Linux kernel 2.6 I2C设备驱动程序框架介绍

### Linux Kernel 2.6 I2C 设备驱动程序框架介绍 #### 一、I2C/SMBus是什么 **1.1 I2C/SMBus 的历史** I2C (Inter-Integrated Circuit) 是一种串行通信总线，采用多主控架构，由荷兰飞利浦公司（现为 NXP Semiconductors）在 1980 年代初开发。最初是为了在主板、嵌入式系统或移动电话中连接低速周边设备而设计的。I2C 总线的主要优势在于其简单性与成本效益，仅需两根电线即可实现数据传输与设备控制。 - **1992年**：发布了最初的 I2C 标准版本，支持 400 kbps 的快速模式，并引入了 10 位寻址模式，理论上最多可支持 1008 个节点。 - **1998年**：发布了 2.0 版本，增加了 3.4 Mbps 的高速模式，并优化了功耗管理，降低了工作电压和电流需求。 - **2001年**：发布了 2.1 版本，这是对 2.0 版本的小幅度修正。 - **2007年**：发布了 3.0 版本，这是最新的版本。 **1.2 I2C 总线连接电路原理** I2C 总线由两条双向信号线组成：一条为数据线 SDA (Serial Data)，另一条为时钟线 SCL (Serial Clock)。这两条线通常通过上拉电阻连接到 VCC（电源电压，如 3.3V 或 5V）以确保在没有信号传输时保持高电平状态。 **1.3 I2C 协议简介** I2C 协议定义了总线上的数据传输格式和规则，它是一种半双工通信方式，即数据可以双向传输，但同一时刻只能有一个方向的数据传输。 - **地址**：I2C 设备使用 7 位地址（有时也可以扩展到 10 位）。大多数设备的地址是固定的，但有些设备可以通过硬件跳线或软件配置来改变地址。 - **起始与停止条件**：I2C 通信开始时需要一个起始条件，结束时需要一个停止条件。 - **读写操作**：通信时，主机通过 SDA 线发送从机地址后，还需指定读写方向。如果最末位为 0，则表示将进行写操作；若为 1，则表示读操作。 #### 二、Linux Kernel 2.6 中的 I2C 框架 **2.1 Linux 的 I2C 子系统** Linux 内核的 I2C 子系统提供了一个用于管理 I2C 设备的统一框架。这个框架包括以下几个主要部分： - **总线驱动**：负责初始化和配置物理 I2C 总线。 - **适配器驱动**：位于总线驱动之上，用于处理特定的 I2C 控制器。 - **设备驱动**：位于适配器驱动之上，用于与具体的 I2C 设备交互。 **2.2 I2C 设备驱动框架** I2C 设备驱动框架主要包括几个核心组件： - **设备注册**：用于向内核注册 I2C 设备。 - **设备注销**：用于从内核注销 I2C 设备。 - **数据读写**：提供了读写 I2C 设备数据的方法。 - **中断处理**：对于支持中断的 I2C 设备，框架还提供了相应的中断处理机制。 #### 三、Linux Kernel 2.6 中的 I2C 接口函数 在 Linux 2.6 内核中，为了方便开发者编写 I2C 设备驱动程序，内核提供了一系列的接口函数。这些函数主要分为以下几类： - **初始化与注销函数**：用于初始化或注销 I2C 设备。 - **数据传输函数**：用于读取或写入 I2C 设备的数据。 - **中断处理函数**：用于处理 I2C 设备产生的中断事件。 - **配置函数**：用于配置 I2C 设备的工作模式等参数。 #### 四、I2C 设备驱动框架 **4.1 I2C 设备驱动接口和关键数据结构** **4.1.1 关键数据结构** I2C 设备驱动程序的核心数据结构包括但不限于： - **struct i2c_adapter**：表示 I2C 适配器，包含了适配器的基本属性和操作函数。 - **struct i2c_client**：表示一个具体的 I2C 客户端（即设备），包含了设备地址、名称等信息。 - **struct i2c_msg**：表示一次 I2C 通信中的单个消息，包括了数据缓冲区、长度、读写方向等信息。 **4.1.2 驱动接口** I2C 设备驱动程序需要实现以下主要接口： - **i2c_new_adapter()**：创建并注册一个新的 I2C 适配器。 - **i2c_del_adapter()**：注销并释放一个已存在的 I2C 适配器。 - **i2c_register_device()**：向内核注册一个新的 I2C 设备。 - **i2c_unregister_device()**：从内核注销一个已注册的 I2C 设备。 - **i2c_smbus_xfer()**：执行一次 I2C 数据传输操作。 **4.2 一个 I2C 字符设备驱动例子** 下面展示一个简单的 I2C 字符设备驱动示例代码，用于演示如何使用内核提供的 API 进行设备注册和数据读写。 ```c #include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/i2c.h> static struct i2c_board_info i2c_dev = { I2C_BOARD_INFO("example", 0x18), // 设备地址 }; static int __init example_init(void) { struct i2c_adapter *adapter; int ret; adapter = i2c_get_adapter(0); // 获取第 0 号 I2C 适配器 if (!adapter) { printk(KERN_ERR "Failed to get I2C adapter\n"); return -ENODEV; } ret = i2c_add_device(&i2c_dev, adapter); // 注册设备 if (ret) { printk(KERN_ERR "Failed to add I2C device\n"); i2c_put_adapter(adapter); return ret; } printk(KERN_INFO "Example I2C device registered\n"); return 0; } static void __exit example_exit(void) { i2c_del_device(&i2c_dev.client); // 注销设备 i2c_put_adapter(i2c_dev.adapter); printk(KERN_INFO "Example I2C device unregistered\n"); } module_init(example_init); module_exit(example_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); ``` **4.3 应用程序访问 I2C 设备例子程序** 为了能够从用户空间的应用程序访问 I2C 设备，通常需要通过 sysfs 文件系统或 ioctl 系统调用来实现。 #### 五、参考资料 **5.1 参考代码** - [Linux Kernel 2.6.31 源代码](https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v2.6/) - [I2C 设备驱动代码示例](https://github.com/torvalds/linux/tree/master/drivers/i2c) **5.2 参考文档** - [I2C 协议文档](https://www.nxp.com/docs/en/user-guide/UM10204.pdf) - [Linux I2C 子系统文档](https://www.kernel.org/doc/html/latest/i2c/index.html) 以上内容详细介绍了 Linux Kernel 2.6 中的 I2C 设备驱动框架及其关键组成部分，包括 I2C/SMBus 的历史背景、协议介绍、内核中提供的关键数据结构与接口函数等。这对于理解如何在 Linux 系统中开发和使用 I2C 设备具有重要的参考价值。