Linux設備驅動之I2C設備驅動

　　 Linux I2C驅動體系結構主要由3部分組成，即I2C設備驅動，I2C核心層、I2C總線驅動。設備驅動層主要是針對不同的I2C硬件從設備編寫的驅動程序，I2C總線驅動是對I2C硬件體系結構中適配器端的實現，適配器可以理解為軟件上抽象出來的i2c接口，這個接口可以對應I2C總線控制器接口，也可以對應用用GPIO模擬的I2C控制器接口。I2C核心層是I2C總線驅動和I2C設備驅動的中間樞紐，它以通用的、與平台無關的接口實現了I2C中設備與適配器的溝通。I2C總線驅動填充i2c_adapter和i2c_algorithm結構體，I2C設備驅動填充i2c_driver和i2c_client結構體。驅動工程師要做的就是總線驅動和設備驅動的編寫。

I2C設備驅動

　　前面說了設備驅動主要是填充i2c_driver和i2c_client兩個結構體，了解Linux總線，設備，驅動模型的話就知道，注冊i2c_driver（i2c_client）結構體時，總線會從總線上尋找與其名字匹配的i2c_client（i2c_driver），並調用i2c_driver的probe函數，反之有一個被刪除時，會調用i2c_driver的remove函數。我們可以在i2c_driver的probe函數里做想做的事情，比如創建設備節點等，在remove函數里在一些清除工作。那么i2c_driver該如何定義和注冊呢，參考4.43內核其它的i2c設備驅動文件，我們先定義好i2c_driver結構體，並填充好幾個關鍵成員driver{.name},probe,remove,id_table后，用module_i2c_driver（）這個宏來注冊i2c_driver,這個宏在/include/linux/i2c.h定義，注釋上說用它來注冊一個i2c_driver，並通過調用它代替module_init() and module_exit()。當然你也可以在入口函數里用i2c_add_driver，出口函數里用i2c_del_driver來注冊和刪除i2c_driver。這樣，i2c_driver結構體就算完成了。

　　接下來我們來注冊一個i2c_client結構體，內核文檔Documentation/i2c/instantiating-devices中介紹了如何實例化一個i2c設備，總共有以下幾種方法：

　　Method 1a: Declare the I2C devices by bus number。通過總線號來注冊I2C設備，如下所示：

static struct i2c_board_info h4_i2c_board_info[] __initdata = {
    {
        I2C_BOARD_INFO("isp1301_omap", 0x2d),
        .irq        = OMAP_GPIO_IRQ(125),
    },
    {    /* EEPROM on mainboard */
        I2C_BOARD_INFO("24c01", 0x52),
        .platform_data    = &m24c01,
    },
    {    /* EEPROM on cpu card */
        I2C_BOARD_INFO("24c01", 0x57),
        .platform_data    = &m24c01,
    },
};

static void __init omap_h4_init(void)
{
    (...)
    i2c_register_board_info(1, h4_i2c_board_info,
            ARRAY_SIZE(h4_i2c_board_info));
    (...)
}

i2c_register_board_info的傳統用法是在內核初始化時，在i2c_adapter注冊之前。查看i2c_adapter的注冊代碼可以發現，i2c_adapter_register里會調用i2c_scan_static_board_info掃描board_info的鏈表，為每一個注冊的信息調用i2c_new_device函數生成i2c_client,這樣在i2c_driver注冊的時候，設備和驅動就能匹配並調用probe.
如果想在adapter注冊之后調用i2c_register_board_info，注冊的信息沒有機會生成i2c_client,從而無法與i2c_driver匹配。這時還是要使用i2c_new_device或i2c_new_probed_device。

Method 1b: Declare the I2C devices via devicetree，通過設備樹來聲明I2C設備，如下所示：

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>;
        };
    };

Method 1c: Declare the I2C devices via ACPI。通過ACPI來聲明I2C設備，詳見Documentation/acpi/enumeration.txt。

Method 2: Instantiate the devices explicitly（明確地）。主要有如下兩種方法：

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);

    (...)
}

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));
    strlcpy(i2c_info.type, "isp1301_nxp", I2C_NAME_SIZE);
    isp1301_i2c_client = i2c_new_probed_device(i2c_adap, &i2c_info,
                           normal_i2c, NULL);
    i2c_put_adapter(i2c_adap);
    (...)
}

這類方法適用於事先不知道I2C總線號的情況，前者用i2c_new_device來聲明設備獲得一個i2c_client結構體，后者通過i2c_new_probed_device來實現，兩者的區別在於i2c_new_probed_device會依次探測normal_i2c數組中的地址，查看該地址的設備是否存在，如果存在，就實例化，而i2c_new_device不會管這么多，它會直接實例化某個固定地址的設備，不管它是否存在。兩者都是用i2c_unregister_device()來刪除實例化的設備。

Method 3: Probe（探測） an I2C bus for certain devices。某些時刻，我們不知道I2C設備的一些具體信息，以至於不能用上面的方法，當我們裝載這類設備的驅動時，I2C核心層會為我們探測這些設備並自動實例化。這要求驅動必須有detect函數和address_list成員，address_list為要探測的地址序列。而且總線必須支持該設備，並同意檢測。詳見drivers/hwmon/lm90.c。一般來說這種方法不推薦，更推薦方法一和二。

Method 4: Instantiate from user-space:我們可以從用戶空間實例化一個I2C設備和刪除一個設備。示例如下：

echo eeprom 0x50 > /sys/bus/i2c/devices/i2c-3/new_device //實例化一個名為eeprom地址為0x50的設備

這種方法只應該在內核中的設備聲明無法使用時才用到，但它也有一些優勢，你不用去重新載入驅動去更改設備的某些設置，你可以在驅動裝載前就實例化它，不用管它需要哪個驅動。

以上就是實例化設備的幾種方法，這樣，我們就把i2c_client和i2c_driver填充完畢了，設備驅動的主要任務也就完成了，具體其它的工作不同的設備各有不同，這里就不介紹了。

　　 通常來說，I2C設備都由內核驅動來控制，但我們也可以從用戶空間使用一個適配器來使用所有設備，這通過/dev接口來實現，我們需要裝載i2c-dev模塊，我們可以把它理解為一個內核幫我們實現的一個通用I2C設備驅動。如果想要在一個C應用程序里使用這個adapter，需要#include <linux/i2c-dev.h>，這個頭文件在i2c-tool里有，i2c-tool是一款I2C調試工具，將這個頭文件拷入內核的/include/linux/目錄下即可。具體如何在C應用程序里使用這個adapter詳見/Documentation/i2c/dev-interface文檔。