linux下i2c驱动笔记转

时间 2019-11-12

标签 linux i2c 驱动笔记栏目 Linux 繁體版

原文原文链接

1. 几个基本概念

1.1. 设备模型

由总线（bus_type） + 设备（device） + 驱动（device_driver）组成，在该模型下，全部的设备经过总线链接起来，即便有些设备没有链接到一根物理总线上，linux为其设置了一个内部的、虚拟的platform总线，用以维持总线、驱动、设备的关系。node

所以，对于实现一个linux下的设备驱动，能够划分为两大步：linux

一、设备注册；算法

二、驱动注册。数据结构

固然，其中还有一些细节问题：架构

一、驱动的probe函数函数

二、驱动和设备是怎么进行绑定的。spa

1.2. i2c设备驱动的几个数据结构

i2c_adapter：指针

每个i2c_adapter对应一个物理上的i2c控制器，在i2c总线驱动probe函数中动态建立。经过i2c_add_adapter注册到i2c_core。code

i2c_algorithm：orm

i2c_algorithm中的关键函数master_xfer()，以i2c_msg为单位产生i2c访问须要的信号。不一样的平台所对应的master_xfer()是不一样的，须要根据所用平台的硬件特性实现本身的xxx_xfer()方法以填充i2c_algorithm的master_xfer指针；在A31上便是sun6i_i2c_algorithm函数。

i2c_client：

表明一个挂载到i2c总线上的i2c从设备，包含该设备所须要的数据：

该i2c从设备所依附的i2c控制器 struct i2c_adapter *adapter

该i2c从设备的驱动程序struct i2c_driver *driver

该i2c从设备的访问地址addr, name

该i2c从设备的名称name。

2. i2c总线驱动

2.1. 功能划分

从硬件功能上可划分为：i2c控制器和i2c外设（从设备）。每一个i2c控制器总线上均可以挂载多个i2c外设。Linux中对i2c控制器和外设分开管理：经过 i2c-sun6i.c 文件完成了i2c控制器的设备注册和驱动注册；经过i2c-core.c为具体的i2c外设提供了统一的设备注册接口和驱动注册接口，它分离了设备驱动device driver和硬件控制的实现细节（如操做i2c的寄存器）。

2.2. i2c-sun6i.c

该文件是与具体硬件平台相关的，对应于A3x系列芯片。该文件其实是i2c总线驱动的实现，本质上就是向内核注册i2c总线设备、注册总线驱动、实现总线传输的时序控制算法。i2c控制器被注册为Platform设备，以下：

    if (twi_used_mask & TWI0_USED_MASK)
        platform_device_register(&sun6i_twi0_device);
 
    if (twi_used_mask & TWI1_USED_MASK)
        platform_device_register(&sun6i_twi1_device);
 
    if (twi_used_mask & TWI2_USED_MASK)
        platform_device_register(&sun6i_twi2_device);
 
    if (twi_used_mask & TWI3_USED_MASK)
        platform_device_register(&sun6i_twi3_device);
 
    if (twi_used_mask)
        return platform_driver_register(&sun6i_i2c_driver);

须要注意的是：设备与驱动的对应关系是多对一的；即若是设备类型是同样的，会共用同一套驱动，所以上面代码只是注册了一次驱动platform_driver_register(&sun6i_i2c_driver)。

设备注册：

将i2c控制器设备注册为platform设备，为每个控制器定义一个struct platform_device数据结构，而且把.name都设置为"sun6i-i2c"（后面会经过名字进行匹配驱动的），而后是调用platform_device_register()将设备注册到platform bus上。

设备注册完成后其直观的表现就是在文件系统下出现：/sys/bus/platform/devices/sun6i-i2c.0

经过platform_device_register()进行的注册过程，说到底就是对struct platform_device这个数据结构的更改，逐步完成.dev.parent、.dev.kobj、.dev.bus的赋值，而后将.dev.kobj加入到platform_bus->kobj的链表上。

驱动注册：

步骤和设备注册的步骤相似，也是为驱动定义了一个数据结构：

struct platform_driver sun6i_i2c_driver;

由于一个驱动是能够对应多个设备的，而在系统里的3个控制器基本上是一致的（区别就是寄存器的地址不同），因此上面注册的3个设备共享的是同一套驱动。

初始化.probe和.remove函数，而后调用platform_driver_register进行驱动注册。主要函数调用流程：

platform_driver_register --> driver_register --> bus_add_driver --> driver_attach

须要注意的是driver_attach，这个函数遍历了总线上（platform_bus_type）的全部设备，寻找与驱动匹配的设备，并把知足条件的设备结构体上的驱动指针指向驱动，从而完成了驱动和设备的匹配（__driver_attach函数完成）。

若是匹配到设备，这时就须要执行platform_bus_type的probe函数，最终会调用设备驱动的probe函数（sun6i_i2c_probe）。

2.2.1 sun6i_i2c_probe

在sun6i_i2c_probe函数中完成了大量的工做，包括硬件初始化、中断注册、为每一个i2c控制器建立i2c_adapter等。

1268         pdata = pdev->dev.platform_data;
1269         if (pdata == NULL) {
1270                 return -ENODEV;
1271         }
1272
1273         res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
1274         irq = platform_get_irq(pdev, 0);
1275         if (res == NULL || irq < 0) {
1276                 return -ENODEV;
1277         }
1278
1279        if (!request_mem_region(res->start, resource_size(res), res->name)) {
1280                 return -ENOMEM;
1281         }

首先获得当前设备的私有数据指针，并将其保留在pdata；进而经过platform_get_resource获得该设备占用的内存资源，并申请：request_mem_region。同时将irq资源也保留下来。

1288
1289         strlcpy(i2c->adap.name, "sun6i-i2c", sizeof(i2c->adap.name));
1290         i2c->adap.owner   = THIS_MODULE;
1291         i2c->adap.nr      = pdata->bus_num;
1292         i2c->adap.retries = 3;
1293         i2c->adap.timeout = 5*HZ;
1294         i2c->adap.class   = I2C_CLASS_HWMON | I2C_CLASS_SPD;
1295         i2c->bus_freq     = pdata->frequency;
1296         i2c->irq                  = irq;
1297         i2c->bus_num      = pdata->bus_num;
1298         i2c->status       = I2C_XFER_IDLE;
1299         i2c->suspended = 0;
1300         spin_lock_init(&i2c->lock);
1301         init_waitqueue_head(&i2c->wait);

初始化i2c_adapter，并初始化一个工做队列 init_waitqueue_head。
经过ioremap申请IO资源；
经过request_irq申请irq资源，中断的处理服务函数是：sun6i_i2c_handler；
sun6i_i2c_hw_init，对i2c控制进行硬件初始化；
i2c->adap.algo = &sun6i_i2c_algorithm，初始化控制器的总线传输算法，设备驱动调用；
将初始化好的i2c_adapter注册到i2c_core：i2c_add_numbered_adapter。

至此，probe函数完成。

2.2.2 sun6i_i2c_core_process

i2c控制器的中断服务程序sun6i_i2c_handler调用了sun6i_i2c_core_process，i2c总线的实际传输控制也是在该函数里完成的。

主要流程：

读取i2c控制器当前状态，twi_query_irq_status，保留在state中；
根据state的值进行分支跳转，控制i2c的工做状态；
传输完成，调用sun6i_i2c_xfer_complete，唤醒工做队列。

2.2.3 sun6i_i2c_xfer

每个i2c控制器设备，在驱动绑定后，都会建立一个i2c_adapter，用以描述该控制器，i2c_adapter的创建与初始化是在驱动probe的时候创建的。每个i2c_adapter包含了一个i2c_algorithm结构体的指针，i2c_algorithm是用来对外提供操做i2c控制器的函数接口的，主要是master_xfer函数，对应于i2c-sun6i.c，实际就是：

static int sun6i_i2c_xfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num)

该函数的功能是通知i2c_adapter须要对外设进行数据交换，须要交换的信息经过struct i2c_msg *msgs传入。sun6i_i2c_xfer其实是调用了sun6i_i2c_do_xfer进行传输。

由于i2c总线读写速率有限，sun6i_i2c_do_xfer启动i2c传输后，经过wait_event_timeout进入休眠，直到中断唤醒或者超时；中断唤醒是由sun6i_i2c_xfer_complete完成的。

3. i2c设备驱动

3.1. 驱动注册

i2c从设备的驱动注册，使用的是i2c-core.c提供的接口：i2c_register_driver；其调用以下：

i2c_register_driver --> driver_register --> bus_add_driver；

对bus_add_driver进行分析：

关于device_driver数据结构的 struct driver_private *p

设备驱动模型是经过kobject对设备驱动进行层次管理的，所以device_driver应该包含kobject成员，linux是将kobject包含在struct driver_private中，再在device_driver中包含struct driver_private；咱们能够理解driver_private是device_driver的私有数据，由内核进行操做。

struct driver_private 是在驱动注册的开始，动态申请，并初始化的。

klist_init(&priv->klist_devices, NULL, NULL);

初始化设备链表，每个与该驱动匹配的device都会添加到该链表下。

priv->kobj.kset = bus->p->drivers_kset;

指定该驱动所属的kset；

kobject_init_and_add

初始化kobject，并将kobject添加到其对应的kset集合中（即bus->p->drivers_kset）。

该函数最终是调用kobject_add_internal将kobject添加到对应的kset中；须要主要的是，若是kobject的parent若是为NULL，在此会将其parent设置为所属kset集合的kobject：

parent = kobject_get(&kobj->kset->kobj)；

接下来是为kobject建立文件夹：create_dir(kobj)；从而能从/sys/目录下显示。

driver_attach，将驱动和设备进行绑定

将遍历总线上的设备链表，查找能够匹配的设备，并绑定。

driver_attach --> bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv, __driver_attach);

将函数指针__driver_attach传入bus_for_each_dev，将每一个查找获得的device进行驱动匹配。

bus_for_each_dev：

遍历总线上的全部设备，由于总线上的设备都是bus->p->klist_devices链表上的一个节点，所以该函数其实就是对链表的遍历，具体能够参考klist。

__driver_attach（源码位置drivers/base/dd.c）：

进行设备和驱动匹配，若是匹配成功，尝试进行绑定。

1. 首先进行匹配确认：driver_match_device(drv, dev)；

调用关系： --> drv->bus->match --> i2c_device_match

--> of_driver_match_device

i2c_match_id

能够看出，最终有两种方式进行驱动匹配查询：

方法一：经过of_driver_match_device对比of_device_id；

方法二：经过i2c_match_id对比id_table；

方法二实际上就是对比

i2c_driver->id_table->name 和client->name是否一致。

2. 若是匹配确认，进行驱动与设备绑定：driver_probe_device；

调用关系： driver_probe_device --> really_probe

--> dev->bus->probe

driver_bound

在really_probe中，首先将设备的驱动指针指向该驱动：dev->driver = drv。

对应于i2c_bus_type，dev->bus->probe 便是：i2c_device_probe，最终调用驱动的probe函数。

最后是driver_bound，将驱动与设备进行绑定：

其实就是调用klist_add_tail：将设备节点添加到驱动的klist_devices;

调用klist_add_tail，将被注册的驱动添加到总线的klist_drivers上；

klist_add_tail(&priv->knode_bus, &bus->p->klist_drivers);

module_add_driver(drv->owner, drv)

在sysfs建立drivers目录

3.2. 设备注册

方式一：i2c设备动态发现注册

在i2c_register_driver的最后：

        INIT_LIST_HEAD(&driver->clients);
        /* Walk the adapters that are already present */
        i2c_for_each_dev(driver, __process_new_driver);

观察i2c_for_each_dev：

int i2c_for_each_dev(void *data, int (*fn)(struct device *, void *))
{
        int res;
 
        mutex_lock(&core_lock);
        res = bus_for_each_dev(&i2c_bus_type, NULL, data, fn);
        mutex_unlock(&core_lock);
 
        return res;
}

其实就是遍历i2c总线上的klist_devices链表，对获得的每个device，执行__process_new_driver。

跟踪 __process_new_driver --> i2c_do_add_adapter --> i2c_detect

i2c_detect实现了i2c设备发现：在注册驱动后，经过i2c_detect检测是否有适合的设备链接在总线上。i2c_detect实现以下：

在每个adapter上遍历驱动给出的地址列表（address_list），由i2c_detect_address函数完成；最终会调用driver->detect（即设备驱动提供的设备发现函数）；
若是发现知足条件的设备，执行i2c_new_device，为设备创建i2c_client；而且将设备添加到i2c_bus_type->p->klist_devices链表上（device_register），经过bus_add_device函数完成，最后调用bus_probe_device，尝试绑定驱动。
将client添加到驱动的设备链表上：list_add_tail(&client->detected, &driver->clients)

方式二：i2c设备之静态注册

Linux 3.3 提供了静态定义的方式来注册设备，接口原型：linux-3.3/drivers/i2c/i2c-boardinfo.c

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

核心内容：

申请struct i2c_devinfo，用以描述一个i2c外设；
list_add_tail(&devinfo->list, &__i2c_board_list)，将devinfo加入链表__i2c_board_list，以供后续查找；

扫描__i2c_board_list，建立client

i2c_register_board_info只是把设备描述符加入到了__i2c_board_list，并无建立client，当调用i2c_register_adapter注册adapter时，会扫描__i2c_board_list，建立client；具体调用：

i2c_register_adapter

--> i2c_scan_static_board_info

--> i2c_new_device

--> device_register

在 i2c_new_device完成了client建立，以及设备注册device_register。

PS：

由上面的注册流程可知，i2c_register_board_info应该在i2c_register_adapter以前完成，不然__i2c_board_list中的节点不会被扫描到。

总结：

由上述分析可知，i2c设备驱动是经过i2c_register_driver注册的，i2c设备是经过i2c_new_device注册的，在最后，这两个函数都尝试进行驱动和设备绑定（driver_attach和bus_probe_device）；所以不论是先注册驱动仍是先注册设备，最后都可以将合适的驱动和设备进行绑定。

有两种方式进行设备注册：

一、经过i2c_register_board_info，在系统启动之初静态地进行i2c设备注册（axp电源驱动就是这样作的）；

二、实现i2c设备驱动的detect函数，在驱动加载的时候动态检测建立设备，aw平台的触摸屏驱动gt82x.ko就是经过这种方式。

Linux是经过在驱动数据结构中内嵌kobject、kset，完成了设备驱动的层次管理的，理解kobject、kset对理解设备驱动模型很重要。

4. i2c驱动架构图

一、i2c_add_adapter

二、i2c_new_device/i2c_register_board_info

三、i2c_add_driver

四、调用i2c bus中注册的match函数进行匹配

五、调用platform bus中注册的match函数进行匹配

六、i2cdev_attach_adapter

linux下i2c驱动笔记 转