Linux I2C驱动详解

本文基于mini2440开发板，Linux版本号是：linux-2.6.32.2

一.IIC总线device 硬件信息

#define S3C2410_PA_IIC    (0x54000000)

static struct resource s3c_i2c_resource[] = {

[0] = {

.start = S3C_PA_IIC,

.end   = S3C_PA_IIC + SZ_4K - 1,

.flags = IORESOURCE_MEM,

},

[1] = {

.start = IRQ_IIC,

.end   = IRQ_IIC,

.flags = IORESOURCE_IRQ,

},

};

struct platform_device s3c_device_i2c0 = {

.name   = "s3c2410-i2c",

#ifdef CONFIG_S3C_DEV_I2C1

.id   = 0,

#else

.id   = -1,

#endif

.num_resources   = ARRAY_SIZE(s3c_i2c_resource),

.resource   = s3c_i2c_resource,

};

static struct s3c2410_platform_i2c default_i2c_data0 __initdata = {

.flags = 0,

.slave_addr = 0x10,

.frequency = 100*1000,

.sda_delay = 100,

};

其中，IIC寄存器的基地址为0x54000000。

s3c3440芯片的寄存器的地址如下：

二.IIC总线device注册

IIC总线device包含在mini2440_devices中，如下图所示：

将包含usb,lcd,i2c,nand等设备的mini2440_devices数组当成platform设备注册到内核

platform_add_devices(mini2440_devices, ARRAY_SIZE(mini2440_devices))

三.IIC总线driver的注册

IIC总线driver的注册调用的是platform_driver_register函数，IIC总线driver注册是platform总线会去自动匹配相应的device，匹配的规则是：

先根据id_table来匹配

再根据device的名称来匹配

这个IICdriver可以匹配两种IIC device，如下所示：

四. IIC总线driver和device的匹配

IIC总线的driver和device匹配上后，会执行driver的probe函数，probe函数中执行了如下动作：

获取i2c时钟，并使能时钟

i2c->clk = clk_get(&pdev->dev, "i2c");

if (IS_ERR(i2c->clk)) {

    dev_err(&pdev->dev, "cannot get clockn");

    ret = -ENOENT;

    goto err_noclk;

}

clk_enable(i2c->clk);

获取IIC寄存器的虚拟地址

i2c->regs = ioremap(res->start, resource_size(res));

获取IIC中断，并申请IIC中断

i2c->irq = ret = platform_get_irq(pdev, 0);

if (ret <= 0) {

    dev_err(&pdev->dev, "cannot find IRQn");

    goto err_iomap;

}

ret = request_irq(i2c->irq, s3c24xx_i2c_irq, IRQF_DISABLED,dev_name(&pdev->dev), i2c);

IIC初始化，设置时钟，使能中断，使能ask, 设置寄存器

static int s3c24xx_i2c_init(struct s3c24xx_i2c *i2c)

{

unsigned long iicon = S3C2410_IICCON_IRQEN | S3C2410_IICCON_ACKEN;

struct s3c2410_platform_i2c *pdata;

unsigned int freq;

/* get the plafrom data ：获取platform 设备数据

pdata = i2c->dev->platform_data;

/* inititalise the gpio */

if (pdata->cfg_gpio)

pdata->cfg_gpio(to_platform_device(i2c->dev));

/* write slave address */

writeb(pdata->slave_addr, i2c->regs + S3C2410_IICADD);

        // IIC-bus acknowledge enable

        //IC-Bus Tx/Rx interrupt enable

writel(iicon, i2c->regs + S3C2410_IICCON);

/* we need to work out the divisors for the clock... */

        //设置时钟

if (s3c24xx_i2c_clockrate(i2c, &freq) != 0) {

writel(0, i2c->regs + S3C2410_IICCON);

dev_err(i2c->dev, "cannot meet bus frequency requiredn");

return -EINVAL;

}

/* todo - check that the i2c lines aren't being dragged anywhere */

dev_info(i2c->dev, "bus frequency set to %d KHzn", freq);

dev_dbg(i2c->dev, "S3C2410_IICCON=0x%02lxn", iicon);

return 0;

}

注册 IIC adapter,在注册adapter之前要设置adap的名字，算法，父节点等信息

strlcpy(i2c->adap.name, "s3c2410-i2c", sizeof(i2c->adap.name));

i2c->adap.owner   = THIS_MODULE;

i2c->adap.algo    = &s3c24xx_i2c_algorithm;

i2c->adap.retries = 2;

i2c->adap.class   = I2C_CLASS_HWMON | I2C_CLASS_SPD;

i2c->tx_setup     = 50;

i2c->adap.algo_data = i2c;

i2c->adap.dev.parent = &pdev->dev;

i2c->adap.nr = pdata->bus_num;

ret = i2c_add_numbered_adapter(&i2c->adap);

五.使能IIC总线应答

需要把 IICCON寄存器的第7位设置为1。

#define S3C2410_IICCON_ACKEN (1<<7)

static inline void s3c24xx_i2c_enable_ack(struct s3c24xx_i2c *i2c)

{

unsigned long tmp;

tmp = readl(i2c->regs + S3C2410_IICCON);

writel(tmp | S3C2410_IICCON_ACKEN, i2c->regs + S3C2410_IICCON);

}

六. 使能IIC总线中断

需要把 IICCON寄存器的第5位设置为1。

#define S3C2410_IICCON_IRQEN (1<<5)

static inline void s3c24xx_i2c_enable_irq(struct s3c24xx_i2c *i2c)

{

unsigned long tmp;

tmp = readl(i2c->regs + S3C2410_IICCON);

writel(tmp | S3C2410_IICCON_IRQEN, i2c->regs + S3C2410_IICCON);

}

七.获取IIC总线的忙状态

读 IICSTAT寄存器的第5位，1表示忙，0表示空闲

#define S3C2410_IICSTAT_BUSBUSY (1<<5)

iicstat = readl(i2c->regs + S3C2410_IICSTAT);

return (iicstat & S3C2410_IICSTAT_BUSBUSY)；

八. IIC硬件中断

IIC中断产生的条件

①一个字节的数据发送或者接收完成产生硬件中断。

②发出从设备地址，成功匹配到从设备后产生硬件中断。

③总线仲裁失败产生中断。

正常情况下IIC中断产生的时机

发送数据时，IICDS移位寄存器向SDA一位一位发出电平信号，先发高位，循环8次后，数据发送完成， 接收到ASK信号后产生中断。

读数据时，IICDS移位寄存器从SDA线一位一位读入电平信号，先读高位，循环8次后，数据接收完成，产生中断。

3.中断处理过程中又来了新的IIC数据

产生硬件中断后，会设置中断挂起flag，同时将SCL拉低，IIC传输暂停，以防在中断处理过程中又来了新的IIC信号。

等待中断函数处理完成后，清除中断挂起flag，释放SCL，IIC继续发送和接收数据。

清除中断挂起flag，设置 IICCON寄存器的第4位为0。

#define S3C2410_IICCON_IRQPEND (1<<4)

tmp = readl(i2c->regs + S3C2410_IICCON);

tmp &= ~S3C2410_IICCON_IRQPEND;

writel(tmp, i2c->regs + S3C2410_IICCON);

九. IIC总线启动

使能IIC应答

s3c24xx_i2c_enable_ack(i2c);

2.使能IIC数据输入输出

#define S3C2410_IICSTAT_TXRXEN (1<<4)

stat |=  S3C2410_IICSTAT_TXRXEN;

3.配置主机读写模式，若是读，设备地址最低位或上1

#define S3C2410_IICSTAT_MASTER_RX (2<<6)

#define S3C2410_IICSTAT_MASTER_TX (3<<6)

if (msg->flags & I2C_M_RD)

{

stat |= S3C2410_IICSTAT_MASTER_RX;

addr |= 1;

} 

else

stat |= S3C2410_IICSTAT_MASTER_TX;

writel(stat, i2c->regs + S3C2410_IICSTAT);

4.写从设备地址到IICDS寄存器

writeb(addr, i2c->regs + S3C2410_IICDS);

5.开始IIC传输

stat |= S3C2410_IICSTAT_START;

writel(stat, i2c->regs + S3C2410_IICSTAT);

十. IIC总线停止传输

1.需要向IICSTART寄存器的第5位写0

unsigned long iicstat = readl(i2c->regs + S3C2410_IICSTAT);

/* stop the transfer */

iicstat &= ~S3C2410_IICSTAT_START;

writel(iicstat, i2c->regs + S3C2410_IICSTAT);

2.禁止IIC中断

s3c24xx_i2c_disable_irq(i2c);

十一. IIC总线的algo

static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm = {

.master_xfer = s3c24xx_i2c_xfer,

.functionality = s3c24xx_i2c_func,

};

s3c24xx_i2c_algorithm赋值给adap.algo

i2c->adap.algo    = &s3c24xx_i2c_algorithm;

该adap添加进内核，后面内核通过该adap控制这个IIC总线的数据传输。

i2c_add_numbered_adapter(&i2c->adap);

十二. IIC的数据传输函数s3c24xx_i2c_xfer

配置IIC引脚

if (pdata->cfg_gpio)

pdata->cfg_gpio(to_platform_device(i2c->dev));

2.调用s3c24xx_i2c_doxfer函数传输数据，最多重复操作2次，成功了就退出，失败了就继续操作。

adap->retries = 2。

for (retry = 0; retry < adap->retries; retry++) 

{

ret = s3c24xx_i2c_doxfer(i2c, msgs, num);

if (ret != -EAGAIN)

return ret;

udelay(100);

}

十三. IIC 总线发数据

IIC总线调用s3c24xx_i2c_xfer发送数据，s3c24xx_i2c_xfer函数又调用s3c24xx_i2c_doxfer。

1.等待IIC不忙。

ret = s3c24xx_i2c_set_master(i2c);

2.设置IIC状态标志位

i2c->state   = STATE_START;

3.使能IIC中断

s3c24xx_i2c_enable_irq(i2c);

IIC总线启动传输

s3c24xx_i2c_message_start(i2c, msgs);

5.进入睡眠，等待IIC的等待队列唤醒。

timeout = wait_event_timeout(i2c->wait, i2c->msg_num == 0, HZ * 5);

6.等待中断发生，中断函数在s3c24xx_i2c_probe里面注册。

ret = request_irq(i2c->irq, s3c24xx_i2c_irq, IRQF_DISABLED, dev_name(&pdev->dev), i2c);

7.中断发生，进入中断

8.进入case STATE_START，判断最后接收到1bit数据是不是ASK, 没有收到ask，退出IIC传输（前提是没有设置I2C_M_IGNORE_NAK模式）

if (iicstat & S3C2410_IICSTAT_LASTBIT && !(i2c->msg->flags & I2C_M_IGNORE_NAK)) 

{

        /* ack was not received... */

        dev_dbg(i2c->dev, "ack was not receivedn");

        s3c24xx_i2c_stop(i2c, -ENXIO);

        goto out_ack;

}

9.判断是读IIC消息还是写IIC消息

if (i2c->msg->flags & I2C_M_RD)

        i2c->state = STATE_READ;

else

        i2c->state = STATE_WRITE;

在这里是写IIC，i2c->state = STATE_WRITE;

10.判断该消息是不是最后一个消息，若是，停止IIC传输，否则，进入case STATE_WRITE。这里通常是i2c匹配设备的时候使用。

if (is_lastmsg(i2c) && i2c->msg->len == 0) 

{

        s3c24xx_i2c_stop(i2c, 0);

        goto out_ack;

}

11.若这个msg的数据没有发完，继续发，每次发一个byte，就是给寄存器S3C2410_IICDS赋值。

if (!is_msgend(i2c))

{

        byte = i2c->msg->buf[i2c->msg_ptr++];

        writeb(byte, i2c->regs + S3C2410_IICDS);

        ndelay(i2c->tx_setup);

}

若这个msg发完了，看看是不是最后一个msg。如果不是，指向下一个msg。判断下一个msg是不是变成读了,就是msg改变方向了。如果是读，要设置I2C_M_NOSTART标志，表示IIC重新发起一个起始信号，否则IIC停止传输。如果还是写，继续写下一个消息。

 else if (!is_lastmsg(i2c)) 

 {

        /* we need to go to the next i2c message */

        dev_dbg(i2c->dev, "WRITE: Next Messagen");

        i2c->msg_ptr = 0;

        i2c->msg_idx++;

        i2c->msg++;

        /* check to see if we need to do another message */

        if (i2c->msg->flags & I2C_M_NOSTART)

        {

                if (i2c->msg->flags & I2C_M_RD) 

                {

                        /* cannot do this, the controller

                         * forces us to send a new START

                         * when we change direction */

                        s3c24xx_i2c_stop(i2c, -EINVAL);

                }

                goto retry_write;

        } 

        else 

        {

                /* send the new start */

                s3c24xx_i2c_message_start(i2c, i2c->msg);

                i2c->state = STATE_START;

        }

若是所有的msg都发送完了，停止IIC传输

 else 

 {

        /* send stop */

        s3c24xx_i2c_stop(i2c, 0);

}

写寄存器停止IIC传输

iicstat &= ~S3C2410_IICSTAT_START;

writel(iicstat, i2c->regs + S3C2410_IICSTAT);

IIC msg 清零

i2c->msg_ptr = 0;

i2c->msg = NULL;

i2c->msg_idx++;

i2c->msg_num = 0;

唤醒等待队列

wake_up(&i2c->wait);

17.禁止中断产生。

s3c24xx_i2c_disable_irq(i2c);