i2c控制器当前状态，twi_query_irq_status，保留在state中；2. 根据state的值进行分支跳转，控制i2c的工作状态；3. 传输完成，调用sun6i_i2c_xfer_complete，唤醒工作队列。2.2.3sun6i_i2c_xfer每一个i2c控制器设备，在驱动绑定后，都会创建一个i2c_adapter，用以描述该控制器，i2c_adapter的建立与初始化是在驱动probe的时候建立的。每一个i2c_adapter包含了一个i2c_algorithm结构体的指针，i2c_algorithm是用来对外提供操作i2c控制器的函数接口的，主要是master_xfer函数，对应于i2c-sun6i.c，实际就是：static int sun6i_i2c_xfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num)该函数的功能是通知i2c_adapter需要对外设进行数据交换，需要交换的信息通过structi2c_msg*msgs传入。sun6i_i2c_xfer实际上是调用了sun6i_i2c_do_xfer进行传输。因为i2c总线读写速率有限，sun6i_i2c_do_xfer启动i2c传输后，通过wait_event_timeout进入休眠，直到中断唤醒或者超时；中断唤醒是由sun6i_i2c_xfer_complete完成的。3.i2c设备驱动3.1.驱动注册i2c从设备的驱动注册，使用的是i2c-core.c提供的接口：i2c_register_driver；其调用如下：i2c_register_driver-driver_register-bus_add_driver；对bus_add_driver进行分析： 关于device_driver数据结构的structdriver_private*p设备驱动模型是通过kobject对设备驱动进行层次管理的，因此device_driver应该包含kobject成员，linux是将kobject包含在structdriver_private中，再在device_driver中包含structdriver_private；我们可以理解driver_private是device_driver的私有数据，由内核进行操作。structdriver_private是在驱动注册的开始，动态申请，并初始化的。 klist_init(&priv-klist_devices,NULL,NULL);初始化设备链表，每一个与该驱动匹配的device都会添加到该链表下。 priv-kobj.kset=bus-p-drivers_kset;指定该驱动所属的kset； kobject_init_and_add初始化kobject，并将kobject添加到其对应的kset集合中（即bus-p-drivers_kset）。该函数最终是调用kobject_add_internal将kobject添加到对应的kset中；需要主要的是，如果kobject的parent如果为NULL，在此会将其parent设置为所属kset集合的kobject：parent=kobject_get(&kobj-kset-kobj)；接下来是为kobject创建文件夹：create_dir(kobj)；从而能从/sys/目录下显示。 driver_attach，将驱动和设备进行绑定将遍历总线上的设备链表，查找可以匹配的设备，并绑定。driver_attach-bus_for_each_dev(drv-bus,NULL,drv,_driver_attach);将函数指针_driver_attach传入bus_for_each_dev，将每个查找得到的device进行驱动匹配。bus_for_each_dev：遍历总线上的所有设备，因为总线上的设备都是bus-p-klist_devices链表上的一个节点，因此该函数其实就是对链表的遍历，具体可以参考klist。_driver_attach（源码位置drivers/base/dd.c）：进行设备和驱动匹配，如果匹配成功，尝试进行绑定。1. 首先进行匹配确认：driver_match_device(drv,dev)；调用关系：-drv-bus-match-i2c_device_match-of_driver_match_devicei2c_match_id可以看出，最终有两种方式进行驱动匹配查询：方法一：通过of_driver_match_device对比of_device_id；方法二：通过i2c_match_id对比id_table；方法二实际上就是对比i2c_driver-id_table-name和client-name是否一致。2. 如果匹配确认，进行驱动与设备绑定：driver_probe_device；调用关系：driver_probe_device-really_probe-dev-bus-probedriver_bound在really_probe中，首先将设备的驱动指针指向该驱动：dev-driver=drv。对应于i2c_bus_type，dev-bus-probe即是：i2c_device_probe，最终调用驱动的probe函数。最后是driver_bound，将驱动与设备进行绑定：其实就是调用klist_add_tail：将设备节点添加到驱动的klist_devices; 调用klist_add_tail，将被注册的驱动添加到总线的klist_drivers上；klist_add_tail(&priv-knode_bus,&bus-p-klist_drivers); module_add_driver(drv-owner,drv)在sysfs创建drivers目录3.2.设备注册方式一：i2c设备动态发现注册在i2c_register_driver的最后： INIT_LIST_HEAD(&driver-clients); /* Walk the adapters that are already present */ i2c_for_each_dev(driver, _process_new_driver);观察i2c_for_each_dev：int i2c_for_each_dev(void *data, int (*fn)(struct device *, void *) int res; mutex_lock(&core_lock); res = bus_for_each_dev(&i2c_bus_type, NULL, data, fn); mutex_unlock(&core_lock); return res;其实就是遍历i2c总线上的klist_devices链表，对得到的每一个device，执行_process_new_driver。跟踪_process_new_driver-i2c_do_add_adapter-i2c_detecti2c_detect实现了i2c设备发现：在注册驱动后，通过i2c_detect检测是否有适合的设备连接在总线上。i2c_detect实现如下： 在每一个adapter上遍历驱动给出的地址列表（address_list），由i2c_detect_address函数完成；最终会调用driver-detect（即设备驱动提供的设备发现函数）； 如果发现满足条件的设备，执行i2c_new_device，为设备建立i2c_client；并且将设备添加到i2c_bus_type-p-klist_devices链表上（device_register），通过bus_add_device函数完成，最后调用bus_probe_device，尝试绑定驱动。 将client添加到驱动的设备链表上：list_add_tail(&client-detected,&driver-clients)方式二：i2c设备之静态注册Linux3.3提供了静态定义的方式来注册设备，接口原型：linux-3.3/drivers/i2c/i2c-boardinfo.cint _initi2c_register_board_info(int busnum, struct i2c_board_info const *info, unsigned len)核心内容： 申请structi2c_devinfo，用以描述一个i2c外设； list_add_tail(&devinfo-list,&_i2c_board_list)，将devinfo加入链表_i2c_board_list，以供后续查找；扫描_i2c_board_list，创建clienti2c_register_board_info只是把设备描述符加入到了_i2c_board_list，并没有创建client，当调用i