嵌入式linux驱动框架 I2C系统驱动程序模型分析

引言：在嵌入式 Linux 系统中，I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种常用的通信协议，用于连接低速设备（如传感器、显示器、存储器等）与主控制器。I2C 系统驱动程序模型通过层次化的设计，使得 I2C 总线设备和驱动程序能够高效、灵活地进行通信和管理。

本分析旨在详细介绍 I2C 驱动程序框架，重点分析其核心组成部分，如 i2c_driver 和 i2c_client，以及 I2C 总线、设备和驱动程序的交互关系。

目录

1. I2C驱动程序的层次

3. I2C总线-设备-驱动模型

2.1 i2c_driver

2.2 i2c_client

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1. I2C驱动程序的层次

I2C Core就是I2C核心层，它的作用：

• 提供统一的访问函数，比如i2c_transfer、i2c_smbus_xfer等

• 实现I2C总线-设备-驱动模型，管理：I2C设备(i2c_client)、I2C设备驱动(i2c_driver)、I2C控制器(i2c_adapter)

上述内容也是我们之前讲过的，想深度了解也可以回顾之前的文章学习。

2. I2C总线-设备-驱动模型

2.1 i2c_driver

i2c_driver表明能支持哪些设备：

• 使用of_match_table来判断

  • 设备树中，某个I2C控制器节点下可以创建I2C设备的节点

    • 如果I2C设备节点的compatible属性跟of_match_table的某项兼容，则匹配成功

  • i2c_client.name跟某个of_match_table[i].compatible值相同，则匹配成功

• 使用id_table来判断

  • i2c_client.name跟某个id_table[i].name值相同，则匹配成功

i2c_driver跟i2c_client匹配成功后，就调用i2c_driver.probe函数。

可以观察上述的代码内容，也就是通过match来实现配对的。

上述我们任意拿一个IIC设备当例子，我们也可以看出之前分析的匹配结构。

2.2 i2c_client

其次就是这个结构体，是非常重要的，如下所示：

之前位于驱动屏的IIC驱动一文也讲过，重点是这个设备树会自动解析成I2C设备，

&i2c1 {status = "okay";ts@5d {compatible = "goodix,gt9xx";reg = <0x5d>;tp-size = <89>;max-x = <1280>;max-y = <800>;touch-gpio = <&gpio1 RK_PA0 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;//复位引脚reset-gpio = <&gpio1 RK_PA1 GPIO_ACTIVE_LOW>;};
};

上述代码就是在 Linux 内核中，I2C_client 是用来表示一个通过 I2C 总线连接的设备的结构体。设备树描述了硬件设备的信息，而 I2C_client 是内核中用于管理这些设备的关键数据结构。当设备树加载时，内核会解析其中的硬件描述，并与相应的驱动程序进行匹配，自动生成并管理 I2C_client 结构体。

详细解释：

1. 设备树与 I2C_client：在你的设备树片段中，ts@5d 节点描述了一个 I2C 设备，并且设置了设备的 I2C 地址（reg = <0x5d>）。当 Linux 内核启动时，它会读取设备树并识别出这个 I2C 设备（ts@5d）。内核会根据这个设备树节点生成一个 I2C_client 结构体。

2. I2C_driver 和匹配：内核通过设备树中的 compatible 字段（在这个例子中是 goodix,gt9xx）来选择相应的驱动程序。在这种情况下，内核会找到与 goodix,gt9xx 匹配的 I2C 驱动（通常是 goodix_gt9xx 驱动），然后由内核调用该驱动的 probe() 函数进行设备初始化。

3. 设备树与 I2C_client 关联：I2C_driver 中的 probe() 函数会接收到一个 I2C_client 参数，这个参数就是内核在启动时为该设备（ts@5d）生成的 I2C_client 结构体。在 probe() 函数中，你可以获取设备的详细信息，并使用该结构体进行设备的进一步操作。

4. I2C_client 的作用：I2C_client 结构体包含了与 I2C 设备相关的信息，如设备的 I2C 地址、设备的父设备（I2C 控制器）、设备的驱动程序等。通过这个结构体，驱动可以与硬件进行交互。

过程简述：

1. 内核启动时解析设备树，发现 ts@5d 节点，并识别出该设备是通过 I2C 总线连接的设备。
2. 内核根据 compatible = "goodix,gt9xx" 字段，匹配到相应的驱动程序（例如 goodix_gt9xx）。
3. 驱动的 probe() 函数被调用，并且设备信息被封装到 I2C_client 结构体中。
4. 驱动通过 I2C_client 与硬件设备进行通信，并进行初始化操作。

&i2c1 是 I2C 总线的标识符

设备树中定义的 &i2c1 是一个对 I2C 总线的引用，它代表着 I2C 控制器硬件设备。通常，在设备树中，i2c1 是指特定的 I2C 总线，而 &i2c1 是用来告诉内核这个设备连接到哪一个 I2C 总线。它是 I2C 设备连接的父节点。通常，&i2c1 这样的标识符指向一个 I2C 控制器的节点，这个控制器的硬件资源会在设备树中被描述出来（例如，I2C 控制器的基地址、时钟等配置）。

ts@5d 节点描述了一个 I2C 设备

在你提供的设备树片段中，ts@5d 是一个 I2C 设备的子节点。它的 @5d 表示该设备的 I2C 地址为 0x5d（即通过 reg = <0x5d> 字段指定）。这个节点描述了一个具体的 I2C 设备，它与 &i2c1 连接，ts@5d 代表的设备将会通过 I2C 总线进行通信。

• compatible 字段：compatible = "goodix,gt9xx" 字段指定了该设备是 goodix,gt9xx 类型的触摸屏设备。内核会使用这个 compatible 字段来匹配驱动程序。例如，在内核中可能已经有一个与 "goodix,gt9xx" 兼容的驱动程序。

• reg 字段：reg = <0x5d> 指定了 I2C 地址，这告诉内核这个设备应该使用地址 0x5d 来进行通信。

自动注册为 I2C_client

内核根据设备树的内容和驱动程序之间的匹配机制，自动注册设备并为其创建 I2C_client 结构体。这个过程是通过 I2C_driver 实现的，具体流程如下：

• I2C 总线设备的驱动程序匹配：内核在启动时会通过 compatible 字段查找与设备树节点匹配的驱动程序。例如，如果你在内核中定义了一个 I2C_driver，它的 of_match_table 中包含 "goodix,gt9xx"，那么这个驱动就会被选中与设备树中的 ts@5d 设备节点匹配。

• 设备创建 I2C_client：在设备树中，当节点 ts@5d 被解析时，内核会自动为该设备创建一个 I2C_client 结构体。这个结构体包含设备的 I2C 地址（0x5d）和与其相关的其他信息。

• 驱动 probe 函数调用：内核通过 I2C_driver 的 probe() 函数来初始化设备。在 probe() 函数中，内核将 I2C_client 结构体传递给驱动程序，驱动程序可以使用这个结构体进行设备的初始化和数据交互。

通过I2C bus number来创建

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

通过设备树来创建

	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>;};};

方法2 有时候无法知道该设备挂载哪个I2C bus下，无法知道它对应的I2C bus number。 但是可以通过其他方法知道对应的i2c_adapter结构体。 可以使用下面两个函数来创建i2c_client：

• i2c_new_device

  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);(...)}

i2c_new_probed_device

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

差别：

• i2c_new_device：会创建i2c_client，即使该设备并不存在

• i2c_new_probed_device：

  • 它成功的话，会创建i2c_client，并且表示这个设备肯定存在

  • I2C设备的地址可能发生变化，比如AT24C02的引脚A2A1A0电平不一样时，设备地址就不一样

  • 可以罗列出可能的地址

  • i2c_new_probed_device使用这些地址判断设备是否存在

• 方法3(不推荐)：由i2c_driver.detect函数来判断是否有对应的I2C设备并生成i2c_client

• 方法4：通过用户空间(user-space)生成 调试时、或者不方便通过代码明确地生成i2c_client时，可以通过用户空间来生成。

  // 创建一个i2c_client, .name = "eeprom", .addr=0x50, .adapter是i2c-3# echo eeprom 0x50 > /sys/bus/i2c/devices/i2c-3/new_device// 删除一个i2c_client# echo 0x50 > /sys/bus/i2c/devices/i2c-3/delete_device