1、应用层实现I2C通信
1.1 I2C简介
I2C是很常见的一种总线协议，I2C是NXP公司设计的，I2C使用两条线在主控制器和从机之间进行数据通信。一条是SCL（串行时钟线），另外一条是SDA(串行数据线)，因为I2C这两条数据线是开漏输出的，所以需要接上拉电阻，总线空闲的时候SCL和SDA处于高电平。I2C总线标准模式下速度可以达到100Kb/s,快速模式下可以达到400kb/s。如果大家玩过51单片机，肯定对模拟I2C时序这个操作并不陌生，但是在Linux上，还需要我们继续来模拟I2C的时序吗，答案是不需要的，cpu会自带I2C控制器，有了这个I2C控制器后，就不需要模拟时序了，只需要关心怎么把数据写到寄存器和怎么从寄存器读数据即可，具体的时序都是由I2C控制器来帮我们自动完成。
1.2 如何查看板子系统上有几个i2c？
Linux把I2C控制器抽象成一个i2c_adapter，我们只要来分配这个i2c_adapter，就可以得到一个I2C控制器。我们可以先来体验一下，在Linux上操作I2C是多模任意，先来看一下系统里面都有哪些I2C的节点，在开发板串口输入：
ls /dev/i2c-*查看i2c节点:
Linux有一个非常重要的概念是一切皆文件，那么我们能不能在应用层通过open这些节点来操作I2C来跟外设I2C通信的芯片进行数据交互呢？当然是可以的，我们来以前看一下，这里我们以7寸RGB屏幕上的触摸芯片FT5X06为例。
通过原理图来确定FT5X06使用的是哪个I2C，通过下面的截图我们可以得到在开发板上，触摸芯片FT5X06使用的是I2C2，对应的节点是dev下面的i2c-1。那么跟触摸芯片FT5X06进行通信，是不是操作dev下的i2c-1这个节点就可以了？
1.3 数据包的结构体是i2c_rdwr_ioctl_data及i2c_msg
怎么在应用层操作I2C呢，应用层操作I2C是以数据包进行交流的，所有我们在应用层就要进行封包的操作。数据包对应的结构体是i2c_rdwr_ioctl_data，这个结构体在include\uapi\linux\i2c-dev.h下面，定义如下：
struct i2c_rdwr_ioctl_data {struct i2c_msg __user *msgs; /* pointers to i2c_msgs 要发送的数据包的指针*/__u32 nmsgs; /* number of i2c_msgs发送数据包的个数 */
};再来看一下i2c_msg结构体的定义，这个结构体是定义在include\uapi\linux\i2c.h下面，定义如下：
struct i2c_msg {__u16 addr; /* slave addres 从机地址*/__u16 flags ;/*读写标志位,为1表示为读，反之为0，则为写*/
#define I2C_M_RD 0x0001 /* read data, from slave to master *//* I2C_M_RD is guaranteed to be 0x0001! */
#define I2C_M_TEN 0x0010 /* this is a ten bit chip address */
#define I2C_M_RECV_LEN 0x0400 /* length will be first received byte */
#define I2C_M_NO_RD_ACK 0x0800 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
#define I2C_M_IGNORE_NAK 0x1000 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
#define I2C_M_REV_DIR_ADDR 0x2000 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
#define I2C_M_NOSTART 0x4000 /* if I2C_FUNC_NOSTART */
#define I2C_M_STOP 0x8000 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */__u16 len; /* msg length 为buf的大小，单位是字节*/__u8 *buf; /* pointer to msg data 当flags为1是，buf是要接受的数据，当flags为0，就是要发送的数据*/
};1.4 应用程序编写
那么怎么设计程序呢，首先要看一下触摸芯片的数据手册：
了解相关的寄存器后，就可以开始写程序了
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/inpuit.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#incldue <sys/ioctl.h>
int fd;
int i2c_read_data(unsigned int slave_addr, unsigned char reg_addr)
{unsigned char data;struct i2c_rdwr_ioctl_data i2c_read_lcd;struct i2c_msg msg[2] = {[0] = {//第一个数据包先写要操作的寄存器的地址.addr = slave_addr,.flags = 0,.buf = ®_addr,.len = sizeof(reg_addr)},[1] = {//第二个数据包再读这个寄存器的数据.addr = slave_addr,.flags = 1,.buf = &data,.len = sizeof(data)},};i2c_read_lcd.msgs = msg;i2c_read_lcd.nmsgs = 2;ret = ioctl(fd, I2C_RDWR, &i2c_read_lcd);if (ret < 0) {perror("ioctl errror is:");return ret;}return data;
}
int main(int argc, char *argv[])
{int TD_STATUS;fd = open("/dev/i2c-1", O_RDWR);if (fd < 0) {perror("open error");return fd;}while (1) {TD_STATUS = i2c_read_data(0x38,0x02);printf("TD_STATUS value is %d\n", TD_STATUS);sleep(1);}return 0;
}编译并在开发板上运行这个app:
2、I2C总线实现clien设备
2.1 Linux I2C驱动框架简介
Linux中的I2C也是按照平台总线模型设计的，既然也是按照平台总线模型设计的，是不是也分为一个device和一个driver呢？但是I2C这里的device不叫device，也叫client。platform是虚拟出来的一条总线，目的是未来实现总线、设备、驱动框架。对于I2C而言，不需要虚拟出一条总线，直接使用I2C总线即可。
同样，这里先从非设备树开始，先看一下再没有设备树之前怎么实现的I2C的device部分，也就是client部分。然后再学习有了设备树之后，我们的client是怎么编写的，按照Linux的发展路径来学习。
在没有使用设备树之前，我们使用的是i2c_board_info这个结构体来描述一个I2C设备的， i2c_board_info 这个结构体如下，在include/linux/i2c.h：
struct i2c_board_info {char type[I2C_NAME_SIZE];unsigned short flags;unsigned short addr;void *platform_data;struct dev_archdata *archdata;struct device_node *of_node;struct fwnode_handle *fwnode;int irq;
};在上面的这个结构体中，type和addr这两个成员变量是必须要设置的，一个是I2C设备的名字，这个名字就是用来进行匹配用的，一个是I2C设备的器件地址。也可以使用宏,在include/linux/i2c.h：：
#define I2C_BOARD_INFO(dev_type, dev_addr) \.type = dev_type, .addr = (dev_addr)可以看出，I2C_BOARD_INFO宏其实就是设置i2c_board_info的 type 和 addr这两个成员变量。
2.2 I2C核心提供的具体硬件无关的API函数
I2C设备和驱动的匹配过程是由I2C核心来完成的，在Linux源码的drivers/i2c/i2c-core.c就是I2C的核心部分，I2C核心提供了一些与具体硬件无关的函数,如下：
2.2.1 i2c_get_adapter函数
作用：获得一个I2C适配器。
struct i2c_adapter *i2c_get_adapter(int nr);
参数：
nr:要获得的哪个I2C适配器的编号。
返回值：失败返回NULL。2.2.2 i2c_put_adapter函数
作用：释放I2C适配器。
void i2c_put_adapter(struct i2c_adapter *adap);
参数：
adap:要释放I2C适配器。
返回值：失败返回NULL。2.2.3 i2c_new_device函数
作用：把I2C适配器和I2C器件关联起来。
struct i2c_client *i2c_new_device(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_board_info const *info);
参数：
adap:I2C适配器。
info：i2c_board_info的指针。
返回值：失败返回NULL。2.2.4 i2c_unregister_device函数
作用：注销一个client。
void i2c_unregister_device(struct i2c_client *client);
client：i2c_client的指针。2.3 如果使用设备树要怎么描述硬件信息呢？
在使用设备树以后，就不用这么复杂了，使用给设备树的时候只要在对应的I2C节点下创建相应设备的节点即可，比如我想添加一个触摸芯片FT5X06的设备，我就可以在对应的I2C的节点下这样写：
注意：这里使用的是10.1寸的触摸芯片gt911，4.3寸触摸芯片是tsc2007.其他都是ft5426。
查看对应设备树节点：
注意：我们使用的是I2C2，上图设备树节点看是1-0038，为啥是1呢，因为平台上的是I2C2,是从1开始计数的，而这里是从0开始计数的。
2.4 不用设备树的方法怎么描述硬件信息
下面演示不用设备树的方法进行实验，
<1> 首先先要去掉设备树上的节点：
<2> 再make menuconfig把相关i2c驱动注释掉：
注释掉之后编译内核源码，并烧写至系统，会发现看不到设备节点了
现在运行编译脚本就不会把这个设备驱动编译进去了
<3> 最后编写实现client驱动源码，并加载到系统上，会发现可以重新看到有对应的设备节点了
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/i2c.h>
//分配一个I2C适配器指针
struct i2c_adapter *i2c_ada;
//分配一个i2c_client指针
struct i2c_client *i2c_client;
//支持的I2C的设备列表
struct ic_board_info ft5x06_info[] = {//每一项都代表一个I2C设备，这句话的意思就是说这个设备的名字代表ft5x06_test，器件地址是0x38{I2C_BOARD_INFO("ft5x06_test", 0x38)}，
};
static int ft5x06_client_init(void)
{//调用 i2c_get_adapter ,获得一个I2C总线，因为ft5x06是挂载动力I2C2上，所以这个参数就是1，所以这句代码的意思就是把这个触摸触摸芯片挂载到i2c2上.i2c_ada = i2c_get_adapter(1);//把I2C适配器和I2C器件关联起来 i2c_new_device(i2c_ada, ft5x06_info);//释放I2C控制器i2c_put_adapter(i2c_ada);printk("This is ft5x06_client_init\n");return0;
}
static void ft5x06_client_exit(void)
{i2c_unsigned_device(i2c_client);printk("This is ft5x06_client_exit\n");
}
module_init(ft5x06_client_init);
module_exit(ft5x06_client_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");挂载驱动，可以看到有对应的设备节点了：
3、I2C总线实现driver驱动
上面实现了client部分，然后我们再来看driver部分。不管是使用设备树还是非设备树，driver部分就比较复杂了。和注册一个杂项设备或者是字符设备的套路一样，也是要先顶一个i2c_driver的结构体，然后再对他进行初始化，下面先看一下这个结构体的定义，如下图所示：
struct i2c_driver {unsigned int class;
/* Notifies the driver that a new bus has appeared. You should avoid* using this, it will be removed in a near future.*/int (*attach_adapter)(struct i2c_adapter *) __deprecated;
/* Standard driver model interfaces */int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *);int (*remove)(struct i2c_client *);
/* driver model interfaces that don't relate to enumeration */void (*shutdown)(struct i2c_client *);
/* Alert callback, for example for the SMBus alert protocol.* The format and meaning of the data value depends on the protocol.* For the SMBus alert protocol, there is a single bit of data passed* as the alert response's low bit ("event flag").* For the SMBus Host Notify protocol, the data corresponds to the* 16-bit payload data reported by the slave device acting as master.*/void (*alert)(struct i2c_client *, enum i2c_alert_protocol protocol,unsigned int data);
/* a ioctl like command that can be used to perform specific functions* with the device.*/int (*command)(struct i2c_client *client, unsigned int cmd, void *arg);
struct device_driver driver;const struct i2c_device_id *id_table;
/* Device detection callback for automatic device creation */int (*detect)(struct i2c_client *, struct i2c_board_info *);const unsigned short *address_list;struct list_head clients;
};初始化完成以后就是把i2c_driver注册进内核，注册进内核我们使用的是i2c_add_driver。
<1>i2c_add_driver函数宏
作用：注册一个i2c驱动。
#define i2c_add_driver(driver) \i2c_register_driver(THIS_MODULE, driver)
参数：
driver: struct i2c_driver的指针。
返回值：失败返回负值。<2>i2c_del_driver函数
作用：删除一个i2c驱动。
extern void i2c_del_driver(struct i2c_driver *);
参数：driver: struct i2c_driver的指针。
返回值：失败返回负值。<3>驱动代码
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/i2c.h>
static const struct i2c_device_id ft5x06_id_ts[] = {{"xxx",0},
};
static const struct of_device_id ft5x06_id[] = {{.compatible = "edt,edt-ft5306", 0},{.compatible = "edt,edt-ft5x06", 0},{.compatible = "edt,edt-ft5406", 0},
};
int ft5x06_probe(struct i2c_client *i2c_client, const struct i2c_device_id *id)
{printk("This is ft5x06_probe\n");//注册一个杂项设备 或 注册一个字符设备return 0;
}
int ft5x06_remove(struct i2c_client *i2c_client)
{return 0;
}
static struct i2c_driver ft5x06_driver = {.driver = {.owner = YHIS_MODULE,.name = "ft5x06_test",.of_match_table = ft5x06_id,},.probe = ft5x06_probe,.remove = ft5x06_remove,.id_table = ft5x06_pid_ts
};
static int ft5x06_driver_init(void)
{int ret;ret = i2c_add_driver(&ft5x06_driver);if (ret < 0) {printk("i2c_add_driver is error\n");return ret;}printk("This is ft5x06_driver_init\n");return 0;
}
static void ft5x06_driver_exit(void)
{i2c_del_driver(&ft5x06_driver);printk("This is ft5x06_driver_exit\n");
}
module_init(ft5x06_driver_init);
module_exit(ft5x06_driver_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");makefile:
编译驱动，加载驱动前需要取消设备树相关内容注释并烧写到板子上：
4、驱动程序实现I2C通信
在上面程序的基础上修改：
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/i2c.h>
static const struct i2c_device_id ft5x06_id_ts[] = {{"xxx",0},
};
static const struct of_device_id ft5x06_id[] = {{.compatible = "edt,edt-ft5306", 0},{.compatible = "edt,edt-ft5x06", 0},{.compatible = "edt,edt-ft5406", 0},
};
static struct i2c_client *ft5x06_client;
static int ft5x06_read_reg(u8 reg_addr);
static void ft5x06_write_reg(u8 reg_addr, u8 data, u8 len);
static void ft5x06_read_reg(u8 reg_addr)
{u8 data;struct i2c_msg msgs[] {//第一个数据包，写[0] = {.addr = ft5x06_client->addr,.flags = 0,.len = sizeof(reg_addr),.buf = ®_addr,},//第二个数据包，读[1] = {.addr = ft5x06_client->addr,.flags = 0,.len = sizeof(data),.buf = &data,},};i2c_transfer(ft5x06_client->adapter, msgs, 2);return data;
}
static void ft5x06_write_reg(u8 reg_addr, u8 data, u8 len)
{u8 buff[256];struct i2c_msg msgs[] = {[0] = {.addr = ft5x06_client->addr,.flags = 0,.len = len+1,.buf = buff,}};buff[0] = reg_addr;memcpy(&buff[1], &data, len);i2c_transfer(ft5x06_client->adapter, msgs, 1);
}
int ft5x06_probe(struct i2c_client *i2c_client, const struct i2c_device_id *id)
{printk("This is ft5x06_probe\n");ft5x06_client = client;//因为我们再别的函数里面用到这个client，所以我们要把他复制出来。//往地址为0x80的寄存器里面写入0x4bft5x06_write_reg(0x80, 0x4b, 1);//读取寄存器地址为0x80的数据ret = ft5x06_read_reg(0x80);printk("ret is %#x\n",ret);return 0;
}
int ft5x06_remove(struct i2c_client *i2c_client)
{return 0;
}
static struct i2c_driver ft5x06_driver = {.driver = {.owner = YHIS_MODULE,.name = "ft5x06_test",.of_match_table = ft5x06_id,},.probe = ft5x06_probe,.remove = ft5x06_remove,.id_table = ft5x06_pid_ts
};
static int ft5x06_driver_init(void)
{int ret;ret = i2c_add_driver(&ft5x06_driver);if (ret < 0) {printk("i2c_add_driver is error\n");return ret;}printk("This is ft5x06_driver_init\n");return 0;
}
static void ft5x06_driver_exit(void)
{i2c_del_driver(&ft5x06_driver);printk("This is ft5x06_driver_exit\n");
}
module_init(ft5x06_driver_init);
module_exit(ft5x06_driver_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");编译加载驱动：
改成0x02：
重新编译加载驱动：这个是没有放手指头的
放一个手指头在屏幕上，重新加载驱动：
