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Linux设备驱动---OMAP3630 Linux I2C总线驱动分析(2)

news 2025/6/6 12:27:21

4 OMAP3630 I2C device驱动
    在Linux内核中，I2C device驱动位于drivers/i2c/chips目录下，可以看到该目录下有很多相关的device驱动，这里以xxxx项目的mma7455为例介绍device驱动的注册过程，对应的device驱动程序为mma7455.c。
    既然有device驱动，那么必定有相应的device，I2C的device是什么呢？其实就是我们在1.3节中提到的i2c_client，所以在device驱动注册之前先来了解下i2c_client的注册过程。
4.1 Mma7455 device注册
    Mma7455 device即i2c_client的创建以及注册分为两步。
4.1.1 将mma7455设备信息加入到设备链表
    在板级初始化时将I2C device的名称，地址和相关的信息加入到链表__i2c_board_list中，该链表记录了具体开发板上的I2C设备信息。
    在board-xxxx.c中，定义了mma7455的设备信息定义如下：

static struct i2c_board_info __initdata xxxx_i2c_bus3_info[] = {
……
#ifdef CONFIG_SENSORS_MMA7455{I2C_BOARD_INFO("mma7455", 0x1D),.platform_data = &xxxx_mma7455_platform_data,},
#endif
};

Mma7455加入到设备链表__i2c_board_list的流程图如下图：

图4.1 mma7455加入到I2C设备链表的过程

i2c_register_board_info()函数的定义如下：

int __init i2c_register_board_info(int busnum,struct i2c_board_info const *info, unsigned len)
{……for (status = 0; len; len--, info++) {struct i2c_devinfo	*devinfo;devinfo = kzalloc(sizeof(*devinfo), GFP_KERNEL);……devinfo->busnum = busnum;devinfo->board_info = *info;list_add_tail(&devinfo->list, &__i2c_board_list);}……
}

4.1.2 创建并注册i2c_client
i2c_client的创建和注册在I2C adapter驱动注册过程中完成，I2C adapter驱动的注册可以参考3.2.2节，i2c_add_numbered_adapter()函数在注册I2C adapter驱动的同时会扫描4.1.1中提到的I2C设备链表__i2c_board_list，如果该总线上有对应的I2C设备，则创建相应的i2c_client，并将其注册到I2C core中。流程图如下所示：

图4.2创建并注册i2c_client

相应的代码位于i2c-core.c如下：

static void i2c_scan_static_board_info(struct i2c_adapter *adapter)
{……list_for_each_entry(devinfo, &__i2c_board_list, list) {if (devinfo->busnum == adapter->nr&& !i2c_new_device(adapter,&devinfo->board_info))……}……
}

在i2c_scan_static_board_info()函数中遍历I2C设备链表__i2c_board_list，设备的总线号和adapter的总线号相等，则使用函数i2c_new_device()创建该设备。

struct i2c_client *
i2c_new_device(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_board_info const *info)
{……client = kzalloc(sizeof *client, GFP_KERNEL);if (!client)return NULL;client->adapter = adap;client->dev.platform_data = info->platform_data;if (info->archdata)client->dev.archdata = *info->archdata;client->flags = info->flags;client->addr = info->addr;client->irq = info->irq;strlcpy(client->name, info->type, sizeof(client->name));……status = i2c_attach_client(client);……
}

在函数i2c_new_device()中创建一个i2c_client，初始化该结构体的adapter，addr，name等变量，这里的client->name被初始化为info->type，在4.1.1中，info->type初始化为“mma7455”， client->name后面会用于I2C device和I2C driver匹配时使用，最后调用i2c_attach_client()将该client注册到I2C core。

int i2c_attach_client(struct i2c_client *client)
{struct i2c_adapter *adapter = client->adapter;……client->dev.parent = &client->adapter->dev;client->dev.bus = &i2c_bus_type;……res = device_register(&client->dev);……
}

函数i2c_attach_client()进一步初始化i2c_client结构体，将该设备的总线初始化为i2c_bus_type，说明该设备被放在I2C总线上，用于后面跟I2C driver匹配时使用，最后使用device_register(&client->dev)注册该i2c_client设备。
4.2 Mma7455 device驱动注册
在mma7455.c中，定义了mma7455的device驱动，代码如下：

static struct i2c_driver mma7455_driver = {.driver 	= {.name = "mma7455",},.class		= I2C_CLASS_HWMON,.probe		= mma7455_probe,.remove		= mma7455_remove,.id_table	= mma7455_id,……
};

注册的简要示意图如下:

图4.3 device驱动的注册

相应的代码位于mma7455.c和i2c-core.c。

static int __init init_mma7455(void)
{……res = i2c_add_driver(&mma7455_driver);……return (res);
}

在模块加载的时候首先调用init_mma7455()，然后init_mma7455()调用函数i2c_add_driver()注册mma7455_driver结构体。

int i2c_register_driver(struct module *owner, struct i2c_driver *driver)
{……./* add the driver to the list of i2c drivers in the driver core */driver->driver.owner = owner;driver->driver.bus = &i2c_bus_type;……res = driver_register(&driver->driver);if (res)return res;……
}

函数i2c_register_driver()初始化该驱动的总线为i2c_bus_type，然后使用函数driver_register(&driver->driver)注册该驱动，因此内核会在I2C总线上遍历所有I2C设备，由于该mma7455 device驱动的匹配因子name变量为“mma7455”，因此正好和在4.1.2里创建的name也为“mma7455”的i2c client匹配。因此总线的probe函数将会被调用，I2C总线的probe函数为i2c_device_probe()，具体代码如下：

static int i2c_device_probe(struct device *dev)
{struct i2c_client	*client = to_i2c_client(dev);struct i2c_driver	*driver = to_i2c_driver(dev->driver);int status;if (!driver->probe || !driver->id_table)return -ENODEV;client->driver = driver;…….status = driver->probe(client, i2c_match_id(driver->id_table, client));……return status;
}

在i2c_device_probe()函数中，语句client->driver = driver将I2C device和I2C driver绑定，然后直接调用具体设备的probe函数，这里即mma7455的probe函数mma7455_probe()。
在mma7455_probe()函数会完成一些具体I2C设备相关的初始化等操作，这边就不再详述。

5 用户空间的支持
图1.1Linux I2C的架构图中的i2c-dev部份是一个通用的I2C设备的驱动程序，通过一个带有操作集file_operations的标准字符设备驱动为用户空间提供了访问接口，使用户空间可以通过I2C core，进而访问I2C adapter。
5.1 I2c-dev的注册
该部分的源代码位于drivers/i2c/i2c-dev.c，首先定义了I2C device驱动i2cdev_driver：

static struct i2c_driver i2cdev_driver = {.driver = {.name	= "dev_driver",},.attach_adapter	= i2cdev_attach_adapter,.detach_adapter	= i2cdev_detach_adapter,
};

i2cdev_driver注册代码如下：

static int __init i2c_dev_init(void)
{……res = register_chrdev(I2C_MAJOR, "i2c", &i2cdev_fops);……i2c_dev_class = class_create(THIS_MODULE, "i2c-dev");……res = i2c_add_driver(&i2cdev_driver);……
}

首先注册了一个主设备号为I2C_MAJOR，操作集为i2cdev_fops，名字为“i2c”的字符设备。在文件drivers/i2c/i2c-dev.h中，I2C_MAJOR被定义为89。在i2c-dev.c中i2cdev_fops的定义如下：

static const struct file_operations i2cdev_fops = {.owner		= THIS_MODULE,.llseek		= no_llseek,.read		= i2cdev_read,.write		= i2cdev_write,.unlocked_ioctl	= i2cdev_ioctl,.open		= i2cdev_open,.release	= i2cdev_release,
};

该操作集是用户空间访问该字符设备的接口。
然后调用函数i2c_add_driver(&i2cdev_driver)将i2cdev_driver驱动注册到i2c core中，i2cdev_driver驱动注册的流程图如下：

图5.1 i2cdev_driver注册过程

注册i2c_driver时，会将驱动和adapter绑定起来，然后将调用i2c_driver 的attach_adapter 方法，即i2cdev_attach_adapter()函数，建立dev设备节点，每个adapter都会对应一个dev设备节点，并维护了一个i2c_dev链表保存设备节点和adapter的关系。
i2cdev_attach_adapter()函数的代码如下：

static int i2cdev_attach_adapter(struct i2c_adapter *adap)
{……/* register this i2c device with the driver core */i2c_dev->dev = device_create(i2c_dev_class, &adap->dev,MKDEV(I2C_MAJOR, adap->nr), NULL,"i2c-%d", adap->nr);……res = device_create_file(i2c_dev->dev, &dev_attr_name);……
}

以I2C_MAJOR和adap->nr为主从设备号创建并注册设备节点，如果系统有udev或者是hotplug，那么就会在/dev下自动创建相关的设备节点了。
5.2 I2c-dev的打开
I2c-dev的open函数如下：

static int i2cdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{……i2c_dev = i2c_dev_get_by_minor(minor);if (!i2c_dev) {ret = -ENODEV;goto out;}adap = i2c_get_adapter(i2c_dev->adap->nr);……client = kzalloc(sizeof(*client), GFP_KERNEL);if (!client) {i2c_put_adapter(adap);ret = -ENOMEM;goto out;}snprintf(client->name, I2C_NAME_SIZE, "i2c-dev %d", adap->nr);client->driver = &i2cdev_driver;client->adapter = adap;file->private_data = client;……
}

    Open操作是用户空间程序和内核驱动交换的第一步，最终返回给用户空间的就是struct file结构体。对于I2C 驱动来说，用户空间所获得的就是client这个关键信息，在其中可以找到所有有关的信息如client所在的adapter及i2c_driver。
    用open函数将i2c-dev设备打开以后，就可以通过ioctl函数的各种命令来设定要访问从设备的地址，I2C设备读写等操作，也可以通过 read和write函数完成对I2C设备的读写。
    对I2C设备的具体操作在这里不再具体阐述，可以参看i2c-dev.c源代码。
6 I2C数据收发的框架
    I2C架构的读写支持两种协议类型，I2C协议与SMBUS协议。
    I2C协议和SMBUS协议不完成等同，SMBUS是I2C的子集，SMBUS由I2C衍生而来。SMBUS总线上传输的数据一定是I2C的格式的，但是SMBUS上传输的数据不一定能满足具体某个I2C从设备的通信要求。
6.1 SMBUS协议的数据收发
    如果控制器不支持SMBUS协议，框架层可以用i2c_transfer模拟SMBUS协议的实现，系统默认的I2C传输函数一般都是基于I2C模拟的SMBUS方法传输的，如i2c_smbus_write_byte_data()，i2c_smbus_read_byte_data()等。
    在设备mma7455的驱动程序中，使用了SMBUS协议，而OMAP3630控制器使用的是I2C协议，因此在mma7455的驱动程序中就用到了基于I2C模拟的SMBUS方法。
    下面以函数i2c_smbus_write_byte_data()为例来说明SMBUS协议下的数据发送的过程。
    在i2c-core.c中，函数i2c_smbus_write_byte_data()的定义如下：

/*** i2c_smbus_write_byte_data - SMBus "write byte" protocol* @client: Handle to slave device* @command: Byte interpreted by slave* @value: Byte being written** This executes the SMBus "write byte" protocol, returning negative errno* else zero on success.*/
s32 i2c_smbus_write_byte_data(struct i2c_client *client, u8 command, u8 value)
{union i2c_smbus_data data;data.byte = value;return i2c_smbus_xfer(client->adapter,client->addr,client->flags,I2C_SMBUS_WRITE,command,I2C_SMBUS_BYTE_DATA,&data);
}

函数i2c_smbus_write_byte_data()的调用流程图如下：

图6.1 SMBUS协议下的数据发送过程

    从图6.1可以看到，走哪条分支取决于I2C控制器的i2c_algorithm算法，当定义了方法smbus_xfer，则直接调用该方法，如果没有则通过先调用i2c_smbus_xfer_emulated()，进而通过i2c_transfer()最终调用I2C协议下的master_xfer方法，所以我们说SMBUS总线上传输的数据一定是I2C的格式的。
6.2 I2C协议的数据收发
    I2C协议下的数据收发函数就是常用的I2C传输函数：i2c_master_send()和i2c_master_recv()。
    下面以函数i2c_master_send ()为例来说明I2C协议下的数据发送的过程。
    在i2c-core.c中，函数i2c_master_send()定义如下：

/*** i2c_master_send - issue a single I2C message in master transmit mode* @client: Handle to slave device* @buf: Data that will be written to the slave* @count: How many bytes to write** Returns negative errno, or else the number of bytes written.*/
int i2c_master_send(struct i2c_client *client,const char *buf ,int count)
{int ret;struct i2c_adapter *adap=client->adapter;struct i2c_msg msg;msg.addr = client->addr;msg.flags = client->flags & I2C_M_TEN;msg.len = count;msg.buf = (char *)buf;ret = i2c_transfer(adap, &msg, 1);/* If everything went ok (i.e. 1 msg transmitted), return #bytestransmitted, else error code. */return (ret == 1) ? count : ret;
}

从源代码中可以看出，函数i2c_master_send()先构造i2c_msg结构体，然后直接调用函数i2c_transfer。简单的示意图如下：

图6-2 I2C协议下的数据发送过程