嵌入式Linux驱动开发之I2C子系统(3)--I2C子系统框架

概述

• I2C子系统首先可以划分为三个层次

1. 用户空间：运行应用程序。
2. 内核空间：处理驱动逻辑，又细分为 I2C 设备驱动层、I2C 核心层、I2C 适配器驱动层。
3. 硬件层：具体的I2C外设和I2C控制器。

• 每层具体做什么事
  • 在用户空间中，需要学会如何使用I2C编写应用程序
  • 在内核空间中，需要学会如何使用I2C编写驱动程序
  • 在硬件层中，对应的是具体的外设，需要能够找到这个外设连接到了哪个I2C上、所使用的I2C接口是哪一个
• I2C子系统中一共有两处对硬件的抽象：设备驱动层将I2C外设抽象为i2c_client；适配器驱动层将I2C控制器抽象为i2c_adapter

用户空间

• 目的：编写应用程序与I2C外设交互
• 如何交互：用户空间的应用程序通过对"设备节点"进行读、写等操作来访问硬件。
• 访问方式 ：
  1. 通用访问 ：通过 i2c-dev 驱动（一个内核驱动）提供的 /dev/i2c-X 接口。应用程序可以直接向I2C总线上的某个地址发送和接收原始的I2C消息。
  2. 特定设备访问：通过 I2C 设备驱动层创建的设备节点进行访问。

I2C 设备驱动层

• I2C 设备驱动层的两个主要作用

​ 1.编写驱动程序,使 I2C 外设能够正常工作

​ 2.创建对应的设备节点

上层的应用程序通过对设备节点进行读、写等操作来与I2C外设交互

• 我们在 I2C 设备驱动层中编写具体I2C设备的驱动程序，但是不需要涉及时序相关的代码。因为在I2C子系统框架中，时序相关的代码被放到了I2C 适配器驱动层中，由芯片原厂编写

• 在编写具体I2C设备的驱动程序时，如果要用I2C设备发数据，直接调用I2C核心层提供的API接口即可

I2C 设备驱动层包含以下几个关键部分：

• i2c_client：Linux内核用来抽象和表示一个具体的I2C从设备的结构体
• i2c_driver：我们编写的驱动程序。也就是让外设能够工作起来的代码
• I2C 总线子系统
  /dev/i2c-X 是 i2c-dev 驱动（一个内核驱动）提供给用户空间的通用访问接口，让用户空间的应用程序可以直接向I2C总线上的某个地址发送和接收原始的I2C消息。
• 设备树节点 ，如 ap3216c@1e，是描述I2C设备硬件信息的数据。
• i2c_client 是内核根据这些数据在内存中创建的一个 struct 实例。

硬件层

• 硬件层中的I2C外设通过SDA和SCL两根线，连接到处理器上的I2C控制器

• 硬件I2C中I2C控制器可以自己产生I2C通信所需要的波形

• 而I2C控制器作为一个硬件，需要对应的驱动程序才能让它工作起来，也就是让I2C控制器能够产生I2C通信所需要的波形

• I2C适配器驱动层的作用就是编写I2C控制器的驱动程序

i2c adapter就是I2C控制器，linux中通过结构体i2c_adapter结构体表示一个I2C控制器

I2C 适配器驱动/I2C总线驱动层

• I2C 适配器驱动层中的驱动程序由芯片原厂编写，他们最懂自己芯片！

• I2C适配器驱动层的作用就是编写具体的 I2C 硬件控制器的驱动程序，让它能够产生I2C通信所需要的波形

• 因此，I2C核心层需要和I2C 适配器驱动层打交道。

I2C 适配器驱动程序的作用：

1、提供标准化的 I2C 传输接口,供 I2C 核心层调用

2、实现 I2C 总线协议的时序控制和数据收发

3、向核心层注册I2C总线 (i2c_adapter)，并实现该总线的物理传输方法 (i2c_algorithm)

4、处理 I2C 总线错误和异常情况

I2C 核心层

• I2C 核心层位于 I2C 设备驱动层和 I2C 适配器驱动层中间

• 作用就是承上启下：负责 I2C设备驱动层和 I2C 适配器驱动层之间数据的传递

• I2C 核心层是linux自带的，不需要我们编写代码

I2C 核心层的主要函数:

• i2c_master_send：向 I2C 从设备发送数据
• i2c_master_recv：从从设备接收数据
• i2c_transfer

总结

• I2C核心层从I2C设备驱动 那里拿到数据（i2c_msg），然后调用I2C适配器驱动 的接口，I2C适配器驱动再控制硬件产生波形。