现在ARM下对SoC开发板的硬件描述都是采用devicetree文件，使用linux自带的dtc程序将dts编译成dtb之后，由u-boot将dtb导入给linux内核，linux内核读取dtb，然后注册设备的resource，linux内核使用of_系列函数API读取硬件资源。具体的说明可以看下

宋宝华的blog

http://blog.csdn.net/21cnbao/article/details/8457546

.dts文件根据具体的硬件配置好后，编译生成.dtb文件。

然后需要在menuconfig内核配置中为硬件选择驱动程序，只有硬件驱动程序和dts中的硬件名字匹配时，才能触发驱动的probe函数

rtc-8564和pcf8563的驱动是兼容的，均为pcf8563驱动。

 注：以下的分析基于3.12.0linux内核。个人分析难免存在纰漏，恳请大家指正。

一、I2C的linux主要涉及4个结构体：i2c_adapter，i2c_algorithm，i2c_client，i2c_driver

struct i2c_adapter {
	struct module *owner;
	unsigned int class;		  /* classes to allow probing for */
	const struct i2c_algorithm *algo; /* the algorithm to access the bus */
	void *algo_data;

	/* data fields that are valid for all devices	*/
	struct rt_mutex bus_lock;

	int timeout;			/* in jiffies */
	int retries;
	struct device dev;		/* the adapter device */

	int nr;
	char name[48];
	struct completion dev_released;

	struct mutex userspace_clients_lock;
	struct list_head userspace_clients;

	struct i2c_bus_recovery_info *bus_recovery_info;
};

i2c总线控制器数据依附于algo_data，比如xi2cps，s3c24xx_i2c。

struct device dev;成员表明i2c_adapter是一个硬件，对应SoC上的I2C控制器。

而i2c_algorithm则是这个I2C控制器的底层驱动程序。

同理：

struct i2c_client {
	unsigned short flags;		/* div., see below		*/
	unsigned short addr;		/* chip address - NOTE: 7bit	*/
					/* addresses are stored in the	*/
					/* _LOWER_ 7 bits		*/
	char name[I2C_NAME_SIZE];
	struct i2c_adapter *adapter;	/* the adapter we sit on	*/
	struct i2c_driver *driver;	/* and our access routines	*/
	struct device dev;		/* the device structure		*/
	int irq;			/* irq issued by device		*/
	struct list_head detected;
};

struct i2c_client代表一个挂载到i2c总线上的i2c从设备，该设备所需要的数据结构，其中包括

• 该i2c从设备所依附的i2c主设备 struct i2c_adapter *adapter
• 该i2c从设备的驱动程序struct i2c_driver *driver
• 作为i2c从设备所通用的成员变量,比如addr, name等
• 该i2c从设备驱动所特有的数据，依附于dev->driver_data下，在i2c_driver中的probe函数中设置这个结构体成员。比如eeprom的eeprom_data。
• 所有i2c从设备组成的双向链表：detected

struct device dev表明struct i2c_client代表的是一个硬件，比如eeprom芯片，或则rtc芯片，通过i2c总线连接到i2c_adapter硬件上。

而i2c_driver则是这个i2c_client芯片硬件的驱动程序。

我们一般会对每个I2C字符设备定义一个私有信息结构体，而i2c_client一般被包含在这个私有信息结构体中。看过LDR3源代码的hacker应该比较清楚。

 

 

i2c_client依附于i2c_adapter，也就是I2C设备和I2C总线控制器的对应关系，一个i2c_adapter可以挂接多个i2c_client，i2c_adapter的struct list_head userspace_clients;结构成员就是所有client的链表。

linux的最新版本基本上支持目前所有的I2C适配器硬件和I2C从设备，但是对于工程师来说，可能要面临各种情况：为i2c_adapter和i2c_client编写驱动程序。

 

二、I2C核心

    I2C核心是源码位于drivers/i2c/i2c-core.c,它并不依赖于硬件平台的接口函数，是I2C总线驱动和设备驱动的纽带。

增加/删除i2c_adapter

int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adapter)      //调用i2c_register_adapter()

int i2c_del_adapter(struct i2c_adapter *adapter)

增加/删除i2c_driver

int i2c_register_driver(struct module *owner, struct i2c_driver *driver)

int i2c_add_driver(struct i2c_driver *driver)         //调用i2c_register_driver

void i2c_del_driver(struct i2c_driver *driver)

增加/删除i2c_client

struct i2c_client *i2c_new_device(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_board_info const *info)

void i2c_unregister_device(struct i2c_client *client)

      注：在2.6.30版本之前使用的是i2c_attach_client()和i2c_detach_client()函数。之后attach被merge到了i2c_new_device中，而detach直接被unregister取代。实际上这两个函数内部都是调用了device_register()和device_unregister()

 

I2C传输、发送接收

int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num)

int i2c_master_send(struct i2c_client *client,const char *buf ,int count)

int i2c_master_recv(struct i2c_client *client, char *buf ,int count)

     i2c_transfer()函数用于进行I2C 适配器和I2C 设备之间的一组消息交互，i2c_master_send()函数和i2c_master_recv()函数内部会调用i2c_transfer()函数分别完成一条写消息和一条读消息。

      i2c_transfer()本身不能和硬件完成消息交互，它寻找i2c_adapter对应的i2c_algorithm，要实现数据传送就要实现i2c_algorithm的master_xfer()，这个函数与具体的硬件有关，大部分时间由厂商完成。

      i2c_transfer()通过调用__i2c_transfer()完成I2C通讯：

int __i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num)
{
	unsigned long orig_jiffies;
	int ret, try;

	/* Retry automatically on arbitration loss */
	orig_jiffies = jiffies;
	for (ret = 0, try = 0; try <= adap->retries; try++) {
		ret = adap->algo->master_xfer(adap, msgs, num);
		if (ret != -EAGAIN)
			break;
		if (time_after(jiffies, orig_jiffies + adap->timeout))
			break;
	}

	return ret;
}

可见retries为重传尝试次数，timeout为超时时间。

 

三、Linux I2C总线驱动

1、I2C适配器的加载和卸除

加载：申请硬件资源，比如IO地址，中断号，调用i2c_add_adapter加载适配器

i2c_add_adapter中会调用i2c_register_adapter函数

static int i2c_register_adapter(struct i2c_adapter *adap)
{
   ... ...
  device_register(&adap->dev);     //完成I2C主设备adapter的注册，即注册object和发送uevent等
  i2c_scan_static_board_info(adap);       //注册i2c_client

   ... ...
}

static void i2c_scan_static_board_info(struct i2c_adapter *adapter)
{
 struct i2c_devinfo *devinfo;

 down_read(&__i2c_board_lock);
 list_for_each_entry(devinfo, &__i2c_board_list, list) {
  if (devinfo->busnum == adapter->nr
    && !i2c_new_device(adapter,
      &devinfo->board_info))
   dev_err(&adapter->dev,
    "Can't create device at 0x%02x\n",
    devinfo->board_info.addr);
 }
 up_read(&__i2c_board_lock);
}

i2c_new_device调用device_register注册i2c从设备。

那么，这个I2C从设备组成的双向循环链表，是什么时候通过什么方式建立起来的呢？

以 /arch/arm/mach-pxa/saar.c 为例

static void __init saar_init(void)

{

   ... ...

saar_init_i2c();

  ........

}

static void __init saar_init_i2c(void)
{
 pxa_set_i2c_info(NULL);
 i2c_register_board_info(0, ARRAY_AND_SIZE(saar_i2c_info));
}

static struct i2c_board_info saar_i2c_info[] = {
	[0] = {
		.type		= "da9034",
		.addr		= 0x34,
		.platform_data	= &saar_da9034_info,
		.irq		= PXA_GPIO_TO_IRQ(mfp_to_gpio(MFP_PIN_GPIO83)),
	},
};

 

 /* drivers/i2c/i2c-boardinfo.c */

 int __init i2c_register_board_info(int busnum, structi2c_board_info const *info, unsigned len)
{

   ... ...

  struct i2c_devinfo *devinfo;
  devinfo->board_info = *info;
  list_add_tail(&devinfo->list, &__i2c_board_list);    //将I2C从设备加入该链表中
   ... ...
}

 所以，在系统初始化的过程中，我们可以通过 i2c_register_board_info，将所需要的I2C从设备加入一个名为__i2c_board_list双向循环链表，系统在成功加载I2C主设备adapt后，就会对这张链表里所有I2C从设备逐一地完成 i2c_client的注册。

也就是说，i2c_client和i2c_adapter都是由i2c_core来维护的。

在xilinx-linux中，i2c从设备是通过dts文件传递给内核的，内核通过zynq_init_machine函数注册所有的i2c从设备，i2c_client.

      在linux的设备和驱动管理体系中，所有的非热插拔设备默认是在 init_machine函数成员中加入相应维护设备的双向链表中，包括platform_device和其他的设备。当一个特定的设备驱动通过driver_register加入对应的总线下时，回去遍历对应总线下的设备双向链表，当驱动和设备匹配时，会触发驱动的probe函数。

DT_MACHINE_START(XILINX_EP107, "Xilinx Zynq Platform")
	.smp		= smp_ops(zynq_smp_ops),
	.map_io		= zynq_map_io,
	.init_irq	= zynq_irq_init,
	.init_machine	= zynq_init_machine,
	.init_late	= zynq_init_late,
	.init_time	= zynq_timer_init,
	.dt_compat	= zynq_dt_match,
	.reserve	= zynq_memory_init,
	.restart	= zynq_system_reset,
MACHINE_END

可以参考mach-zynq的电路板初始化代码

卸除：释放硬件资源，调用i2c_del_adapter卸载i2c适配器

void i2c_del_adapter(struct i2c_adapter *adap)

{

..........

	list_for_each_entry_safe(client, next, &adap->userspace_clients,
				 detected) {
		dev_dbg(&adap->dev, "Removing %s at 0x%x\n", client->name,
			client->addr);
		list_del(&client->detected);
		i2c_unregister_device(client);
	}

卸载所有的从i2c设备

..............

device_unregister(&adap->dev);

卸载i2c适配器
..............

}

 

2、编写I2C的总线通讯方法algorithm

	int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,
			   int num);
	/* To determine what the adapter supports */
	u32 (*functionality) (struct i2c_adapter *);

主要实现上面的两个函数。

 

  大部分时间，我们需要定义一个XXX_i2c结构体，比如drivers/i2c/busses/i2c-s3c2410.c中的struct s3c24xx_i2c。

XXX_i2c结构体中包含struct i2c_msg  *msg;struct i2c_adapter adap;void __iomem  *regs;等

struct i2c_msg  *msg接收用户层的数据发到i2c总线，或从i2c总线读取数据到用户层。

在适配器的probe函数中：

struct xi2cps *id;

platform_set_drvdata(pdev, id); 

id->adap.dev.of_node = pdev->dev.of_node;
id->adap.algo = (struct i2c_algorithm *) &xi2cps_algo;
id->adap.timeout = 0x1F; /* Default timeout value */
id->adap.retries = 3; /* Default retry value. */
id->adap.algo_data = id;
id->adap.dev.parent = &pdev->dev;

四、linux i2c从设备驱动

        硬件方面，I2C主设备已经集成在主芯片内，软件方面，linux也为我们提供了相应的驱动程序，位于drivers/i2c/bus下。那么接下来I2C从设备驱动就变得容易得多。既然系统加载I2C主设备驱动时已经注册了i2c_adapter和i2c_client，那么I2C从设备主要完成三大任务：

• 系统初始化时添加以i2c_board_info为结构的I2C从设备的信息（针对不使用dts描述硬件信息的电路板）
• 在I2C从设备驱动程序里使用i2c_adapter里所提供的算法，即实现I2C通信。
• 将I2C从设备的特有数据结构挂在到i2c_client.dev->driver_data下。

以/driver/misc/eeprom/eeprom.c为例：

 

static struct i2c_driver eeprom_driver = {
	.driver = {
		.name	= "eeprom",
	},
	.probe		= eeprom_probe,
	.remove		= eeprom_remove,
	.id_table	= eeprom_id,

	.class		= I2C_CLASS_DDC | I2C_CLASS_SPD,
	.detect		= eeprom_detect,
	.address_list	= normal_i2c,
};

       i2c_driver 中的driver.name 不一定要和i2c_client一致，因为这只是他们配备的依据之一。id_table 是i2c_device_id结构体的一个对象，里面定义了i2c驱动对应设备的i2c地址。struct i2c_device_id里面的字符串与 I2C_BOARD_INFO里面的匹配后，xxx_led_probe也会调用，这是设备和驱动匹配的依据之二。

使用Device Tree后，驱动需要与.dts中描述的设备结点进行匹配，从而引发驱动的probe()函数执行。对于platform_driver而言，需要添加一个OF匹配表

static const struct i2c_device_id pcf8563_id[] = {
	{ "pcf8563", 0 },
	{ "rtc8564", 0 },
	{ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, pcf8563_id);
#ifdef CONFIG_OF
static const struct of_device_id pcf8563_of_match[] = {
	{ .compatible = "nxp,pcf8563" },
	{}
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, pcf8563_of_match);
#endif
static struct i2c_driver pcf8563_driver = {
	.driver		= {
		.name	= "rtc-pcf8563",
		.owner	= THIS_MODULE,
		.of_match_table = of_match_ptr(pcf8563_of_match),
	},
	.probe		= pcf8563_probe,
	.id_table	= pcf8563_id,
};
/* Each client has this additional data */

不过这边有一点需要提醒的是，I2C和SPI外设驱动和Device Tree中设备结点的compatible 属性还有一种弱式匹配方法，就是别名匹配。compatible 属性的组织形式为<manufacturer>,<model>，别名其实就是去掉compatible 属性中逗号前的manufacturer前缀。关于这一点，可查看drivers/spi/spi.c的源代码，函数spi_match_device()暴露了更多的细节，如果别名出现在设备spi_driver的id_table里面，或者别名与spi_driver的name字段相同，SPI设备和驱动都可以匹配上：

struct eeprom_data {
	struct mutex update_lock;
	u8 valid;			/* bitfield, bit!=0 if slice is valid */
	unsigned long last_updated[8];	/* In jiffies, 8 slices */
	u8 data[EEPROM_SIZE];		/* Register values */
	enum eeprom_nature nature;
};

static int eeprom_probe(struct i2c_client *client,
   const struct i2c_device_id *id)
{

 ... ...

struct eeprom_data *data;

......

i2c_set_clientdata(client, data);//将设备的数据结构挂到i2c_client.dev->p->driver_data下
.............

name[0] = i2c_smbus_read_byte_data(client, 0x80);//i2c-core提供的接口，利用i2c_adapter的算法实现I2C通信

}

 这部分内容建议参考http://blog.csdn.net/zclongembedded/article/details/8207022

以及http://blog.csdn.net/zclongembedded/article/details/8207722

也就是说，i2c_adapter是一个i2c总线控制器，i2c_add_driver会把i2c_driver挂到i2c总线上，并搜索总线上所有和它匹配的i2c_client,成功的话i2c_driver的probe函数就会被调用，搜索到的i2c_client会作为参数传递给probe函数。因为一个i2c_driver可能被多个i2c_client使用，因此就了解i2c_set_clientdata(client, data);调用的必要性了。就是说多个clients可以用一个driver，但是各自有自己的私有数据。

 

注：module_i2c_driver是一个针对i2c的宏定义， 

定义位于/include/linux/i2c.h/

/**
 * module_i2c_driver() - Helper macro for registering a I2C driver
 * @__i2c_driver: i2c_driver struct
 *
 * Helper macro for I2C drivers which do not do anything special in module
 * init/exit. This eliminates a lot of boilerplate. Each module may only
 * use this macro once, and calling it replaces module_init() and module_exit()
 */
#define module_i2c_driver(__i2c_driver) \
	module_driver(__i2c_driver, i2c_add_driver, \
			i2c_del_driver)

 

使用module_i2c_driver(xxx_i2c_driver)

可以取代

 -static int __init xxx_i2c_init(void)
-{
-       return i2c_add_driver(&xxx_i2c_driver);
-}
-
-static void __exit xxx_i2c_exit(void)
-{
-       i2c_del_driver(&xxx_i2c_driver);
-}
-
-
-module_init(xxx_i2c_init);
-module_exit(xxx_i2c_exit);