Linux I2C驱动分析.docx
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LinuxI2C驱动分析
一:
前言
I2c是philips提出的外设总线.I2C只有两条线,一条串行数据线:
SDA,一条是时钟线SCL.正因为这样,它方便了工程人员的布线.另外,I2C是一种多主机控制总线.它和USB总线不同,USB是基于master-slave机制,任何设备的通信必须由主机发起才可以.而I2C是基于multimaster机制.一同总线上可允许多个master.关于I2C协议的知识,这里不再赘述.可自行下载spec阅读即可.
二:
I2C架构概述
在linux中,I2C驱动架构如下所示:
如上图所示,每一条I2C对应一个adapter.在kernel中,每一个adapter提供了一个描述的结构（structi2c_adapter）,也定义了adapter支持的操作（structi2c_adapter）.再通过i2ccore层将i2c设备与i2cadapter关联起来.
这个图只是提供了一个大概的框架.在下面的代码分析中,从下至上的来分析这个框架图.以下的代码分析是基于linux2.6.26.分析的代码基本位于:
linux-2.6.26.3/drivers/i2c/位置.
三:
adapter注册
在kernel中提供了两个adapter注册接口,分别为i2c_add_adapter（）和i2c_add_numbered_adapter（）.由于在系统中可能存在多个adapter,因为将每一条I2C总线对应一个编号,下文中称为I2C总线号.这个总线号的PCI中的总线号不同.它和硬件无关,只是软件上便于区分而已.
对于i2c_add_adapter（）而言,它使用的是动态总线号,即由系统给其分析一个总线号,而i2c_add_numbered_adapter（）则是自己指定总线号,如果这个总线号非法或者是被占用,就会注册失败.
分别来看一下这两个函数的代码:
inti2c_add_adapter（structi2c_adapter*adapter）
{
intid,res=0;
retry:
if（idr_pre_get（&i2c_adapter_idr,GFP_KERNEL）==0）
return-ENOMEM;
mutex_lock（&core_lock）;
/*"above"heremeans"aboveorequalto",sigh*/
res=idr_get_new_above（&i2c_adapter_idr,adapter,
__i2c_first_dynamic_bus_num,&id）;
mutex_unlock（&core_lock）;
if（res<0）{
if（res==-EAGAIN）
gotoretry;
returnres;
}
adapter->nr=id;
returni2c_register_adapter（adapter）;
}
在这里涉及到一个idr结构.idr结构本来是为了配合pagecache中的radixtree而设计的.在这里我们只需要知道,它是一种高效的搜索树,且这个树预先存放了一些内存.避免在内存不够的时候出现问题.所在,在往idr中插入结构的时候,首先要调用idr_pre_get（）为它预留足够的空闲内存,然后再调用idr_get_new_above（）将结构插入idr中,该函数以参数的形式返回一个id.以后凭这个id就可以在idr中找到相对应的结构了.对这个数据结构操作不太理解的可以查阅本站<>中有关radixtree的分析.
注意一下idr_get_new_above（&i2c_adapter_idr,adapter,__i2c_first_dynamic_bus_num,&id）的参数的含义,它是将adapter结构插入到i2c_adapter_idr中,存放位置的id必须要大于或者等于__i2c_first_dynamic_bus_num,
然后将对应的id号存放在adapter->nr中.调用i2c_register_adapter（adapter）对这个adapter进行进一步注册.
看一下另外一人注册函数:
i2c_add_numbered_adapter（）,如下所示:
inti2c_add_numbered_adapter（structi2c_adapter*adap）
{
intid;
intstatus;
if（adap->nr&~MAX_ID_MASK）
return-EINVAL;
retry:
if（idr_pre_get（&i2c_adapter_idr,GFP_KERNEL）==0）
return-ENOMEM;
mutex_lock（&core_lock）;
/*"above"heremeans"aboveorequalto",sigh;
*weneedthe"equalto"resulttoforcetheresult
*/
status=idr_get_new_above（&i2c_adapter_idr,adap,adap->nr,&id）;
if（status==0&&id!
=adap->nr）{
status=-EBUSY;
idr_remove（&i2c_adapter_idr,id）;
}
mutex_unlock（&core_lock）;
if（status==-EAGAIN）
gotoretry;
if（status==0）
status=i2c_register_adapter（adap）;
returnstatus;
}
对比一下就知道差别了,在这里它已经指定好了adapter->nr了.如果分配的id不和指定的相等,便返回错误.
过一步跟踪i2c_register_adapter（）.代码如下:
staticinti2c_register_adapter（structi2c_adapter*adap）
{
intres=0,dummy;
mutex_init（&adap->bus_lock）;
mutex_init（&adap->clist_lock）;
INIT_LIST_HEAD（&adap->clients）;
mutex_lock（&core_lock）;
/*Addtheadaptertothedrivercore.
*Iftheparentpointerisnotsetup,
*weaddthisadaptertothehostbus.
*/
if（adap->dev.parent==NULL）{
adap->dev.parent=&platform_bus;
pr_debug（"I2Cadapterdriver[%s]forgottospecify"
"physicaldevice\n",adap->name）;
}
sprintf（adap->dev.bus_id,"i2c-%d",adap->nr）;
adap->dev.release=&i2c_adapter_dev_release;
adap->dev.class=&i2c_adapter_class;
res=device_register（&adap->dev）;
if（res）
gotoout_list;
dev_dbg（&adap->dev,"adapter[%s]registered\n",adap->name）;
/*createpre-declareddevicenodesfornew-styledrivers*/
if（adap->nr<__i2c_first_dynamic_bus_num）
i2c_scan_static_board_info（adap）;
/*letlegacydriversscanthisbusformatchingdevices*/
dummy=bus_for_each_drv（&i2c_bus_type,NULL,adap,
i2c_do_add_adapter）;
out_unlock:
mutex_unlock（&core_lock）;
returnres;
out_list:
idr_remove（&i2c_adapter_idr,adap->nr）;
gotoout_unlock;
}
首先对adapter和adapter中内嵌的structdevice结构进行必须的初始化.之后将adapter内嵌的structdevice注册.
在这里注意一下adapter->dev的初始化.它的类别为i2c_adapter_class,如果没有父结点,则将其父结点设为platform_bus.adapter->dev的名字为i2c+总线号.
测试一下:
[eric@mochowi2c]$cd/sys/class/i2c-adapter/
[eric@mochowi2c-adapter]$ls
i2c-0
可以看到,在我的PC上,有一个I2Cadapter,看下详细信息:
[eric@mochowi2c-adapter]$tree
.
`--i2c-0
|--device->../../../devices/pci0000:
00/0000:
00:
1f.3/i2c-0
|--name
|--subsystem->../../../class/i2c-adapter
`--uevent
3directories,2files
可以看到,该adapter是一个PCI设备.
继续往下看:
之后,在注释中看到,有两种类型的driver,一种是new-styledrivers,另外一种是legacydrivers
New-styledrivers是在2.6近版的kernel加入的.它们最主要的区别是在adapter和i2cdriver的匹配上.
3.1:
new-style形式的adapter注册
对于第一种,也就是new-styledrivers,将相关代码再次列出如下:
if（adap->nr<__i2c_first_dynamic_bus_num）
i2c_scan_static_board_info（adap）;
如果adap->nr小于__i2c_first_dynamic_bus_num的话,就会进入到i2c_scan_static_board_info（）.
结合我们之前分析的adapter的两种注册分式:
i2c_add_adapter（）所分得的总线号肯会不会小于__i2c_first_dynamic_bus_num.只有i2c_add_numbered_adapter（）才有可能满足:
（adap->nr<__i2c_first_dynamic_bus_num）
而且必须要调用i2c_register_board_info（）将板子上的I2C设备信息预先注册时才会更改__i2c_first_dynamic_bus_num的值.在x86上只没有使用i2c_register_board_info（）的.因此,x86平台上的分析可以忽略掉new-styledriver的方式.不过,还是详细分析这种情况下.
首先看一下i2c_register_board_info（）,如下:
int__init
i2c_register_board_info（intbusnum,
structi2c_board_infoconst*info,unsignedlen）
{
intstatus;
mutex_lock（&__i2c_board_lock）;
/*dynamicbusnumberswillbeassignedafterthelaststaticone*/
if（busnum>=__i2c_first_dynamic_bus_num）
__i2c_first_dynamic_bus_num=busnum+1;
for（status=0;len;len--,info++）{
structi2c_devinfo*devinfo;
devinfo=kzalloc（sizeof（*devinfo）,GFP_KERNEL）;
if（!
devinfo）{
pr_debug（"i2c-core:
can'tregisterboardinfo!
\n"）;
status=-ENOMEM;
break;
}
devinfo->busnum=busnum;
devinfo->board_info=*info;
list_add_tail（&devinfo->list,&__i2c_board_list）;
}
mutex_unlock（&__i2c_board_lock）;
returnstatus;
}
这个函数比较简单,structi2c_board_info用来表示I2C设备的一些情况,比如所在的总线.名称,地址,中断号等.最后,这些信息会被存放到__i2c_board_list链表.
跟踪i2c_scan_static_board_info（）:
代码如下:
staticvoidi2c_scan_static_board_info（structi2c_adapter*adapter）
{
structi2c_devinfo*devinfo;
mutex_lock（&__i2c_board_lock）;
list_for_each_entry（devinfo,&__i2c_board_list,list）{
if（devinfo->busnum==adapter->nr
&&!
i2c_new_device（adapter,
&devinfo->board_info））
printk（KERN_ERR"i2c-core:
can'tcreatei2c%d-%04x\n",
i2c_adapter_id（adapter）,
devinfo->board_info.addr）;
}
mutex_unlock（&__i2c_board_lock）;
}
该函数遍历挂在__i2c_board_list链表上面的i2c设备的信息,也就是我们在启动的时候指出的i2c设备的信息.
如果指定设备是位于adapter所在的I2C总线上,那么,就调用i2c_new_device（）.代码如下:
structi2c_client*
i2c_new_device（structi2c_adapter*adap,structi2c_board_infoconst*info）
{
structi2c_client*client;
intstatus;
client=kzalloc（sizeof*client,GFP_KERNEL）;
if（!
client）
returnNULL;
client->adapter=adap;
client->dev.platform_data=info->platform_data;
device_init_wakeup（&client->dev,info->flags&I2C_CLIENT_WAKE）;
client->flags=info->flags&~I2C_CLIENT_WAKE;
client->addr=info->addr;
client->irq=info->irq;
strlcpy（client->name,info->type,sizeof（client->name））;
/*anewstyledrivermaybeboundtothisdevicewhenwe
*returnfromthisfunction,oranylatermoment（e.g.maybe
*hotpluggingwillloadthedrivermodule）.andthedevice
*refcountmodelisthestandarddrivermodelone.
*/
status=i2c_attach_client（client）;
if（status<0）{
kfree（client）;
client=NULL;
}
returnclient;
}
我们又遇到了一个新的结构:
structi2c_client,不要被这个结构吓倒了,其实它就是一个嵌入structdevice的I2C设备的封装.它和我们之前遇到的structusb_device结构的作用是一样的.
首先,在clinet里保存该设备的相关消息.特别的,client->adapter指向了它所在的adapter.
特别的,clinet->name为info->name.也是指定好了的.
一切初始化完成之后,便会调用i2c_attach_client（）.看这个函数的字面意思,是将clinet关联起来.到底怎么样关联呢?
继续往下看:
inti2c_attach_client（structi2c_client*client）
{
structi2c_adapter*adapter=client->adapter;
intres=0;
//初始化client内嵌的dev结构
//父结点为所在的adapter,所在bus为i2c_bus_type
client->dev.parent=&client->adapter->dev;
client->dev.bus=&i2c_bus_type;
//如果client已经指定了driver,将driver和内嵌的dev关联起来
if（client->driver）
client->dev.driver=&client->driver->driver;
//指定了driver,但不是newstyle的
if（client->driver&&!
is_newstyle_driver（client->driver））{
client->dev.release=i2c_client_release;
client->dev.uevent_suppress=1;
}else
client->dev.release=i2c_client_dev_release;
//clinet->dev的名称
snprintf（&client->dev.bus_id[0],sizeof（client->dev.bus_id）,
"%d-%04x",i2c_adapter_id（adapter）,client->addr）;
//将内嵌的dev注册
res=device_register（&client->dev）;
if（res）
gotoout_err;
//将clinet链到adapter->clients中
mutex_lock（&adapter->clist_lock）;
list_add_tail（&client->list,&adapter->clients）;
mutex_unlock（&adapter->clist_lock）;
dev_dbg（&adapter->dev,"client[%s]registeredwithbusid%s\n",
client->name,client->dev.bus_id）;
//如果adapter->cleinet_reqister存在,就调用它
if（adapter->client_register）{
if（adapter->client_register（client））{
dev_dbg（&adapter->dev,"client_register"
"failedforclient[%s]at0x%02x\n",
client->name,client->addr）;
}
}
return0;
out_err:
dev_err（&adapter->dev,"Failedtoattachi2cclient%sat0x%02x"
"（%d）\n",client->name,client->addr,res）;
returnres;
}
参考上面添加的注释,应该很容易理解这段代码了,就不加详细分析了.这个函数的名字不是i2c_attach_client（）么?
怎么没看到它的关系过程呢?
这是因为:
在代码中设置了client->dev所在的bus为i2c_bus_type.以为只需要有bus为i2c_bus_type的driver注册,就会产生probe了.这个过程呆后面分析i2cdriver的时候再来详细分析.
3.2:
legacy形式的adapter注册
Legacy形式的adapter注册代码片段如下:
dummy=bus_for_each_drv（&i2c_bus_type,NULL,adap,
i2c_do_add_adapter）;
这段代码遍历挂在i2c_bus_type上的驱动,然后对每一个驱动和adapter调用i2c_do_add_adapter（）.
代码如下:
staticinti2c_do_add_adapter（structdevice_driver*d,void*data）
{
structi2c_driver*driver=to_i2c_driver（d）;
structi2c_adapter*adap=data;
if（driver->attach_adapter）{
/*Weignorethereturncode;ifitfails,toobad*/
driver->attach_adapter（adap）;
}
return0;
}
该函数很简单,就是调用driver的attach_adapter（
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