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【正点原子Linux连载】第六十一章Linux I2C驱动实验--摘自【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南

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出0入234汤圆

发表于 2020-7-9 10:09:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 正点原子 于 2020-10-26 12:02 编辑

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第六十一章Linux I2C驱动实验


        I2C是很常用的一个串行通信接口,用于连接各种外设、传感器等器件,在裸机篇已经对I.MX6U的I2C接口做了详细的讲解。本章我们来学习一下如何在Linux下开发I2C接口器件驱动,重点是学习Linux下的I2C驱动框架,按照指定的框架去编写I2C设备驱动。本章同样以I.MX6U-ALPHA开发板上的AP3216C这个三合一环境光传感器为例,通过AP3216C讲解一下如何编写Linux下的I2C设备驱动程序。



61.1 Linux I2C驱动框架简介
        回想一下我们在裸机篇中是怎么编写AP3216C驱动的,我们编写了四个文件:bsp_i2c.c、bsp_i2c.h、bsp_ap3216c.c和bsp_ap3216c.h。其中前两个是I.MX6U的IIC接口驱动,后两个文件是AP3216C这个I2C设备驱动文件。相当于有两部分驱动:
        ①、I2C主机驱动。
        ②、I2C设备驱动。
        对于I2C主机驱动,一旦编写完成就不需要再做修改,其他的I2C设备直接调用主机驱动提供的API函数完成读写操作即可。这个正好符合Linux的驱动分离与分层的思想,因此Linux内核也将I2C驱动分为两部分:
        ①、I2C总线驱动,I2C总线驱动就是SOC的I2C控制器驱动,也叫做I2C适配器驱动。
        ②、I2C设备驱动,I2C设备驱动就是针对具体的I2C设备而编写的驱动。
61.1.1 I2C总线驱动
        首先来看一下I2C总线,在讲platform的时候就说过,platform是虚拟出来的一条总线,目的是为了实现总线、设备、驱动框架。对于I2C而言,不需要虚拟出一条总线,直接使用I2C总线即可。I2C总线驱动重点是I2C适配器(也就是SOC的I2C接口控制器)驱动,这里要用到两个重要的数据结构:i2c_adapter和i2c_algorithm,Linux内核将SOC的I2C适配器(控制器)抽象成i2c_adapter,i2c_adapter结构体定义在include/linux/i2c.h文件中,结构体内容如下:
示例代码61.1.1.1 i2c_adapter结构体
  1. 498struct i2c_adapter {
  2. 499struct module *owner;
  3. 500unsignedint class;/* classes to allow probing for */
  4. 501conststruct i2c_algorithm *algo;/* 总线访问算法 */
  5. 502void*algo_data;
  6. 503
  7. 504/* data fields that are valid for all devices   */
  8. 505struct rt_mutex bus_lock;
  9. 506
  10. 507int timeout;/* in jiffies */
  11. 508int retries;
  12. 509struct device dev;/* the adapter device */
  13. 510
  14. 511int nr;
  15. 512char name[48];
  16. 513struct completion dev_released;
  17. 514
  18. 515struct mutex userspace_clients_lock;
  19. 516struct list_head userspace_clients;
  20. 517
  21. 518struct i2c_bus_recovery_info *bus_recovery_info;
  22. 519conststruct i2c_adapter_quirks *quirks;
  23. 520};
复制代码

        第501行,i2c_algorithm类型的指针变量algo,对于一个I2C适配器,肯定要对外提供读写API函数,设备驱动程序可以使用这些API函数来完成读写操作。i2c_algorithm就是I2C适配器与IIC设备进行通信的方法。
        i2c_algorithm结构体定义在include/linux/i2c.h文件中,内容如下(删除条件编译):
示例代码61.1.1.2 i2c_algorithm结构体
  1. 391struct i2c_algorithm {
  2. ......
  3. 398int(*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap,
  4. struct i2c_msg *msgs,
  5. 399int num);
  6. 400int(*smbus_xfer)(struct i2c_adapter *adap, u16 addr,
  7. 401unsignedshort flags,char read_write,
  8. 402                u8 command,int size,union i2c_smbus_data *data);
  9. 403
  10. 404/* To determine what the adapter supports */
  11. 405     u32 (*functionality)(struct i2c_adapter *);
  12. ......
  13. 411};
复制代码

        第398行,master_xfer就是I2C适配器的传输函数,可以通过此函数来完成与IIC设备之间的通信。
        第400行,smbus_xfer就是SMBUS总线的传输函数。
        综上所述,I2C总线驱动,或者说I2C适配器驱动的主要工作就是初始化i2c_adapter结构体变量,然后设置i2c_algorithm中的master_xfer函数。完成以后通过i2c_add_numbered_adapter或i2c_add_adapter这两个函数向系统注册设置好的i2c_adapter,这两个函数的原型如下:
  1. int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adapter)
  2. int i2c_add_numbered_adapter(struct i2c_adapter *adap)
复制代码

这两个函数的区别在于i2c_add_adapter使用动态的总线号,而i2c_add_numbered_adapter使用静态总线号。函数参数和返回值含义如下:
        adapter或adap:要添加到Linux内核中的i2c_adapter,也就是I2C适配器。
        返回值:0,成功;负值,失败。
        如果要删除I2C适配器的话使用i2c_del_adapter函数即可,函数原型如下:
  1. void i2c_del_adapter(struct i2c_adapter * adap)
复制代码

函数参数和返回值含义如下:
        adap:要删除的I2C适配器。
        返回值:无。
        关于I2C的总线(控制器或适配器)驱动就讲解到这里,一般SOC的I2C总线驱动都是由半导体厂商编写的,比如I.MX6U的I2C适配器驱动NXP已经编写好了,这个不需要用户去编写。因此I2C总线驱动其实跟我们这些SOC使用者来说是被屏蔽掉的,我们只要专注于I2C设备驱动即可。除非你是在半导体公司上班,工作内容就是写I2C适配器驱动。
61.1.2 I2C设备驱动
        I2C设备驱动重点关注两个数据结构:i2c_client和i2c_driver,根据总线、设备和驱动模型,I2C总线上一小节已经讲了。还剩下设备和驱动,i2c_client就是描述设备信息的,i2c_driver描述驱动内容,类似于platform_driver。
        1、i2c_client结构体
        i2c_client结构体定义在include/linux/i2c.h文件中,内容如下:
示例代码61.1.2.1 i2c_client结构体
  1. 217struct i2c_client {
  2. 218unsignedshort flags;                /* 标志                                        */
  3. 219unsignedshort addr;                /* 芯片地址,7位,存在低7位        */
  4. ......
  5. 222char name[I2C_NAME_SIZE];                /* 名字                                        */
  6. 223struct i2c_adapter *adapter;        /* 对应的I2C适配器                */
  7. 224struct device dev;                        /* 设备结构体                                */
  8. 225int irq;                        /* 中断                                        */
  9. 226struct list_head detected;
  10. ......
  11. 230};
复制代码

        一个设备对应一个i2c_client,每检测到一个I2C设备就会给这个I2C设备分配一个i2c_client。
        2、i2c_driver结构体
        i2c_driver类似platform_driver,是我们编写I2C设备驱动重点要处理的内容,i2c_driver结构体定义在include/linux/i2c.h文件中,内容如下:
示例代码61.1.2.2 i2c_driver结构体
  1. 161struct i2c_driver {
  2. 162unsignedint class;
  3. 163
  4. 164/* Notifies the driver that a new bus has appeared. You should
  5. 165      * avoid  using this, it will be removed in a near future.
  6. 166      */
  7. 167int(*attach_adapter)(struct i2c_adapter *) __deprecated;
  8. 168
  9. 169/* Standard driver model interfaces */
  10. 170int(*probe)(struct i2c_client *,conststruct i2c_device_id *);
  11. 171int(*remove)(struct i2c_client *);
  12. 172
  13. 173/* driver model interfaces that don't relate to enumeration  */
  14. 174void(*shutdown)(struct i2c_client *);
  15. 175
  16. 176/* Alert callback, for example for the SMBus alert protocol.
  17. 177      * The format and meaning of the data value depends on the
  18. 178      * protocol.For the SMBus alert protocol, there is a single bit
  19. 179      * of data passed  as the alert response's low bit ("event
  20. 180      flag"). */
  21. 181void(*alert)(struct i2c_client *,unsignedint data);
  22. 182
  23. 183/* a ioctl like command that can be used to perform specific
  24. 184      * functions with the device.
  25. 185      */
  26. 186int(*command)(struct i2c_client *client,unsignedint cmd,
  27. void*arg);
  28. 187
  29. 188struct device_driver driver;
  30. 189conststruct i2c_device_id *id_table;
  31. 190
  32. 191/* Device detection callback for automatic device creation */
  33. 192int(*detect)(struct i2c_client *,struct i2c_board_info *);
  34. 193constunsignedshort*address_list;
  35. 194struct list_head clients;
  36. 195};
复制代码

        第170行,当I2C设备和驱动匹配成功以后probe函数就会执行,和platform驱动一样。
        第188行,device_driver驱动结构体,如果使用设备树的话,需要设置device_driver的of_match_table成员变量,也就是驱动的兼容(compatible)属性。
        第189行,id_table是传统的、未使用设备树的设备匹配ID表。
        对于我们I2C设备驱动编写人来说,重点工作就是构建i2c_driver,构建完成以后需要向Linux内核注册这个i2c_driver。i2c_driver注册函数为int i2c_register_driver,此函数原型如下:
  1. int i2c_register_driver(struct module                 *owner,
  2.                                    struct i2c_driver         *driver)
复制代码

函数参数和返回值含义如下:
        owner:一般为THIS_MODULE。
        driver:要注册的i2c_driver。
        返回值:0,成功;负值,失败。
        另外i2c_add_driver也常常用于注册i2c_driver,i2c_add_driver是一个宏,定义如下:
示例代码61.1.2.3 i2c_add_driver宏
  1. 587 #define i2c_add_driver(driver) \
  2. 588     i2c_register_driver(THIS_MODULE, driver)
复制代码

        i2c_add_driver就是对i2c_register_driver做了一个简单的封装,只有一个参数,就是要注册的i2c_driver。
        注销I2C设备驱动的时候需要将前面注册的i2c_driver从Linux内核中注销掉,需要用到i2c_del_driver函数,此函数原型如下:
void i2c_del_driver(struct i2c_driver         *driver)
函数参数和返回值含义如下:
        driver:要注销的i2c_driver。
        返回值:无。
        i2c_driver的注册示例代码如下:
示例代码61.1.2.4 i2c_driver注册流程
  1. 1 /* i2c驱动的probe函数 */
  2. 2staticint xxx_probe(struct i2c_client *client,
  3. conststruct i2c_device_id *id)
  4. 3{
  5. 4        /* 函数具体程序 */
  6. 5        return0;
  7. 6}
  8. 7
  9. 8/* i2c驱动的remove函数 */
  10. 9staticint ap3216c_remove(struct i2c_client *client)
  11. 10{
  12. 11        /* 函数具体程序 */
  13. 12        return0;
  14. 13}
  15. 14
  16. 15/* 传统匹配方式ID列表 */
  17. 16staticconststruct i2c_device_id xxx_id[]={
  18. 17        {"xxx",0},
  19. 18        {}
  20. 19};
  21. 20
  22. 21/* 设备树匹配列表 */
  23. 22staticconststruct of_device_id xxx_of_match[]={
  24. 23        {.compatible ="xxx"},
  25. 24        {/* Sentinel */}
  26. 25};
  27. 26
  28. 27/* i2c驱动结构体 */
  29. 28staticstruct i2c_driver xxx_driver ={
  30. 29        .probe = xxx_probe,
  31. 30        .remove = xxx_remove,
  32. 31        .driver ={
  33. 32        .owner = THIS_MODULE,
  34. 33        .name ="xxx",
  35. 34        .of_match_table = xxx_of_match,
  36. 35        },
  37. 36                .id_table = xxx_id,
  38. 37                };
  39. 38
  40. 39/* 驱动入口函数 */
  41. 40staticint __init xxx_init(void)
  42. 41{
  43. 42        int ret =0;
  44. 43
  45. 44        ret = i2c_add_driver(&xxx_driver);
  46. 45        return ret;
  47. 46}
  48. 47
  49. 48/* 驱动出口函数 */
  50. 49staticvoid __exit xxx_exit(void)
  51. 50{
  52. 51        i2c_del_driver(&xxx_driver);
  53. 52}
  54. 53
  55. 54 module_init(xxx_init);
  56. 55 module_exit(xxx_exit);
复制代码

        第16~19行,i2c_device_id,无设备树的时候匹配ID表。
        第22~25行,of_device_id,设备树所使用的匹配表。
        第28~37行,i2c_driver,当I2C设备和I2C驱动匹配成功以后probe函数就会执行,这些和platform驱动一样,probe函数里面基本就是标准的字符设备驱动那一套了。
61.1.3 I2C设备和驱动匹配过程
        I2C设备和驱动的匹配过程是由I2C核心来完成的,drivers/i2c/i2c-core.c就是I2C的核心部分,I2C核心提供了一些与具体硬件无关的API函数,比如前面讲过的:
        1、i2c_adapter注册/注销函数
  1. int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adapter)
  2. int i2c_add_numbered_adapter(struct i2c_adapter *adap)
  3. void i2c_del_adapter(struct i2c_adapter * adap)
复制代码

        2、i2c_driver注册/注销函数
  1. int i2c_register_driver(struct module *owner, struct i2c_driver *driver)
  2. int i2c_add_driver (struct i2c_driver *driver)
  3. void i2c_del_driver(struct i2c_driver *driver)
复制代码

设备和驱动的匹配过程也是由I2C总线完成的,I2C总线的数据结构为i2c_bus_type,定义在drivers/i2c/i2c-core.c文件,i2c_bus_type内容如下:
示例代码61.1.2.5 i2c_bus_type总线
  1. 736struct bus_type i2c_bus_type ={
  2. 737.name              ="i2c",
  3. 738.match            = i2c_device_match,
  4. 739.probe            = i2c_device_probe,
  5. 740.remove           = i2c_device_remove,
  6. 741.shutdown        = i2c_device_shutdown,
  7. 742};
复制代码

        .match就是I2C总线的设备和驱动匹配函数,在这里就是i2c_device_match这个函数,此函数内容如下:
示例代码61.1.2.6 i2c_device_match函数
  1. 457staticint i2c_device_match(struct device *dev,struct device_driver *drv)
  2. 458{
  3. 459struct i2c_client   *client = i2c_verify_client(dev);
  4. 460struct i2c_driver   *driver;
  5. 461
  6. 462if(!client)
  7. 463return0;
  8. 464
  9. 465/* Attempt an OF style match */
  10. 466if(of_driver_match_device(dev, drv))
  11. 467return1;
  12. 468
  13. 469/* Then ACPI style match */
  14. 470if(acpi_driver_match_device(dev, drv))
  15. 471return1;
  16. 472
  17. 473     driver = to_i2c_driver(drv);
  18. 474/* match on an id table if there is one */
  19. 475if(driver->id_table)
  20. 476return i2c_match_id(driver->id_table, client)!=NULL;
  21. 477
  22. 478return0;
  23. 479}
复制代码

        第466行,of_driver_match_device函数用于完成设备树设备和驱动匹配。比较I2C设备节点的compatible属性和of_device_id中的compatible属性是否相等,如果相当的话就表示I2C设备和驱动匹配。
        第470行,acpi_driver_match_device函数用于ACPI形式的匹配。
        第476行,i2c_match_id函数用于传统的、无设备树的I2C设备和驱动匹配过程。比较I2C设备名字和i2c_device_id的name字段是否相等,相等的话就说明I2C设备和驱动匹配。
61.2 I.MX6U的I2C适配器驱动分析
        上一小节我们讲解了Linux下的I2C驱动框架,重点分为I2C适配器驱动和I2C设备驱动,其中I2C适配器驱动就是SOC的I2C控制器驱动。I2C设备驱动是需要用户根据不同的I2C设备去编写,而I2C适配器驱动一般都是SOC厂商去编写的,比如NXP就编写好了I.MX6U的I2C适配器驱动。在imx6ull.dtsi文件中找到I.MX6U的I2C1控制器节点,节点内容如下所示:
示例代码61.2.1 I2C1控制器节点
  1. 1 i2c1: i2c@021a0000 {
  2. 2        #address-cells =<1>;
  3. 3   #size-cells =<0>;
  4. 4   compatible ="fsl,imx6ul-i2c","fsl,imx21-i2c";
  5. 5   reg =<0x021a00000x4000>;
  6. 6   interrupts =<GIC_SPI 36 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
  7. 7   clocks =<&clks IMX6UL_CLK_I2C1>;
  8. 8   status ="disabled";
  9. 9};
复制代码

        重点关注i2c1节点的compatible属性值,因为通过compatible属性值可以在Linux源码里面找到对应的驱动文件。这里i2c1节点的compatible属性值有两个:“fsl,imx6ul-i2c”和“fsl,imx21-i2c”,在Linux源码中搜索这两个字符串即可找到对应的驱动文件。I.MX6U的I2C适配器驱动驱动文件为drivers/i2c/busses/i2c-imx.c,在此文件中有如下内容:
示例代码61.2.2 i2c-imx.c文件代码段
  1. 244staticstruct platform_device_id imx_i2c_devtype[]={
  2. 245{
  3. 246.name ="imx1-i2c",
  4. 247.driver_data =(kernel_ulong_t)&imx1_i2c_hwdata,
  5. 248},{
  6. 249.name ="imx21-i2c",
  7. 250.driver_data =(kernel_ulong_t)&imx21_i2c_hwdata,
  8. 251},{
  9. 252/* sentinel */
  10. 253}
  11. 254};
  12. 255 MODULE_DEVICE_TABLE(platform, imx_i2c_devtype);
  13. 256
  14. 257staticconststruct of_device_id i2c_imx_dt_ids[]={
  15. 258{.compatible ="fsl,imx1-i2c",.data =&imx1_i2c_hwdata,},
  16. 259{.compatible ="fsl,imx21-i2c",.data =&imx21_i2c_hwdata,},
  17. 260{.compatible ="fsl,vf610-i2c",.data =&vf610_i2c_hwdata,},
  18. 261{/* sentinel */}
  19. 262};
  20. 263 MODULE_DEVICE_TABLE(of, i2c_imx_dt_ids);
  21. ......
  22. 1119staticstruct platform_driver i2c_imx_driver ={
  23. 1120.probe = i2c_imx_probe,
  24. 1121.remove = i2c_imx_remove,
  25. 1122.driver ={
  26. 1123.name = DRIVER_NAME,
  27. 1124.owner = THIS_MODULE,
  28. 1125.of_match_table = i2c_imx_dt_ids,
  29. 1126.pm = IMX_I2C_PM,
  30. 1127},
  31. 1128.id_table   = imx_i2c_devtype,
  32. 1129};
  33. 1130
  34. 1131staticint __init i2c_adap_imx_init(void)
  35. 1132{
  36. 1133return platform_driver_register(&i2c_imx_driver);
  37. 1134}
  38. 1135 subsys_initcall(i2c_adap_imx_init);
  39. 1136
  40. 1137staticvoid __exit i2c_adap_imx_exit(void)
  41. 1138{
  42. 1139    platform_driver_unregister(&i2c_imx_driver);
  43. 1140}
  44. 1141 module_exit(i2c_adap_imx_exit);
复制代码

        从示例代码61.2.2可以看出,I.MX6U的I2C适配器驱动是个标准的platform驱动,由此可以看出,虽然I2C总线为别的设备提供了一种总线驱动框架,但是I2C适配器却是platform驱动。就像你的部门老大是你的领导,你是他的下属,但是放到整个公司,你的部门老大却也是老板的下属。
        第259行,“fsl,imx21-i2c”属性值,设备树中 i2c1节点的compatible属性值就是与此匹配上的。因此i2c-imx.c文件就是I.MX6U的I2C适配器驱动文件。
        第1120行,当设备和驱动匹配成功以后i2c_imx_probe函数就会执行,i2c_imx_probe函数就会完成I2C适配器初始化工作。
        i2c_imx_probe函数内容如下所示(有省略):
示例代码61.2.3 i2c_imx_probe函数代码段
  1. 971staticint i2c_imx_probe(struct platform_device *pdev)
  2. 972{
  3. 973conststruct of_device_id *of_id =
  4. 974                    of_match_device(i2c_imx_dt_ids,&pdev->dev);
  5. 975struct imx_i2c_struct *i2c_imx;
  6. 976struct resource *res;
  7. 977struct imxi2c_platform_data *pdata =
  8. dev_get_platdata(&pdev->dev);
  9. 978void __iomem *base;
  10. 979int irq, ret;
  11. 980     dma_addr_t phy_addr;
  12. 981
  13. 982     dev_dbg(&pdev->dev,"<%s>\n", __func__);
  14. 983
  15. 984     irq = platform_get_irq(pdev,0);
  16. ......
  17. 990     res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM,0);
  18. 991     base = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res);
  19. 992if(IS_ERR(base))
  20. 993return PTR_ERR(base);
  21. 994
  22. 995     phy_addr =(dma_addr_t)res->start;
  23. 996     i2c_imx = devm_kzalloc(&pdev->dev,sizeof(*i2c_imx),
  24. GFP_KERNEL);
  25. 997if(!i2c_imx)
  26. 998return-ENOMEM;
  27. 999
  28. 1000if(of_id)
  29. 1001        i2c_imx->hwdata = of_id->data;
  30. 1002else
  31. 1003        i2c_imx->hwdata =(struct imx_i2c_hwdata *)
  32. 1004                platform_get_device_id(pdev)->driver_data;
  33. 1005
  34. 1006/* Setup i2c_imx driver structure */
  35. 1007    strlcpy(i2c_imx->adapter.name, pdev->name,
  36. sizeof(i2c_imx->adapter.name));
  37. 1008    i2c_imx->adapter.owner      = THIS_MODULE;
  38. 1009    i2c_imx->adapter.algo       =&i2c_imx_algo;
  39. 1010    i2c_imx->adapter.dev.parent =&pdev->dev;
  40. 1011    i2c_imx->adapter.nr     = pdev->id;
  41. 1012    i2c_imx->adapter.dev.of_node    = pdev->dev.of_node;
  42. 1013    i2c_imx->base           = base;
  43. 1014
  44. 1015/* Get I2C clock */
  45. 1016    i2c_imx->clk = devm_clk_get(&pdev->dev,NULL);
  46. ......
  47. 1022    ret = clk_prepare_enable(i2c_imx->clk);
  48. ......
  49. 1027/* Request IRQ */
  50. 1028    ret = devm_request_irq(&pdev->dev, irq, i2c_imx_isr,
  51. 1029                   IRQF_NO_SUSPEND, pdev->name, i2c_imx);
  52. ......
  53. 1035/* Init queue */
  54. 1036    init_waitqueue_head(&i2c_imx->queue);
  55. 1037
  56. 1038/* Set up adapter data */
  57. 1039    i2c_set_adapdata(&i2c_imx->adapter, i2c_imx);
  58. 1040
  59. 1041/* Set up clock divider */
  60. 1042    i2c_imx->bitrate = IMX_I2C_BIT_RATE;
  61. 1043    ret = of_property_read_u32(pdev->dev.of_node,
  62. 1044"clock-frequency",&i2c_imx->bitrate);
  63. 1045if(ret <0&& pdata && pdata->bitrate)
  64. 1046        i2c_imx->bitrate = pdata->bitrate;
  65. 1047
  66. 1048/* Set up chip registers to defaults */
  67. 1049    imx_i2c_write_reg(i2c_imx->hwdata->i2cr_ien_opcode ^ I2CR_IEN,
  68. 1050            i2c_imx, IMX_I2C_I2CR);
  69. 1051    imx_i2c_write_reg(i2c_imx->hwdata->i2sr_clr_opcode, i2c_imx,
  70. IMX_I2C_I2SR);
  71. 1052
  72. 1053/* Add I2C adapter */
  73. 1054    ret = i2c_add_numbered_adapter(&i2c_imx->adapter);
  74. 1055if(ret <0){
  75. 1056        dev_err(&pdev->dev,"registration failed\n");
  76. 1057goto clk_disable;
  77. 1058}
  78. 1059
  79. 1060/* Set up platform driver data */
  80. 1061    platform_set_drvdata(pdev, i2c_imx);
  81. 1062    clk_disable_unprepare(i2c_imx->clk);
  82. ......
  83. 1070/* Init DMA config if supported */
  84. 1071    i2c_imx_dma_request(i2c_imx, phy_addr);
  85. 1072
  86. 1073return0;/* Return OK */
  87. 1074
  88. 1075 clk_disable:
  89. 1076    clk_disable_unprepare(i2c_imx->clk);
  90. 1077return ret;
  91. 1078}
复制代码

        第984行,调用platform_get_irq函数获取中断号。
        第990~991行,调用platform_get_resource函数从设备树中获取I2C1控制器寄存器物理基地址,也就是0X021A0000。获取到寄存器基地址以后使用devm_ioremap_resource函数对其进行内存映射,得到可以在Linux内核中使用的虚拟地址。
        第996行,NXP使用imx_i2c_struct结构体来表示I.MX系列SOC的I2C控制器,这里使用devm_kzalloc函数来申请内存。
        第1008~1013行,imx_i2c_struct结构体要有个叫做adapter的成员变量,adapter就是i2c_adapter,这里初始化i2c_adapter。第1009行设置i2c_adapter的algo成员变量为i2c_imx_algo,也就是设置i2c_algorithm。
        第1028~1029行,注册I2C控制器中断,中断服务函数为i2c_imx_isr。
        第1042~1044行,设置I2C频率默认为IMX_I2C_BIT_RATE=100KHz,如果设备树节点设置了“clock-frequency”属性的话I2C频率就使用clock-frequency属性值。
        第1049~1051行,设置I2C1控制的I2CR和I2SR寄存器。
        第1054行,调用i2c_add_numbered_adapter函数向Linux内核注册i2c_adapter。
        第1071行,申请DMA,看来I.MX的I2C适配器驱动采用了DMA方式。
        i2c_imx_probe函数主要的工作就是一下两点:
        ①、初始化i2c_adapter,设置i2c_algorithm为i2c_imx_algo,最后向Linux内核注册i2c_adapter。
        ②、初始化I2C1控制器的相关寄存器。
        i2c_imx_algo包含I2C1适配器与I2C设备的通信函数master_xfer,i2c_imx_algo结构体定义如下:
示例代码61.2.4 i2c_imx_algo结构体
  1. 966staticstruct i2c_algorithm i2c_imx_algo ={
  2. 967.master_xfer    = i2c_imx_xfer,
  3. 968.functionality  = i2c_imx_func,
  4. 969};
复制代码

        我们先来看一下. functionality,functionality用于返回此I2C适配器支持什么样的通信协议,在这里functionality就是i2c_imx_func函数,i2c_imx_func函数内容如下:
示例代码61.2.5 i2c_imx_func函数
  1. static u32 i2c_imx_func(struct i2c_adapter *adapter)
  2. {
  3. return I2C_FUNC_I2C | I2C_FUNC_SMBUS_EMUL
  4. | I2C_FUNC_SMBUS_READ_BLOCK_DATA;
  5. }
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        重点来看一下i2c_imx_xfer函数,因为最终就是通过此函数来完成与I2C设备通信的,此函数内容如下(有省略):
示例代码61.2.6 i2c_imx_xfer函数
  1. 888staticint i2c_imx_xfer(struct i2c_adapter *adapter,
  2. 889struct i2c_msg *msgs,int num)
  3. 890{
  4. 891unsignedint i, temp;
  5. 892int result;
  6. 893bool is_lastmsg = false;
  7. 894struct imx_i2c_struct *i2c_imx = i2c_get_adapdata(adapter);
  8. 895
  9. 896     dev_dbg(&i2c_imx->adapter.dev,"<%s>\n", __func__);
  10. 897
  11. 898/* Start I2C transfer */
  12. 899     result = i2c_imx_start(i2c_imx);
  13. 900if(result)
  14. 901goto fail0;
  15. 902
  16. 903/* read/write data */
  17. 904for(i =0; i < num; i++){
  18. 905if(i == num -1)
  19. 906             is_lastmsg = true;
  20. 907
  21. 908if(i){
  22. 909             dev_dbg(&i2c_imx->adapter.dev,
  23. 910"<%s> repeated start\n", __func__);
  24. 911             temp = imx_i2c_read_reg(i2c_imx, IMX_I2C_I2CR);
  25. 912             temp |= I2CR_RSTA;
  26. 913             imx_i2c_write_reg(temp, i2c_imx, IMX_I2C_I2CR);
  27. 914             result =  i2c_imx_bus_busy(i2c_imx,1);
  28. 915if(result)
  29. 916goto fail0;
  30. 917}
  31. 918         dev_dbg(&i2c_imx->adapter.dev,
  32. 919"<%s> transfer message: %d\n", __func__, i);
  33. 920/* write/read data */
  34. ......
  35. 938if(msgs.flags & I2C_M_RD)
  36. 939             result = i2c_imx_read(i2c_imx,&msgs, is_lastmsg);
  37. 940else{
  38. 941if(i2c_imx->dma && msgs.len >= DMA_THRESHOLD)
  39. 942                 result = i2c_imx_dma_write(i2c_imx,&msgs);
  40. 943else
  41. 944                 result = i2c_imx_write(i2c_imx,&msgs);
  42. 945}
  43. 946if(result)
  44. 947goto fail0;
  45. 948}
  46. 949
  47. 950 fail0:
  48. 951/* Stop I2C transfer */
  49. 952     i2c_imx_stop(i2c_imx);
  50. 953
  51. 954     dev_dbg(&i2c_imx->adapter.dev,"<%s> exit with: %s: %d\n", __func__,
  52. 955(result <0)?"error":"success msg",
  53. 956(result <0)? result : num);
  54. 957return(result <0)? result : num;
  55. 958}
复制代码

        第899行,调用i2c_imx_start函数开启I2C通信。
        第939行,如果是从I2C设备读数据的话就调用i2c_imx_read函数。
        第941~945行,向I2C设备写数据,如果要用DMA的话就使用i2c_imx_dma_write函数来完成写数据。如果不使用DMA的话就使用i2c_imx_write函数完成写数据。
        第952行,I2C通信完成以后调用i2c_imx_stop函数停止I2C通信。
        i2c_imx_start、i2c_imx_read、i2c_imx_write和i2c_imx_stop这些函数就是I2C寄存器的具体操作函数,函数内容基本和我们裸机篇中讲的I2C驱动一样,这里我们就不详细的分析了,大家可以对照着第二十六章实验自行分析。
61.3 I2C设备驱动编写流程
        I2C适配器驱动SOC厂商已经替我们编写好了,我们需要做的就是编写具体的设备驱动,本小节我们就来学习一下I2C设备驱动的详细编写流程。
61.3.1 I2C设备信息描述
        1、未使用设备树的时候
        首先肯定要描述I2C设备节点信息,先来看一下没有使用设备树的时候是如何在BSP里面描述I2C设备信息的,在未使用设备树的时候需要在BSP里面使用i2c_board_info结构体来描述一个具体的I2C设备。i2c_board_info结构体如下:
示例代码61.3.1.1 i2c_board_info结构体
  1. 295struct i2c_board_info {
  2. 296char        type[I2C_NAME_SIZE];        /* I2C设备名字        */
  3. 297unsignedshort  flags;        /* 标志        */
  4. 298unsignedshort  addr;        /* I2C器件地址        */
  5. 299void*platform_data;
  6. 300struct dev_archdata *archdata;
  7. 301struct device_node *of_node;
  8. 302struct fwnode_handle *fwnode;
  9. 303int     irq;
  10. 304};
复制代码

        type和addr这两个成员变量是必须要设置的,一个是I2C设备的名字,一个是I2C设备的器件地址。打开arch/arm/mach-imx/mach-mx27_3ds.c文件,此文件中关于OV2640的I2C设备信息描述如下:
示例代码61.3.1.2 OV2640的I2C设备信息
  1. 392staticstruct i2c_board_info mx27_3ds_i2c_camera ={
  2. 393     I2C_BOARD_INFO("ov2640",0x30),
  3. 394};
复制代码

        示例代码61.3.1.2中使用I2C_BOARD_INFO来完成mx27_3ds_i2c_camera的初始化工作,I2C_BOARD_INFO是一个宏,定义如下:
示例代码61.3.1.3 I2C_BOARD_INFO宏
  1. 316 #define I2C_BOARD_INFO(dev_type, dev_addr) \
  2. 317.type = dev_type,.addr =(dev_addr)
复制代码

        可以看出,I2C_BOARD_INFO宏其实就是设置i2c_board_info的type和addr这两个成员变量,因此示例代码61.3.1.2的主要工作就是设置I2C设备名字为ov2640,ov2640的器件地址为0X30。
        大家可以在Linux源码里面全局搜索i2c_board_info,会找到大量以i2c_board_info定义的I2C设备信息,这些就是未使用设备树的时候I2C设备的描述方式,当采用了设备树以后就不会再使用i2c_board_info来描述I2C设备了。
        2、使用设备树的时候
        使用设备树的时候I2C设备信息通过创建相应的节点就行了,比如NXP官方的EVK开发板在I2C1上接了mag3110这个磁力计芯片,因此必须在i2c1节点下创建mag3110子节点,然后在这个子节点内描述mag3110这个芯片的相关信息。打开imx6ull-14x14-evk.dts这个设备树文件,然后找到如下内容:
示例代码61.3.1.4 mag3110子节点
  1. 1&i2c1 {
  2. 2      clock-frequency =<100000>;
  3. 3      pinctrl-names ="default";
  4. 4      pinctrl-0=<&pinctrl_i2c1>;
  5. 5      status ="okay";
  6. 6
  7. 7      mag3110@0e {
  8. 8          compatible ="fsl,mag3110";
  9. 9          reg =<0x0e>;
  10. 10         position =<2>;
  11. 11};
  12. ......
  13. 20};
复制代码

        第7~11行,向i2c1添加mag3110子节点,第7行“mag3110@0e”是子节点名字,“@”后面的“0e”就是mag3110的I2C器件地址。第8行设置compatible属性值为“fsl,mag3110”。第9行的reg属性也是设置mag3110的器件地址的,因此值为0x0e。I2C设备节点的创建重点是compatible属性和reg属性的设置,一个用于匹配驱动,一个用于设置器件地址。
61.3.2 I2C设备数据收发处理流程
        在61.1.2小节已经说过了,I2C设备驱动首先要做的就是初始化i2c_driver并向Linux内核注册。当设备和驱动匹配以后i2c_driver里面的probe函数就会执行,probe函数里面所做的就是字符设备驱动那一套了。一般需要在probe函数里面初始化I2C设备,要初始化I2C设备就必须能够对I2C设备寄存器进行读写操作,这里就要用到i2c_transfer函数了。i2c_transfer函数最终会调用I2C适配器中i2c_algorithm里面的master_xfer函数,对于I.MX6U而言就是i2c_imx_xfer这个函数。i2c_transfer函数原型如下:
  1. int i2c_transfer(struct i2c_adapter         *adap,
  2.                          struct i2c_msg                 *msgs,
  3.                          int                                        num)
复制代码

函数参数和返回值含义如下:
        adap:所使用的I2C适配器,i2c_client会保存其对应的i2c_adapter。
        msgs:I2C要发送的一个或多个消息。
        num:消息数量,也就是msgs的数量。
        返回值:负值,失败,其他非负值,发送的msgs数量。
        我们重点来看一下msgs这个参数,这是一个i2c_msg类型的指针参数,I2C进行数据收发说白了就是消息的传递,Linux内核使用i2c_msg结构体来描述一个消息。i2c_msg结构体定义在include/uapi/linux/i2c.h文件中,结构体内容如下:
示例代码61.3.2.1 i2c_msg结构体
  1. 68struct i2c_msg {
  2. 69        __u16 addr;                                /* 从机地址        */
  3. 70        __u16 flags;                                /* 标志                        */
  4. 71                #define I2C_M_TEN                        0x0010
  5. 72                #define I2C_M_RD                             0x0001
  6. 73                #define I2C_M_STOP                       0x8000
  7. 74                #define I2C_M_NOSTART                0x4000
  8. 75                #define I2C_M_REV_DIR_ADDR         0x2000
  9. 76                #define I2C_M_IGNORE_NAK         0x1000
  10. 77                #define I2C_M_NO_RD_ACK            0x0800
  11. 78                #define I2C_M_RECV_LEN             0x0400
  12. 79        __u16 len;                                /* 消息(本msg)长度        */
  13. 80        __u8 *buf;                                /* 消息数据                */
  14. 81};
复制代码

        使用i2c_transfer函数发送数据之前要先构建好i2c_msg,使用i2c_transfer进行I2C数据收发的示例代码如下:
示例代码61.3.2.2 I2C设备多寄存器数据读写
  1. 1 /* 设备结构体 */
  2. 2struct xxx_dev {
  3. 3        ......
  4. 4        void*private_data;/* 私有数据,一般会设置为i2c_client */
  5. 5};
  6. 6
  7. 7/*
  8. 8   * @description        : 读取I2C设备多个寄存器数据
  9. 9   * @param – dev        : I2C设备
  10. 10  * @param – reg        : 要读取的寄存器首地址
  11. 11  * @param – val        : 读取到的数据
  12. 12  * @param – len        : 要读取的数据长度
  13. 13  * @return               : 操作结果
  14. 14  */
  15. 15staticint xxx_read_regs(struct xxx_dev *dev, u8 reg,void*val,
  16. int len)
  17. 16{
  18. 17        int ret;
  19. 18        struct i2c_msg msg[2];
  20. 19        struct i2c_client *client =(struct i2c_client *)
  21. dev->private_data;
  22. 20
  23. 21                /* msg[0],第一条写消息,发送要读取的寄存器首地址 */
  24. 22        msg[0].addr = client->addr;        /* I2C器件地址                */
  25. 23        msg[0].flags =0;        /* 标记为发送数据        */
  26. 24        msg[0].buf =®        /* 读取的首地址                */
  27. 25        msg[0].len =1;        /* reg长度                        */
  28. 26
  29. 27        /* msg[1],第二条读消息,读取寄存器数据 */
  30. 28        msg[1].addr = client->addr;        /* I2C器件地址        */
  31. 29        msg[1].flags = I2C_M_RD;        /* 标记为读取数据        */
  32. 30        msg[1].buf = val;        /* 读取数据缓冲区        */
  33. 31        msg[1].len = len;        /* 要读取的数据长度        */
  34. 32
  35. 33        ret = i2c_transfer(client->adapter, msg,2);
  36. 34        if(ret ==2){
  37. 35        ret =0;
  38. 36        }else{
  39. 37                ret =-EREMOTEIO;
  40. 38        }
  41. 39        return ret;
  42. 40}
  43. 41
  44. 42/*
  45. 43  * @description        : 向I2C设备多个寄存器写入数据
  46. 44  * @param – dev        : 要写入的设备结构体
  47. 45  * @param – reg        : 要写入的寄存器首地址
  48. 46  * @param – val        : 要写入的数据缓冲区
  49. 47  * @param – len        : 要写入的数据长度
  50. 48  * @return                     : 操作结果
  51. 49  */
  52. 50static s32 xxx_write_regs(struct xxx_dev *dev, u8 reg, u8 *buf,
  53. u8 len)
  54. 51{
  55. 52        u8 b[256];
  56. 53        struct i2c_msg msg;
  57. 54        struct i2c_client *client =(struct i2c_client *)
  58. dev->private_data;
  59. 55
  60. 56                b[0]= reg;        /* 寄存器首地址                                                */
  61. 57        memcpy(&b[1],buf,len);        /* 将要发送的数据拷贝到数组b里面        */
  62. 58
  63. 59                msg.addr = client->addr;        /* I2C器件地址                                                */
  64. 60        msg.flags =0;        /* 标记为写数据                                                */
  65. 61
  66. 62        msg.buf = b;        /* 要发送的数据缓冲区                                */
  67. 63        msg.len = len +1;        /* 要发送的数据长度                                        */
  68. 64
  69. 65        return i2c_transfer(client->adapter,&msg,1);
  70. 66}
复制代码

        第2~5行,设备结构体,在设备结构体里面添加一个执行void的指针成员变量private_data,此成员变量用于保存设备的私有数据。在I2C设备驱动中我们一般将其指向I2C设备对应的i2c_client。
        第15~40行,xxx_read_regs函数用于读取I2C设备多个寄存器数据。第18行定义了一个i2c_msg数组,2个数组元素,因为I2C读取数据的时候要先发送要读取的寄存器地址,然后再读取数据,所以需要准备两个i2c_msg。一个用于发送寄存器地址,一个用于读取寄存器值。对于msg[0],将flags设置为0,表示写数据。msg[0]的addr是I2C设备的器件地址,msg[0]的buf成员变量就是要读取的寄存器地址。对于msg[1],将flags设置为I2C_M_RD,表示读取数据。msg[1]的buf成员变量用于保存读取到的数据,len成员变量就是要读取的数据长度。调用i2c_transfer函数完成I2C数据读操作。
        第50~66行,xxx_write_regs函数用于向I2C设备多个寄存器写数据,I2C写操作要比读操作简单一点,因此一个i2c_msg即可。数组b用于存放寄存器首地址和要发送的数据,第59行设置msg的addr为I2C器件地址。第60行设置msg的flags为0,也就是写数据。第62行设置要发送的数据,也就是数组b。第63行设置msg的len为len+1,因为要加上一个字节的寄存器地址。最后通过i2c_transfer函数完成向I2C设备的写操作。
        另外还有两个API函数分别用于I2C数据的收发操作,这两个函数最终都会调用i2c_transfer。首先来看一下I2C数据发送函数i2c_master_send,函数原型如下:
  1. int i2c_master_send(const struct i2c_client         *client,
  2.                                  const char                         *buf,
  3.                                  int                                 count)
复制代码

函数参数和返回值含义如下:
client:I2C设备对应的i2c_client。
        buf:要发送的数据。
        count:要发送的数据字节数,要小于64KB,以为i2c_msg的len成员变量是一个u16(无符号16位)类型的数据。
        返回值:负值,失败,其他非负值,发送的字节数。
        I2C数据接收函数为i2c_master_recv,函数原型如下:
  1. int i2c_master_recv(const struct i2c_client         *client,
  2.                                     char                                 *buf,
  3.                                 int                                         count)
复制代码

函数参数和返回值含义如下:
client:I2C设备对应的i2c_client。
        buf:要接收的数据。
        count:要接收的数据字节数,要小于64KB,以为i2c_msg的len成员变量是一个u16(无符号16位)类型的数据。
        返回值:负值,失败,其他非负值,发送的字节数。
        关于Linux下I2C设备驱动的编写流程就讲解到这里,重点就是i2c_msg的构建和i2c_transfer函数的调用,接下来我们就编写AP3216C这个I2C设备的Linux驱动。
61.4 硬件原理图分析
本章实验硬件原理图参考26.2小节即可。
61.5 实验程序编写
本实验对应的例程路径为:开发板光盘->2、Linux驱动例程->21_iic。
61.5.1 修改设备树
        1、IO修改或添加
        首先肯定是要修改IO,AP3216C用到了I2C1接口,I.MX6U-ALPHA开发板上的I2C1接口使用到了UART4_TXD和UART4_RXD,因此肯定要在设备树里面设置这两个IO。如果要用到AP3216C的中断功能的话还需要初始化AP_INT对应的GIO1_IO01这个IO,本章实验我们不使用中断功能。因此只需要设置UART4_TXD和UART4_RXD这两个IO,NXP其实已经将他这两个IO设置好了,打开imx6ull-alientek-emmc.dts,然后找到如下内容:
示例代码61.5.1.1 pinctrl_i2c1子节点
  1. 1 pinctrl_i2c1: i2c1grp {
  2. 2      fsl,pins =<
  3. 3          MX6UL_PAD_UART4_TX_DATA__I2C1_SCL 0x4001b8b0
  4. 4          MX6UL_PAD_UART4_RX_DATA__I2C1_SDA 0x4001b8b0
  5. 5>;
  6. 6};
复制代码

        pinctrl_i2c1就是I2C1的IO节点,这里将UART4_TXD和UART4_RXD这两个IO分别复用为I2C1_SCL和I2C1_SDA,电气属性都设置为0x4001b8b0。
        2、在i2c1节点追加ap3216c子节点
AP3216C是连接到I2C1上的,因此需要在i2c1节点下添加ap3216c的设备子节点,在imx6ull-alientek-emmc.dts文件中找到i2c1节点,此节点默认内容如下:
示例代码61.5.1.2 i2c1子节点默认内容
  1. 1&i2c1 {
  2. 2      clock-frequency =<100000>;
  3. 3      pinctrl-names ="default";
  4. 4      pinctrl-0=<&pinctrl_i2c1>;
  5. 5      status ="okay";
  6. 6
  7. 7      mag3110@0e {
  8. 8          compatible ="fsl,mag3110";
  9. 9          reg =<0x0e>;
  10. 10         position =<2>;
  11. 11};
  12. 12
  13. 13     fxls8471@1e {
  14. 14         compatible ="fsl,fxls8471";
  15. 15         reg =<0x1e>;
  16. 16         position =<0>;
  17. 17         interrupt-parent =<&gpio5>;
  18. 18         interrupts =<08>;
  19. 19};
  20. 20};
复制代码

        第2行,clock-frequency属性为I2C频率,这里设置为100KHz。
        第4行,pinctrl-0属性指定I2C所使用的IO为示例代码61.5.1.1中的pinctrl_i2c1子节点。
        第7~11行,mag3110是个磁力计,NXP官方的EVK开发板上接了mag3110,因此NXP在i2c1节点下添加了mag3110这个子节点。正点原子的I.MX6U-ALPHA开发板上没有用到mag3110,因此需要将此节点删除掉。
        第13~19行,NXP官方EVK开发板也接了一个fxls8471,正点原子的I.MX6U-ALPHA开发板同样没有此器件,所以也要将其删除掉。
        将i2c1节点里面原有的mag3110和fxls8471这两个I2C子节点删除,然后添加ap3216c子节点信息,完成以后的i2c1节点内容如下所示:
示例代码61.5.1.3 添加ap3216c子节点以后的i2c1节点
  1. 1&i2c1 {
  2. 2      clock-frequency =<100000>;
  3. 3      pinctrl-names ="default";
  4. 4      pinctrl-0=<&pinctrl_i2c1>;
  5. 5      status ="okay";
  6. 6
  7. 7      ap3216c@1e {
  8. 8          compatible ="alientek,ap3216c";
  9. 9          reg =<0x1e>;
  10. 10};
  11. 11};
复制代码

        第7行,ap3216c子节点,@后面的“1e”是ap3216c的器件地址。
        第8行,设置compatible值为“alientek,ap3216c”。
        第9行,reg属性也是设置ap3216c器件地址的,因此reg设置为0x1e。
        设备树修改完成以后使用“makedtbs”重新编译一下,然后使用新的设备树启动Linux内核。/sys/bus/i2c/devices目录下存放着所有I2C设备,如果设备树修改正确的话,会在/sys/bus/i2c/devices目录下看到一个名为“0-001e”的子目录,如图61.5.1.1所示:
image002.jpg

图61.5.1.1  当前系统I2C设备

        图61.5.1.1中的“0-001e”就是ap3216c的设备目录,“1e”就是ap3216c器件地址。进入0-001e目录,可以看到“name”文件,name问价就保存着此设备名字,在这里就是“ap3216c”,如图61.5.1.2所示:
image004.jpg

图61.5.1.2 ap3216c器件名字

61.5.2 AP3216C驱动编写
新建名为“21_iic”的文件夹,然后在21_iic文件夹里面创建vscode工程,工作区命名为“iic”。工程创建好以后新建ap3216c.c和ap3216creg.h这两个文件,ap3216c.c为AP3216C的驱动代码,ap3216creg.h是AP3216C寄存器头文件。先在ap3216creg.h中定义好AP3216C的寄存器,输入如下内容,
示例代码61.5.2.1 ap3216creg.h文件代码段
  1. 1  #ifndef AP3216C_H
  2. 2  #define AP3216C_H
  3. 3/***************************************************************
  4. 4  Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
  5. 5文件名        : ap3216creg.h
  6. 6作者        : 左忠凯
  7. 7版本        : V1.0
  8. 8描述        : AP3216C寄存器地址描述头文件
  9. 9其他        : 无
  10. 10论坛        : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
  11. 11日志        : 初版V1.0 2019/9/2 左忠凯创建
  12. 12 ***************************************************************/
  13. 13/* AP3316C寄存器 */
  14. 14 #define AP3216C_SYSTEMCONG          0x00        /* 配置寄存器        */
  15. 15 #define AP3216C_INTSTATUS    0X01        /* 中断状态寄存器        */
  16. 16 #define AP3216C_INTCLEAR                0X02        /* 中断清除寄存器        */
  17. 17 #define AP3216C_IRDATALOW           0x0A        /* IR数据低字节        */
  18. 18 #define AP3216C_IRDATAHIGH          0x0B        /* IR数据高字节        */
  19. 19 #define AP3216C_ALSDATALOW          0x0C        /* ALS数据低字节        */
  20. 20 #define AP3216C_ALSDATAHIGH         0X0D        /* ALS数据高字节        */
  21. 21 #define AP3216C_PSDATALOW           0X0E        /* PS数据低字节        */
  22. 22 #define AP3216C_PSDATAHIGH          0X0F        /* PS数据高字节        */
  23. 23
  24. 24 #endif
  25.         ap3216creg.h没什么好讲的,就是一些寄存器宏定义。然后在ap3216c.c输入如下内容:
  26. 示例代码61.5.2.2 ap3216c.c文件代码段
  27. 1   #include <linux/types.h>
  28. 2   #include <linux/kernel.h>
  29. 3   #include <linux/delay.h>
  30. 4   #include <linux/ide.h>
  31. 5   #include <linux/init.h>
  32. 6   #include <linux/module.h>
  33. 7   #include <linux/errno.h>
  34. 8   #include <linux/gpio.h>
  35. 9   #include <linux/cdev.h>
  36. 10  #include <linux/device.h>
  37. 11  #include <linux/of_gpio.h>
  38. 12  #include <linux/semaphore.h>
  39. 13  #include <linux/timer.h>
  40. 14  #include <linux/i2c.h>
  41. 15  #include <asm/mach/map.h>
  42. 16  #include <asm/uaccess.h>
  43. 17  #include <asm/io.h>
  44. 18  #include "ap3216creg.h"
  45. 19/***************************************************************
  46. 20  Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
  47. 21文件名        : ap3216c.c
  48. 22作者        : 左忠凯
  49. 23版本        : V1.0
  50. 24描述        : AP3216C驱动程序
  51. 25其他        : 无
  52. 26论坛        : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
  53. 27日志        : 初版V1.0 2019/9/2 左忠凯创建
  54. 28  ***************************************************************/
  55. 29  #define AP3216C_CNT                 1
  56. 30  #define AP3216C_NAME            "ap3216c"
  57. 31
  58. 32struct ap3216c_dev {
  59. 33      dev_t devid;                /* 设备号                */
  60. 34struct cdev cdev;                /* cdev                     */
  61. 35struct class *class;                /* 类                        */
  62. 36struct device *device;                /* 设备                        */
  63. 37struct device_node  *nd;                /* 设备节点                        */
  64. 38int major;                        /* 主设备号                        */
  65. 39void*private_data;                        /* 私有数据                        */
  66. 40unsignedshort ir, als, ps;        /* 三个光传感器数据        */
  67. 41};
  68. 42
  69. 43staticstruct ap3216c_dev ap3216cdev;
  70. 44
  71. 45/*
  72. 46   * @description        : 从ap3216c读取多个寄存器数据
  73. 47   * @param – dev        :  ap3216c设备
  74. 48   * @param – reg        :  要读取的寄存器首地址
  75. 49   * @param – val        :  读取到的数据
  76. 50   * @param – len        :  要读取的数据长度
  77. 51   * @return              : 操作结果
  78. 52   */
  79. 53staticint ap3216c_read_regs(struct ap3216c_dev *dev, u8 reg,
  80. void*val,int len)
  81. 54{
  82. 55int ret;
  83. 56struct i2c_msg msg[2];
  84. 57struct i2c_client *client =(struct i2c_client *)
  85. dev->private_data;
  86. 58
  87. 59/* msg[0]为发送要读取的首地址 */
  88. 60      msg[0].addr = client->addr;        /* ap3216c地址        */
  89. 61      msg[0].flags =0;        /* 标记为发送数据        */
  90. 62      msg[0].buf =®        /* 读取的首地址                */
  91. 63      msg[0].len =1;        /* reg长度                        */
  92. 64
  93. 65/* msg[1]读取数据 */
  94. 66      msg[1].addr = client->addr;        /* ap3216c地址        */
  95. 67      msg[1].flags = I2C_M_RD;        /* 标记为读取数据        */
  96. 68      msg[1].buf = val;        /* 读取数据缓冲区        */
  97. 69      msg[1].len = len;        /* 要读取的数据长度        */
  98. 70
  99. 71      ret = i2c_transfer(client->adapter, msg,2);
  100. 72if(ret ==2){
  101. 73          ret =0;
  102. 74}else{
  103. 75          printk("i2c rd failed=%d reg=%06x len=%d\n",ret, reg, len);
  104. 76          ret =-EREMOTEIO;
  105. 77}
  106. 78return ret;
  107. 79}
  108. 80
  109. 81/*
  110. 82   * @description        : 向ap3216c多个寄存器写入数据
  111. 83   * @param – dev        :  ap3216c设备
  112. 84   * @param – reg        :  要写入的寄存器首地址
  113. 85   * @param – val        :  要写入的数据缓冲区
  114. 86   * @param – len        :  要写入的数据长度
  115. 87   * @return                    :   操作结果
  116. 88   */
  117. 89static s32 ap3216c_write_regs(struct ap3216c_dev *dev, u8 reg,
  118. u8 *buf, u8 len)
  119. 90{
  120. 91      u8 b[256];
  121. 92struct i2c_msg msg;
  122. 93struct i2c_client *client =(struct i2c_client *)
  123. dev->private_data;
  124. 94
  125. 95      b[0]= reg;        /* 寄存器首地址                                                */
  126. 96      memcpy(&b[1],buf,len);        /* 将要写入的数据拷贝到数组b里面        */
  127. 97
  128. 98      msg.addr = client->addr;        /* ap3216c地址                                        */
  129. 99      msg.flags =0;        /* 标记为写数据                                                */
  130. 100
  131. 101     msg.buf = b;        /* 要写入的数据缓冲区                                */
  132. 102     msg.len = len +1;        /* 要写入的数据长度                                        */
  133. 103
  134. 104return i2c_transfer(client->adapter,&msg,1);
  135. 105}
  136. 106
  137. 107/*
  138. 108  * @description        : 读取ap3216c指定寄存器值,读取一个寄存器
  139. 109  * @param – dev        :  ap3216c设备
  140. 110  * @param – reg        :  要读取的寄存器
  141. 111  * @return                    :   读取到的寄存器值
  142. 112  */
  143. 113staticunsignedchar ap3216c_read_reg(struct ap3216c_dev *dev,
  144. u8 reg)
  145. 114{
  146. 115     u8 data =0;
  147. 116
  148. 117     ap3216c_read_regs(dev, reg,&data,1);
  149. 118return data;
  150. 119
  151. 120 #if0
  152. 121struct i2c_client *client =(struct i2c_client *)
  153. dev->private_data;
  154. 122return i2c_smbus_read_byte_data(client, reg);
  155. 123 #endif
  156. 124}
  157. 125
  158. 126/*
  159. 127  * @description         : 向ap3216c指定寄存器写入指定的值,写一个寄存器
  160. 128  * @param – dev        :  ap3216c设备
  161. 129  * @param – reg        :  要写的寄存器
  162. 130  * @param – data        : 要写入的值
  163. 131  * @return                   :    无
  164. 132  */
  165. 133staticvoid ap3216c_write_reg(struct ap3216c_dev *dev, u8 reg,
  166. u8 data)
  167. 134{
  168. 135     u8 buf =0;
  169. 136     buf = data;
  170. 137     ap3216c_write_regs(dev, reg,&buf,1);
  171. 138}
  172. 139
  173. 140/*
  174. 141  * @description         : 读取AP3216C的数据,读取原始数据,包括ALS,PS和IR,
  175. 142  *                              :同时打开ALS,IR+PS的话两次数据读取的间隔要大于112.5ms
  176. 143  * @param - ir          : ir数据
  177. 144  * @param - ps          : ps数据
  178. 145  * @param - ps          : als数据
  179. 146  * @return              : 无。
  180. 147  */
  181. 148void ap3216c_readdata(struct ap3216c_dev *dev)
  182. 149{
  183. 150unsignedchar i =0;
  184. 151unsignedchar buf[6];
  185. 152
  186. 153/* 循环读取所有传感器数据 */
  187. 154for(i =0; i <6; i++)
  188. 155{
  189. 156         buf<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;">= ap3216c_read_reg(dev, AP3216C_IRDATALOW + i);
  190. 157}
  191. 158
  192. 159if(buf[0]&0X80)        /* IR_OF位为1,则数据无效                */
  193. 160         dev->ir =0;
  194. 161else        /* 读取IR传感器的数据        */
  195. 162         dev->ir =((unsignedshort)buf[1]<<2)|(buf[0]&0X03);
  196. 163
  197. 164     dev->als =((unsignedshort)buf[3]<<8)| buf[2];/* ALS数据*/
  198. 165
  199. 166if(buf[4]&0x40)        /* IR_OF位为1,则数据无效                */
  200. 167         dev->ps =0;
  201. 168else        /* 读取PS传感器的数据                */
  202. 169         dev->ps =((unsignedshort)(buf[5]&0X3F)<<4)|
  203. (buf[4]&0X0F);
  204. 170}
  205. 171
  206. 172/*
  207. 173  * @description          : 打开设备
  208. 174  * @param – inode        : 传递给驱动的inode
  209. 175  * @param - filp         : 设备文件,file结构体有个叫做private_data的成员变量
  210. 176  *                    一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
  211. 177  * @return               : 0 成功;其他失败
  212. 178  */
  213. 179staticint ap3216c_open(struct inode *inode,struct file *filp)
  214. 180{
  215. 181     filp->private_data =&ap3216cdev;
  216. 182
  217. 183/* 初始化AP3216C */
  218. 184     ap3216c_write_reg(&ap3216cdev, AP3216C_SYSTEMCONG,0x04);
  219. 185     mdelay(50);        /* AP3216C复位最少10ms  */
  220. 186     ap3216c_write_reg(&ap3216cdev, AP3216C_SYSTEMCONG,0X03);
  221. 187return0;
  222. 188}
  223. 189
  224. 190/*
  225. 191  * @description         : 从设备读取数据
  226. 192  * @param – filp        : 要打开的设备文件(文件描述符)
  227. 193  * @param - buf         : 返回给用户空间的数据缓冲区
  228. 194  * @param - cnt         : 要读取的数据长度
  229. 195  * @param – offt        : 相对于文件首地址的偏移
  230. 196  * @return               : 读取的字节数,如果为负值,表示读取失败
  231. 197  */
  232. 198static ssize_t ap3216c_read(struct file *filp,char __user *buf,
  233. size_t cnt, loff_t *off)
  234. 199{
  235. 200short data[3];
  236. 201long err =0;
  237. 202
  238. 203struct ap3216c_dev *dev =(struct ap3216c_dev *)
  239. filp->private_data;
  240. 204
  241. 205     ap3216c_readdata(dev);
  242. 206
  243. 207     data[0]= dev->ir;
  244. 208     data[1]= dev->als;
  245. 209     data[2]= dev->ps;
  246. 210     err = copy_to_user(buf, data,sizeof(data));
  247. 211return0;
  248. 212}
  249. 213
  250. 214/*
  251. 215  * @description        : 关闭/释放设备
  252. 216  * @param - filp         : 要关闭的设备文件(文件描述符)
  253. 217  * @return                : 0 成功;其他失败
  254. 218  */
  255. 219staticint ap3216c_release(struct inode *inode,struct file *filp)
  256. 220{
  257. 221return0;
  258. 222}
  259. 223
  260. 224/* AP3216C操作函数 */
  261. 225staticconststruct file_operations ap3216c_ops ={
  262. 226.owner = THIS_MODULE,
  263. 227.open = ap3216c_open,
  264. 228.read = ap3216c_read,
  265. 229.release = ap3216c_release,
  266. 230};
  267. 231
  268. 232/*
  269. 233   * @description                 : i2c驱动的probe函数,当驱动与
  270. 234   *                       设备匹配以后此函数就会执行
  271. 235   * @param - client         : i2c设备
  272. 236   * @param - id              : i2c设备ID
  273. 237   * @return                  : 0,成功;其他负值,失败
  274. 238   */
  275. 239staticint ap3216c_probe(struct i2c_client *client,
  276. conststruct i2c_device_id *id)
  277. 240{
  278. 241/* 1、构建设备号 */
  279. 242if(ap3216cdev.major){
  280. 243         ap3216cdev.devid = MKDEV(ap3216cdev.major,0);
  281. 244         register_chrdev_region(ap3216cdev.devid, AP3216C_CNT,
  282. AP3216C_NAME);
  283. 245}else{
  284. 246         alloc_chrdev_region(&ap3216cdev.devid,0, AP3216C_CNT,
  285. AP3216C_NAME);
  286. 247         ap3216cdev.major = MAJOR(ap3216cdev.devid);
  287. 248}
  288. 249
  289. 250/* 2、注册设备 */
  290. 251     cdev_init(&ap3216cdev.cdev,&ap3216c_ops);
  291. 252     cdev_add(&ap3216cdev.cdev, ap3216cdev.devid, AP3216C_CNT);
  292. 253
  293. 254/* 3、创建类 */
  294. 255     ap3216cdev.class = class_create(THIS_MODULE, AP3216C_NAME);
  295. 256if(IS_ERR(ap3216cdev.class)){
  296. 257return PTR_ERR(ap3216cdev.class);
  297. 258}
  298. 259
  299. 260/* 4、创建设备 */
  300. 261     ap3216cdev.device = device_create(ap3216cdev.class,NULL,
  301. ap3216cdev.devid,NULL, AP3216C_NAME);
  302. 262if(IS_ERR(ap3216cdev.device)){
  303. 263return PTR_ERR(ap3216cdev.device);
  304. 264}
  305. 265
  306. 266     ap3216cdev.private_data = client;
  307. 267
  308. 268return0;
  309. 269}
  310. 270
  311. 271/*
  312. 272  * @description           : i2c驱动的remove函数,移除i2c驱动此函数会执行
  313. 273  * @param – client        : i2c设备
  314. 274  * @return                  : 0,成功;其他负值,失败
  315. 275  */
  316. 276staticint ap3216c_remove(struct i2c_client *client)
  317. 277{
  318. 278/* 删除设备 */
  319. 279     cdev_del(&ap3216cdev.cdev);
  320. 280     unregister_chrdev_region(ap3216cdev.devid, AP3216C_CNT);
  321. 281
  322. 282/* 注销掉类和设备 */
  323. 283     device_destroy(ap3216cdev.class, ap3216cdev.devid);
  324. 284     class_destroy(ap3216cdev.class);
  325. 285return0;
  326. 286}
  327. 287
  328. 288/* 传统匹配方式ID列表 */
  329. 289staticconststruct i2c_device_id ap3216c_id[]={
  330. 290{"alientek,ap3216c",0},
  331. 291{}
  332. 292};
  333. 293
  334. 294/* 设备树匹配列表 */
  335. 295staticconststruct of_device_id ap3216c_of_match[]={
  336. 296{.compatible ="alientek,ap3216c"},
  337. 297{/* Sentinel */}
  338. 298};
  339. 299
  340. 300/* i2c驱动结构体 */
  341. 301staticstruct i2c_driver ap3216c_driver ={
  342. 302.probe = ap3216c_probe,
  343. 303.remove = ap3216c_remove,
  344. 304.driver ={
  345. 305.owner = THIS_MODULE,
  346. 306.name ="ap3216c",
  347. 307.of_match_table = ap3216c_of_match,
  348. 308},
  349. 309.id_table = ap3216c_id,
  350. 310};
  351. 311
  352. 312/*
  353. 313  * @description         : 驱动入口函数
  354. 314  * @param               : 无
  355. 315  * @return              : 无
  356. 316  */
  357. 317staticint __init ap3216c_init(void)
  358. 318{
  359. 319int ret =0;
  360. 320
  361. 321     ret = i2c_add_driver(&ap3216c_driver);
  362. 322return ret;
  363. 323}
  364. 324
  365. 325/*
  366. 326  * @description         : 驱动出口函数
  367. 327  * @param               : 无
  368. 328  * @return              : 无
  369. 329  */
  370. 330staticvoid __exit ap3216c_exit(void)
  371. 331{
  372. 332     i2c_del_driver(&ap3216c_driver);
  373. 333}
  374. 334
  375. 335/* module_i2c_driver(ap3216c_driver) */
  376. 336
  377. 337 module_init(ap3216c_init);
  378. 338 module_exit(ap3216c_exit);
  379. 339 MODULE_LICENSE("GPL");
  380. 340 MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");</span></span>
复制代码

        第32~41行,ap3216c设备结构体,第39行的private_data成员变量用于存放ap3216c对应的i2c_client。第40行的ir、als和ps分别存储AP3216C的IR、ALS和PS数据。
        第43行,定义一个ap3216c_dev类型的设备结构体变量ap3216cdev。
        第53~79行,ap3216c_read_regs函数实现多字节读取,但是AP3216C好像不支持连续多字节读取,此函数在测试其他I2C设备的时候可以实现多给字节连续读取,但是在AP3216C上不能连续读取多个字节。不过读取一个字节没有问题的。
        第89~105行,ap3216c_write_regs函数实现连续多字节写操作。
        第113~124行,ap3216c_read_reg函数用于读取AP3216C的指定寄存器数据,用于一个寄存器的数据读取。
        第133~138行,ap3216c_write_reg函数用于向AP3216C的指定寄存器写入数据,用于一个寄存器的数据写操作。
        第148~170行,读取AP3216C的PS、ALS和IR等传感器原始数据值。
        第179~230行,标准的支付设备驱动框架。
        第239~269行,ap3216c_probe函数,当I2C设备和驱动匹配成功以后此函数就会执行,和platform驱动框架一样。此函数前面都是标准的字符设备注册代码,最后面会将此函数的第一个参数client传递给ap3216cdev的private_data成员变量。
        第289~292行,ap3216c_id匹配表,i2c_device_id类型。用于传统的设备和驱动匹配,也就是没有使用设备树的时候。
        第295~298行,ap3216c_of_match匹配表,of_device_id类型,用于设备树设备和驱动匹配。这里只写了一个compatible属性,值为“alientek,ap3216c”。
        第301~310行,ap3216c_driver结构体变量,i2c_driver类型。
        第317~323行,驱动入口函数ap3216c_init,此函数通过调用i2c_add_driver来向Linux内核注册i2c_driver,也就是ap3216c_driver。
        第330~333行,驱动出口函数ap3216c_exit,此函数通过调用i2c_del_driver来注销掉前面注册的ap3216c_driver。
61.5.3 编写测试APP
新建ap3216cApp.c文件,然后在里面输入如下所示内容:
示例代码61.5.3.1 ap3216cApp.c文件代码段
  1. 1  #include "stdio.h"
  2. 2  #include "unistd.h"
  3. 3  #include "sys/types.h"
  4. 4  #include "sys/stat.h"
  5. 5  #include "sys/ioctl.h"
  6. 6  #include "fcntl.h"
  7. 7  #include "stdlib.h"
  8. 8  #include "string.h"
  9. 9  #include <poll.h>
  10. 10 #include <sys/select.h>
  11. 11 #include <sys/time.h>
  12. 12 #include <signal.h>
  13. 13 #include <fcntl.h>
  14. 14/***************************************************************
  15. 15 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
  16. 16文件名        : ap3216cApp.c
  17. 17作者        : 左忠凯
  18. 18版本        : V1.0
  19. 19描述        : ap3216c设备测试APP。
  20. 20其他        : 无
  21. 21使用方法                :./ap3216cApp /dev/ap3216c
  22. 22论坛        : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
  23. 23日志        : 初版V1.0 2019/9/20 左忠凯创建
  24. 24 ***************************************************************/
  25. 25
  26. 26/*
  27. 27  * @description         : main主程序
  28. 28  * @param - argc          : argv数组元素个数
  29. 29  * @param - argv         : 具体参数
  30. 30  * @return                 : 0 成功;其他失败
  31. 31  */
  32. 32int main(int argc,char*argv[])
  33. 33{
  34. 34        int fd;
  35. 35        char*filename;
  36. 36        unsignedshort databuf[3];
  37. 37        unsignedshort ir, als, ps;
  38. 38        int ret =0;
  39. 39
  40. 40        if(argc !=2){
  41. 41        printf("Error Usage!\r\n");
  42. 42        return-1;
  43. 43        }
  44. 44
  45. 45        filename = argv[1];
  46. 46        fd = open(filename, O_RDWR);
  47. 47        if(fd <0){
  48. 48        printf("can't open file %s\r\n", filename);
  49. 49        return-1;
  50. 50        }
  51. 51
  52. 52        while(1){
  53. 53        ret = read(fd, databuf,sizeof(databuf));
  54. 54        if(ret ==0){        /* 数据读取成功                */
  55. 55                ir =  databuf[0];        /* ir传感器数据        */
  56. 56                als = databuf[1];        /* als传感器数据        */
  57. 57                ps =  databuf[2];        /* ps传感器数据        */
  58. 58                printf("ir = %d, als = %d, ps = %d\r\n", ir, als, ps);
  59. 59        }
  60. 60        usleep(200000);                        /*100ms                         */
  61. 61        }
  62. 62        close(fd);                                        /* 关闭文件                        */
  63. 63        return0;
  64. 64}
复制代码

        ap3216cApp.c文件内容很简单,就是在while循环中不断的读取AP3216C的设备文件,从而得到ir、als和ps这三个数据值,然后将其输出到终端上。
61.6 运行测试
61.6.1 编译驱动程序和测试APP
1、编译驱动程序
编写Makefile文件,本章实验的Makefile文件和第四十章实验基本一样,只是将obj-m变量的值改为“ap3216c.o”,Makefile内容如下所示:
示例代码61.6.1.1 Makefile文件
  1. 1  KERNELDIR:= /home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
  2. ......
  3. 4  obj-m := ap3216c.o
  4. ......
  5. 11 clean:

  6. 12$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean
复制代码

        第4行,设置obj-m变量的值为“ap3216c.o”。
        输入如下命令编译出驱动模块文件:
make-j32
        编译成功以后就会生成一个名为“ap3216c.ko”的驱动模块文件。
2、编译测试APP
        输入如下命令编译ap3216cApp.c这个测试程序:
  1. arm-linux-gnueabihf-gccap3216cApp.c -o ap3216cApp
复制代码

        编译成功以后就会生成ap3216cApp这个应用程序。
61.6.2 运行测试
        将上一小节编译出来ap3216c.ko和ap3216cApp这两个文件拷贝到rootfs/lib/modules/4.1.15目录中,重启开发板,进入到目录lib/modules/4.1.15中。输入如下命令加载ap3216c.ko这个驱动模块。
  1. depmod                                //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
  2. modprobe ap3216c.ko        //加载驱动模块
复制代码

        当驱动模块加载成功以后使用ap3216cApp来测试,输入如下命令:
  1. ./ap3216cApp /dev/ap3216c
复制代码

        测试APP会不断的从AP3216C中读取数据,然后输出到终端上,如图61.6.2.1所示:
image006.jpg

图61.6.2.1 获取到的AP3216C数据

        大家可以用手电筒照一下AP3216C,或者手指靠近AP3216C来观察传感器数据有没有变化。

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出16170入6148汤圆

发表于 2020-7-9 19:43:26 来自手机 | 显示全部楼层
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