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i2c 源代码情景分析（Beta2）

作者在 www.linuxforum.net 上的 ID 为 shrek2

欢迎补充，欢迎批评指正！

第 1 章 i2c 核心数据结构之间的关系 .....................................................................................................................4

第 2 章 i2c-core.c 的初始化 ....................................................................................................................................10

i2c_init 函数......................................................................................................................................................10

i2cproc_init 函数...............................................................................................................................................11

第 3 章安装、卸载 pxa255 的 i2c 适配器驱动程序 ............................................................................................13

pxa_i2c 数据结构 .............................................................................................................................................13

i2c_adap_pxa_init 函数 ....................................................................................................................................15

i2c_add_adapter 函数 .......................................................................................................................................16

i2c_del_adapter 函数 ........................................................................................................................................18

i2c_adap_pxa_exit 函数....................................................................................................................................20

第 4 章安装、卸载 ltc3445 驱动程序...................................................................................................................21

ltc3445_init 函数...............................................................................................................................................21

i2c_add_driver 函数..........................................................................................................................................22

i2c_probe 函数..................................................................................................................................................23

i2c_check_functionality 函数 ...........................................................................................................................26

i2c_smbus_xfer 函数 ........................................................................................................................................27

i2c_transfer 函数...............................................................................................................................................29

ltc3445_detect_client 函数 ...............................................................................................................................30

i2c_attach_client 函数.......................................................................................................................................31

ltc3445_cleanup 函数 .......................................................................................................................................32

i2c_del_driver 函数...........................................................................................................................................33

ltc3445_detach_client 函数...............................................................................................................................35

i2c_detach_client 函数......................................................................................................................................35

第 5 章与 pxa255 的 i2c 适配器相关的代码 ........................................................................................................37

i2c_pxa_reset 函数............................................................................................................................................37

i2c_pxa_abort 函数 ...........................................................................................................................................38

i2c_pxa_xfer 函数.............................................................................................................................................38

i2c_pxa_do_xfer 函数.......................................................................................................................................39

i2c_pxa_start_message 函数.............................................................................................................................41

i2c_pxa_handler 函数 .......................................................................................................................................42

i2c_pxa_irq_txempty 函数................................................................................................................................42

i2c_pxa_irq_rxfull 函数....................................................................................................................................47

第 6 章 i2c-dev 的初始化........................................................................................................................................49

i2c_dev_init 函数..............................................................................................................................................49

i2cdev_attach_adapter 函数..............................................................................................................................50

第 7 章 i2c 框架提供的设备访问方法 ...................................................................................................................52

i2cdev_open 函数 .............................................................................................................................................52

i2cdev_ioctl 函数 ..............................................................................................................................................53

i2cdev_read 函数 ..............................................................................................................................................54

i2c_master_recv 函数 .......................................................................................................................................55

对 i2cdev_read 和 i2c_master_recv 的修改.....................................................................................................56

i2cdev_release 函数 ..........................................................................................................................................59

第 8 章编写 i2c 设备驱动程序模块的方法 ..........................................................................................................61

第 9 章用户进程访问 i2c 设备的步骤 ..................................................................................................................64

讨论和总结...............................................................................................................................................................65

i2c 操作中的同步问题 .....................................................................................................................................65

总结各个模块初始化函数的作用...................................................................................................................65

对 i2c 框架代码的修改 ....................................................................................................................................66

有关 i2c 设备私有数据结构的讨论 ................................................................................................................68

遗留的问题.......................................................................................................................................................68

（注意：本文档中的源代码以 i2c-2.9.1 包及 www.arm.linux.org.uk 上下载的 pxa 的 i2c 适配器的补丁

2360-2 为准！）

第 1 章 i2c 核心数据结构之间的关系

i2c 总线适配器（adapter）就是一条 i2c 总线的控制器，在物理连接上若干 i2c 设备并联于该 i2c 总线的 SCL

和 SDA 线上，如下图所示：

那么相应软件数据结构的设计、数据结构之间的关系就至少应该描述硬件物理连接的这种组织关系。Linux

的 i2c 框架中各个部分的关系如下图所示：

SDA

pxa255 I2C

LTC3445

other device

SCL

第 1 章 i2c 核心数据结构之间的关系

内核中 i2c 相关代码可以分为三个层次：

1. i2c 框架：i2c.h 和 i2c-core.c 为 i2c 框架的主体，提供了核心数据结构的定义、i2c 适配器驱动和设备驱

动的注册、注销管理，i2c 通信方法上层的、与具体适配器无关的代码、检测设备地址的上层代码等；

i2c-dev.c 用于创建 i2c 适配器的/dev/i2c/%d 设备节点，提供 i2c 设备访问方法等。

2. i2c 总线适配器驱动：定义描述具体 i2c 总线适配器的 i2c_adapter 数据结构、实现在具体 i2c 适配器上

的 i2c 总线通信方法，并由 i2c_algorithm 数据结构进行描述。

3. i2c 设备驱动：定义描述具体设备的 i2c_client 和可能的私有数据结构、借助 i2c 框架的 i2c_probe 函数

实现注册设备的 attach_adapter 方法、提供设备可能使用的地址范围、以及设备地址检测成功后创建

i2c_client 数据结构的回调函数。

下面介绍 i2c 各核心数据结构的定义和它们之间的连接关系。

1. 一个 i2c 设备的驱动程序由 i2c_driver 数据结构描述，定义于 include/linux/i2c.h：

struct i2c_driver {

char name[32];

int id;

unsigned int flags;

int (*attach_adapter)(struct i2c_adapter *);

int (*detach_client)(struct i2c_client *);

int (*command)(struct i2c_client *client,unsigned int cmd, void *arg);

void (*inc_use)(struct i2c_client *client);

void (*dec_use)(struct i2c_client *client);

};

其中 name 为最大长度为 32 字节的字符串，id 可选 0xf000 到 0xffff 中的任一数值，flags 域可以直接设置

为 I2C_DF_NOTIFY。attach_adapter 回调函数在安装 i2c 设备驱动程序模块时、或者在安装 i2c 适配器驱动

程序模块时被调用，用于检测、认领设备并为设备分配 i2c_client 数据结构。detach_client 方法在卸载适配

器或设备驱动程序模块时被调用，用于从总线上注销设备、并释放 i2c_client 及相应的私有数据结构。

inc_use 和 dec_use 所指向的函数用于改变 i2c 设备驱动程序模块的引用计数。注意不要直接调用 i2c_driver

数据结构中的这两个方法，而要通过如下函数调用路径：

i2c_use_client > i2c_inc_use_client > inc_use

i2c_release_client > i2c_dec_use_client > dec_use

通过最顶层的 i2c_use/release_client 函数来同时改变 i2c 设备和 i2c 适配器驱动程序模块的引用计数。另外，

不能在 attach_adapter 函数检测到一个 i2c 设备时就增加驱动程序模块的引用计数，而应该在用户进程访问

一个/dev/i2c/%d 设备节点时增加模块的引用计数，则关闭设备节点时减少引用计数（但在当前的应用中，

适配器和设备的驱动程序都是静态地链接入内核映像的，所以在 pxa255 的 i2c 补丁中并没有使用控制引用

计数的函数）。

第 1 章 i2c 核心数据结构之间的关系

2. 一个 i2c 设备由 i2c_client 数据结构进行描述：

struct i2c_client {

char name[32];

int id;

unsigned int flags; /* div., see below */

unsigned int addr; /* chip address - NOTE: 7bit addresses are stored in the */

/* _LOWER_ 7 bits of this char */

struct i2c_adapter *adapter; /* the adapter we sit on */

struct i2c_driver *driver; /* and our access routines */

void *data; /* for the clients */

int usage_count; /* How many accesses currently to the client*/

};

在安装适配器或者设备的驱动程序时通过设备驱动程序 i2c_driver 中的 attach_adapter 函数检测设备地址。

如果检测成功则调用设备驱动程序提供的回调函数创建描述设备的 i2c_client 数据结构，并将其中的 driver

指针指向设备驱动程序的 i2c_driver 数据结构。这样将来就可以使用 i2c_driver 中的注销设备和控制引用计

数的方法了。

由下文可见在描述 i2c 适配器的 i2c_adapter 数据结构中设计了指向该总线上所有 i2c 设备的 i2c_client 数

据结构的指针数组 clients，而每个 i2c_client 又通过 adapter 指针回指 i2c_adapter。数据结构之间类似的组

织关系在 Linux 内核中屡见不鲜，比如父子进程的 PCB 之间、父目录及子目录和子文件的 dentry 之间，等

等。

每个 i2c 设备都有唯一的 7 位地址 addr。由于设备可能支持多个地址，所以在设备驱动程序模块中要指出

需要检测的地址范围（由 i2c_client_address_data 二维数组指定），而设备实际使用的地址在检测成功并为

之分配 i2c_client 数据结构时填入。以 i2c 设备 ltc3445 为例，硬件支持的地址为 1001011 或者 0101011，

即 7 位地址的高 2 位由具体的布线方法决定（可以分别接到 VCC 或者 GND）。如果 ltc3445 驱动程序的开

发者知道具体的布线方法，那么在驱动程序中就可以直接指定。否则可以指定地址检测范围为这两个地址，

而在加载驱动程序模块时由软件进行地址检测。

需要说明的是，i2c 设备的 7 位地址是就当前 i2c 总线而言的，是“相对地址”。不同的 i2c 总线上的设备

可以使用相同的 7 位地址，但是它们所在的 i2c 总线不同。所以在系统中一个 i2c 设备的“绝对地址”由

二元组（i2c 适配器的 ID 和设备在该总线上的 7 位地址）表示。

i2c_client 数据结构为描述 i2c 设备的“模板”，而具体的 i2c 设备可能需要描述个性的私有数据。私有数据

结构由 i2c_client 数据结构中的 data 域指向。设备驱动程序开发者可以设计合适的私有数据结构来描述硬

件的特性。值得一提的是，目前在 Linux 内核中常用的表示与具体设备、对象等相关的私有数据结构的方

法有两种，一种就是采用 void 类型的指针 data 来指向具体的私有数据结构，又比如 file 结构中的

private_data 域在设备驱动程序中往往被设置为指向具体的设备数据结构；第二种方法就是采用 union 域，

比如 VFS 的 super_block、inode 数据结构。super_block 和 inode 数据结构本身集中描述了各种文件系统的

共性，而具体文件系统的个性则放到 union 中进行描述，在挂载具体的文件系统时实例化为具体的 union

对象，比如 ext2_inode_union 或者 jffs2_inode_info。

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