嵌入式Linux驱动开发（I2C专题）（五）

I2C系统驱动程序模型

参考资料：

  • Linux内核文档:
    • Documentation\i2c\instantiating-devices.rst
    • Documentation\i2c\writing-clients.rst
  • Linux内核驱动程序示例:
    • drivers/eeprom/at24.c

1. I2C驱动程序的层次

在这里插入图片描述
I2C Core就是I2C核心层，它的作用：

  • 提供统一的访问函数，比如i2c_transfer、i2c_smbus_xfer等
  • 实现I2C总线-设备-驱动模型，管理：I2C设备(i2c_client)、I2C设备驱动(i2c_driver)、I2C控制器(i2c_adapter)

2. I2C总线-设备-驱动模型

在这里插入图片描述

2.1 i2c_driver

i2c_driver表明能支持哪些设备：

  • 使用of_match_table来判断
    • 设备树中，某个I2C控制器节点下可以创建I2C设备的节点
      • 如果I2C设备节点的compatible属性跟of_match_table的某项兼容，则匹配成功
    • i2c_client.name跟某个of_match_table[i].compatible值相同，则匹配成功
  • 使用id_table来判断
    • i2c_client.name跟某个id_table[i].name值相同，则匹配成功

i2c_driver跟i2c_client匹配成功后，就调用i2c_driver.probe函数。

2.2 i2c_client

i2c_client表示一个I2C设备，创建i2c_client的方法有4种：

  • 方法1

    • 通过I2C bus number来创建

      int i2c_register_board_info(int busnum, struct i2c_board_info const *info, unsigned len);

    • 通过设备树来创建

      	i2c1: i2c@400a0000 {/* ... master properties skipped ... */clock-frequency = <100000>;flash@50 {compatible = "atmel,24c256";reg = <0x50>;};pca9532: gpio@60 {compatible = "nxp,pca9532";gpio-controller;#gpio-cells = <2>;reg = <0x60>;};};

  • 方法2
    有时候无法知道该设备挂载哪个I2C bus下，无法知道它对应的I2C bus number。
    但是可以通过其他方法知道对应的i2c_adapter结构体。
    可以使用下面两个函数来创建i2c_client：

    • i2c_new_device

        static struct i2c_board_info sfe4001_hwmon_info = {I2C_BOARD_INFO("max6647", 0x4e),};int sfe4001_init(struct efx_nic *efx){(...)efx->board_info.hwmon_client =i2c_new_device(&efx->i2c_adap, &sfe4001_hwmon_info);(...)}

    • i2c_new_probed_device

        static const unsigned short normal_i2c[] = { 0x2c, 0x2d, I2C_CLIENT_END };static int usb_hcd_nxp_probe(struct platform_device *pdev){(...)struct i2c_adapter *i2c_adap;struct i2c_board_info i2c_info;(...)i2c_adap = i2c_get_adapter(2);memset(&i2c_info, 0, sizeof(struct i2c_board_info));strscpy(i2c_info.type, "isp1301_nxp", sizeof(i2c_info.type));isp1301_i2c_client = i2c_new_probed_device(i2c_adap, &i2c_info,normal_i2c, NULL);i2c_put_adapter(i2c_adap);(...)}

    • 差别：

      • i2c_new_device：会创建i2c_client，即使该设备并不存在
      • i2c_new_probed_device：
        • 它成功的话，会创建i2c_client，并且表示这个设备肯定存在
        • I2C设备的地址可能发生变化，比如AT24C02的引脚A2A1A0电平不一样时，设备地址就不一样
        • 可以罗列出可能的地址
        • i2c_new_probed_device使用这些地址判断设备是否存在

  • 方法3(不推荐)：由i2c_driver.detect函数来判断是否有对应的I2C设备并生成i2c_client

  • 方法4：通过用户空间(user-space)生成
    调试时、或者不方便通过代码明确地生成i2c_client时，可以通过用户空间来生成。

  // 创建一个i2c_client, .name = "eeprom", .addr=0x50, .adapter是i2c-3# echo eeprom 0x50 > /sys/bus/i2c/devices/i2c-3/new_device// 删除一个i2c_client# echo 0x50 > /sys/bus/i2c/devices/i2c-3/delete_device

编写设备驱动之i2c_driver

参考资料：

Linux内核文档:
Documentation\i2c\instantiating-devices.rst
Documentation\i2c\writing-clients.rst
Linux内核驱动程序示例:
drivers/eeprom/at24.c

1. 套路

1.1 I2C总线-设备-驱动模型

在这里插入图片描述

1.2 示例

分配、设置、注册一个i2c_driver结构体，类似drivers/eeprom/at24.c：
在这里插入图片描述

2. 编写i2c_driver

2.1 先写一个框架

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/of_device.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/mod_devicetable.h>
#include <linux/bitops.h>
#include <linux/jiffies.h>
#include <linux/property.h>
#include <linux/acpi.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/nvmem-provider.h>
#include <linux/regmap.h>
#include <linux/pm_runtime.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>static const struct of_device_id of_match_ids_example[] = {{ .compatible = "com_name,chip_name",		.data = NULL },{ /* END OF LIST */ },
};static const struct i2c_device_id example_ids[] = {{ "chip_name",	(kernel_ulong_t)NULL },{ /* END OF LIST */ }
};static int i2c_driver_example_probe(struct i2c_client *client)
{return 0;
}static int i2c_driver_example_remove(struct i2c_client *client)
{return 0;
}static struct i2c_driver i2c_example_driver = {.driver = {.name = "example",.of_match_table = of_match_ids_example,},.probe_new = i2c_driver_example_probe,.remove = i2c_driver_example_remove,.id_table = example_ids,
};static int __init i2c_driver_example_init(void)
{return i2c_add_driver(&i2c_example_driver);
}
module_init(i2c_driver_example_init);static void __exit i2c_driver_example_exit(void)
{i2c_del_driver(&i2c_example_driver);
}module_exit(i2c_driver_example_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

2.2 在为AP3216C编写代码

百问网的开发板上有光感芯片AP3216C：
在这里插入图片描述
AP3216C是红外、光强、距离三合一的传感器，以读出光强、距离值为例，步骤如下：

复位：往寄存器0写入0x4
使能：往寄存器0写入0x3
读红外：读寄存器0xA、0xB得到2字节的红外数据
读光强：读寄存器0xC、0xD得到2字节的光强
读距离：读寄存器0xE、0xF得到2字节的距离值
AP3216C的设备地址是0x1E。

ap3216c_drv.c

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/of_device.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/mod_devicetable.h>
#include <linux/bitops.h>
#include <linux/jiffies.h>
#include <linux/property.h>
#include <linux/acpi.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/nvmem-provider.h>
#include <linux/regmap.h>
#include <linux/pm_runtime.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/fs.h>static int major = 0;
static struct class *ap3216c_class;
static struct i2c_client *ap3216c_client;static ssize_t ap3216c_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{int err;char kernel_buf[6];int val;if (size != 6)return -EINVAL;val = i2c_smbus_read_word_data(ap3216c_client, 0xA); /* read IR */kernel_buf[0] = val & 0xff;kernel_buf[1] = (val>>8) & 0xff;val = i2c_smbus_read_word_data(ap3216c_client, 0xC); /* read 光强 */kernel_buf[2] = val & 0xff;kernel_buf[3] = (val>>8) & 0xff;val = i2c_smbus_read_word_data(ap3216c_client, 0xE); /* read 距离 */kernel_buf[4] = val & 0xff;kernel_buf[5] = (val>>8) & 0xff;err = copy_to_user(buf, kernel_buf, size);return size;
}static int ap3216c_open (struct inode *node, struct file *file)
{i2c_smbus_write_byte_data(ap3216c_client, 0, 0x4);/* delay for reset */mdelay(20);i2c_smbus_write_byte_data(ap3216c_client, 0, 0x3);mdelay(250);return 0;
}static struct file_operations ap3216c_ops = {.owner = THIS_MODULE,.open  = ap3216c_open,.read  = ap3216c_read,
};static const struct of_device_id of_match_ids_ap3216c[] = {{ .compatible = "lite-on,ap3216c",		.data = NULL },{ /* END OF LIST */ },
};static const struct i2c_device_id ap3216c_ids[] = {{ "ap3216c",	(kernel_ulong_t)NULL },{ /* END OF LIST */ }
};static int ap3216c_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)
{printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);ap3216c_client = client;/* register_chrdev */major = register_chrdev(0, "ap3216c", &ap3216c_ops);ap3216c_class = class_create(THIS_MODULE, "ap3216c_class");device_create(ap3216c_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "ap3216c"); /* /dev/ap3216c */return 0;
}static int ap3216c_remove(struct i2c_client *client)
{printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);device_destroy(ap3216c_class, MKDEV(major, 0));class_destroy(ap3216c_class);/* unregister_chrdev */unregister_chrdev(major, "ap3216c");return 0;
}static struct i2c_driver i2c_ap3216c_driver = {.driver = {.name = "ap3216c",.of_match_table = of_match_ids_ap3216c,},.probe = ap3216c_probe,.remove = ap3216c_remove,.id_table = ap3216c_ids,
};static int __init i2c_driver_ap3216c_init(void)
{printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);return i2c_add_driver(&i2c_ap3216c_driver);
}
module_init(i2c_driver_ap3216c_init);static void __exit i2c_driver_ap3216c_exit(void)
{i2c_del_driver(&i2c_ap3216c_driver);
}
module_exit(i2c_driver_ap3216c_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

ap3216c_client.c

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/of_device.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/mod_devicetable.h>
#include <linux/bitops.h>
#include <linux/jiffies.h>
#include <linux/property.h>
#include <linux/acpi.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/nvmem-provider.h>
#include <linux/regmap.h>
#include <linux/pm_runtime.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/fs.h>#if 1
static struct i2c_client *ap3216c_client;static int __init i2c_client_ap3216c_init(void)
{struct i2c_adapter *adapter;static struct i2c_board_info board_info = {I2C_BOARD_INFO("ap3216c", 0x1e),};printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);/* register I2C device */adapter = i2c_get_adapter(0);ap3216c_client = i2c_new_device(adapter, &board_info);i2c_put_adapter(adapter);return 0;
}#elsestatic struct i2c_client *ap3216c_client;/* Addresses to scan */
static const unsigned short normal_i2c[] = {0x1e, I2C_CLIENT_END
};static int __init i2c_client_ap3216c_init(void)
{struct i2c_adapter *adapter;struct i2c_board_info board_info;memset(&board_info, 0, sizeof(struct i2c_board_info));strscpy(board_info.type, "ap3216c", sizeof(board_info.type));printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);/* register I2C device */adapter = i2c_get_adapter(0);ap3216c_client = i2c_new_probed_device(adapter, &board_info,normal_i2c, NULL);i2c_put_adapter(adapter);return 0;
}
#endifmodule_init(i2c_client_ap3216c_init);static void __exit i2c_client_ap3216c_exit(void)
{i2c_unregister_device(ap3216c_client);
}
module_exit(i2c_client_ap3216c_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

APP

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>/**/
int main(int argc, char **argv)
{int fd;char buf[6];int len;/* 2. 打开文件 */fd = open("/dev/ap3216c", O_RDWR);if (fd == -1){printf("can not open file /dev/hello\n");return -1;}len = read(fd, buf, 6);		printf("APP read : ");for (len = 0; len < 6; len++)printf("%02x ", buf[len]);printf("\n");close(fd);return 0;
}

Makefile

# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH,          比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH,          比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin 
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
#       请参考各开发板的高级用户使用手册KERN_DIR = /home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88/all:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -rf modules.orderobj-m	+= ap3216c_drv.o
obj-m	+= ap3216c_client.o

I2C_Adapter驱动框架讲解与编写

分配、设置、注册一个i2c_adpater结构体：

  • i2c_adpater的核心是i2c_algorithm
  • i2c_algorithm的核心是master_xfer函数

1. 所涉及的函数

  • 分配

    struct i2c_adpater *adap = kzalloc(sizeof(struct i2c_adpater), GFP_KERNEL);

  • 设置

    adap->owner = THIS_MODULE;
adap->algo = &stm32f7_i2c_algo;

  • 注册：i2c_add_adapter/i2c_add_numbered_adapter

    ret = i2c_add_adapter(adap);          // 不管adap->nr原来是什么，都动态设置adap->nr
ret = i2c_add_numbered_adapter(adap); // 如果adap->nr == -1 则动态分配nr; 否则使用该nr

  • 反注册

    i2c_del_adapter(adap);

2. i2c_algorithm示例

  • Linux-5.4中使用GPIO模拟I2C
    在这里插入图片描述
  • Linux-5.4中STM32F157的I2C驱动
    在这里插入图片描述
  • Linux-4.9.88中IMX6ULL的I2C驱动
    在这里插入图片描述

3. 编写一个框架程序

3.1 设备树

在设备树里构造I2C Bus节点：

	i2c-bus-virtual {compatible = "100ask,i2c-bus-virtual";};

3.2 platform_driver

分配、设置、注册platform_driver结构体。

核心是probe函数，它要做这几件事：

  • 根据设备树信息设置硬件(引脚、时钟等)
  • 分配、设置、注册i2c_apdater

3.3 i2c_apdater

i2c_apdater核心是master_xfer函数，它的实现取决于硬件，大概代码如下：

static int xxx_master_xfer(struct i2c_adapter *adapter,struct i2c_msg *msgs, int num)
{for (i = 0; i < num; i++) {struct i2c_msg *msg = msgs[i];{// 1. 发出S信号: 设置寄存器发出S信号CTLREG = S;// 2. 根据Flag发出设备地址和R/W位: 把这8位数据写入某个DATAREG即可发出信号//    判断是否有ACKif (!ACK)return ERROR;else {// 3. read / writeif (read) {STATUS = XXX; // 这决定读到一个数据后是否发出ACK给对方val = DATAREG; // 这会发起I2C读操作} else if(write) {DATAREG = val; // 这会发起I2C写操作val = STATUS;  // 判断是否收到ACKif (!ACK)return ERROR;}                }// 4. 发出P信号CTLREG = P;}}   return i;
}

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文件的意外删除和回收站清空是许多用户面临的普遍问题。这种情况下&#xff0c;很多人会感到无助和焦虑&#xff0c;担心自己的重要文件永远丢失。然而&#xff0c;幸运的是&#xff0c;依然存在一些有效的方法能够帮助我们找回被删除并且被回收站清空的文件。 ▌被删除文件在…
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uniapp——实现聊天室功能——技能提升

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这里写目录标题 效果图聊天室功能代码——html部分代码——js部分代码——其他部分 首先声明一点&#xff1a;下面的内容是从一个uniapp的程序中摘录的&#xff0c;并非本人所写&#xff0c;先做记录&#xff0c;以免后续遇到相似需求抓耳挠腮。 效果图 聊天室功能 发送图片 …
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进制转换问题

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进制 二进制 &#xff08;Binary&#xff09;&#xff1a;0、1。简写为B 八进制&#xff08;Octonary&#xff09;&#xff1a;0、1、2、3、4、5、6、7。简写为O 十进制&#xff08;decimalism&#xff09;&#xff1a;0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 简写为D 十六进制&#xff…
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