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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
498 struct i2c_adapter {
499 struct module *owner;
500 unsigned int class; /* classes to allow probing for */
501 const struct i2c_algorithm *algo; /* 总线访问算法 */
502 void *algo_data;
503
504 /* data fields that are valid for all devices */
505 struct rt_mutex bus_lock;
506
507 int timeout; /* in jiffies */
508 int retries;
509 struct device dev; /* the adapter device */
510
511 int nr;
512 char name[48];
513 struct completion dev_released;
514
515 struct mutex userspace_clients_lock;
516 struct list_head userspace_clients;
517
518 struct i2c_bus_recovery_info *bus_recovery_info;
519 const struct i2c_adapter_quirks *quirks;
520 };
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
391 struct i2c_algorithm {
......
398 int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap,
struct i2c_msg *msgs,
399 int num);
400 int (*smbus_xfer) (struct i2c_adapter *adap, u16 addr,
401 unsigned short flags, char read_write,
402 u8 command, int size, union i2c_smbus_data *data);
403
404 /* To determine what the adapter supports */
405 u32 (*functionality) (struct i2c_adapter *);
......
411 };
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：
int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adapter) int i2c_add_numbered_adapter(struct i2c_adapter *adap) 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： void i2c_del_adapter(struct i2c_adapter * adap) 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总线驱动对我们这些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
217 struct i2c_client {
218 unsigned short flags; /* 标志 */
219 unsigned short addr; /* 芯片地址，7位，存在低7位 */
......
222 char name[I2C_NAME_SIZE]; /* 名字 */
223 struct i2c_adapter *adapter; /* 对应的I2C适配器 */
224 struct device dev; /* 设备结构体 */
225 int irq; /* 中断 */
226 struct list_head detected;
......
230 };
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：
```c
示例代码61.1.2.2 i2c_driver结构体
161 struct i2c_driver {
162 unsigned int class;
163
164 /* Notifies the driver that a new bus has appeared. You should
165 * avoid using this, it will be removed in a near future.
166 */
167 int (*attach_adapter)(struct i2c_adapter *) __deprecated;
168
169 /* Standard driver model interfaces */
170 int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *);
171 int (*remove)(struct i2c_client *);
172
173 /* driver model interfaces that don't relate to enumeration */
174 void (*shutdown)(struct i2c_client *);
175
176 /* Alert callback, for example for the SMBus alert protocol.
177 * The format and meaning of the data value depends on the
178 * protocol.For the SMBus alert protocol, there is a single bit
179 * of data passed as the alert response's low bit ("event
180 flag"). */
181 void (*alert)(struct i2c_client *, unsigned int data);
182
183 /* a ioctl like command that can be used to perform specific
184 * functions with the device.
185 */
186 int (*command)(struct i2c_client *client, unsigned int cmd,
void *arg);
187
188 struct device_driver driver;
189 const struct i2c_device_id *id_table;
190
191 /* Device detection callback for automatic device creation */
192 int (*detect)(struct i2c_client *, struct i2c_board_info *);
193 const unsigned short *address_list;
194 struct list_head clients;
195 };
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：
int i2c_register_driver(struct module *owner,
struct i2c_driver *driver)
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：
```c
示例代码61.1.2.3 i2c_add_driver宏
587 #define i2c_add_driver(driver) \
588 i2c_register_driver(THIS_MODULE, driver)
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 /* i2c驱动的probe函数 */
2 static int xxx_probe(struct i2c_client *client,
const struct i2c_device_id *id)
3 {
4 /* 函数具体程序 */
5 return 0;
6 }
7
8 /* i2c驱动的remove函数 */
9 static int xxx_remove(struct i2c_client *client)
10 {
11 /* 函数具体程序 */
12 return 0;
13 }
14
15 /* 传统匹配方式ID列表 */
16 static const struct i2c_device_id xxx_id[] = {
17 {"xxx", 0},
18 {}
19 };
20
21 /* 设备树匹配列表 */
22 static const struct of_device_id xxx_of_match[] = {
23 { .compatible = "xxx" },
24 { /* Sentinel */ }
25 };
26
27 /* i2c驱动结构体 */
28 static struct i2c_driver xxx_driver = {
29 .probe = xxx_probe,
30 .remove = xxx_remove,
31 .driver = {
32 .owner = THIS_MODULE,
33 .name = "xxx",
34 .of_match_table = xxx_of_match,
35 },
36 .id_table = xxx_id,
37 };
38
39 /* 驱动入口函数 */
40 static int __init xxx_init(void)
41 {
42 int ret = 0;
43
44 ret = i2c_add_driver(&xxx_driver);
45 return ret;
46 }
47
48 /* 驱动出口函数 */
49 static void __exit xxx_exit(void)
50 {
51 i2c_del_driver(&xxx_driver);
52 }
53
54 module_init(xxx_init);
55 module_exit(xxx_exit);
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 int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adapter) int i2c_add_numbered_adapter(struct i2c_adapter *adap) void i2c_del_adapter(struct i2c_adapter * adap) 2、i2c_driver注册/注销函数 int i2c_register_driver(struct module *owner, struct i2c_driver *driver) int i2c_add_driver (struct i2c_driver *driver) void i2c_del_driver(struct i2c_driver *driver) 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
736 struct bus_type i2c_bus_type = {
737 .name = "i2c",
738 .match = i2c_device_match,
739 .probe = i2c_device_probe,
740 .remove = i2c_device_remove,
741 .shutdown = i2c_device_shutdown,
742 };
.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
457 static int i2c_device_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
458 {
459 struct i2c_client *client = i2c_verify_client(dev);
460 struct i2c_driver *driver;
461
462 if (!client)
463 return 0;
464
465 /* Attempt an OF style match */
466 if (of_driver_match_device(dev, drv))
467 return 1;
468
469 /* Then ACPI style match */
470 if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
471 return 1;
472
473 driver = to_i2c_driver(drv);
474 /* match on an id table if there is one */
475 if (driver->id_table)
476 return i2c_match_id(driver->id_table, client) != NULL;
477
478 return 0;
479 }
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 i2c1: i2c@021a0000 {
2 #address-cells = ;
3 #size-cells = ;
4 compatible = "fsl,imx6ul-i2c", "fsl,imx21-i2c";
5 reg = ;
6 interrupts = ;
7 clocks = ;
8 status = "disabled";
9 };
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
244 static struct platform_device_id imx_i2c_devtype[] = {
245 {
246 .name = "imx1-i2c",
247 .driver_data = (kernel_ulong_t)&imx1_i2c_hwdata,
248 }, {
249 .name = "imx21-i2c",
250 .driver_data = (kernel_ulong_t)&imx21_i2c_hwdata,
251 }, {
252 /* sentinel */
253 }
254 };
255 MODULE_DEVICE_TABLE(platform, imx_i2c_devtype);
256
257 static const struct of_device_id i2c_imx_dt_ids[] = {
258 { .compatible = "fsl,imx1-i2c", .data = &imx1_i2c_hwdata, },
259 { .compatible = "fsl,imx21-i2c", .data = &imx21_i2c_hwdata, },
260 { .compatible = "fsl,vf610-i2c", .data = &vf610_i2c_hwdata, },
261 { /* sentinel */ }
262 };
263 MODULE_DEVICE_TABLE(of, i2c_imx_dt_ids);
......
1119 static struct platform_driver i2c_imx_driver = {
1120 .probe = i2c_imx_probe,
1121 .remove = i2c_imx_remove,
1122 .driver = {
1123 .name = DRIVER_NAME,
1124 .owner = THIS_MODULE,
1125 .of_match_table = i2c_imx_dt_ids,
1126 .pm = IMX_I2C_PM,
1127 },
1128 .id_table = imx_i2c_devtype,
1129 };
1130
1131 static int __init i2c_adap_imx_init(void)
1132 {
1133 return platform_driver_register(&i2c_imx_driver);
1134 }
1135 subsys_initcall(i2c_adap_imx_init);
1136
1137 static void __exit i2c_adap_imx_exit(void)
1138 {
1139 platform_driver_unregister(&i2c_imx_driver);
1140 }
1141 module_exit(i2c_adap_imx_exit);
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
971 static int i2c_imx_probe(struct platform_device *pdev)
972 {
973 const struct of_device_id *of_id =
974 of_match_device(i2c_imx_dt_ids, &pdev->dev);
975 struct imx_i2c_struct *i2c_imx;
976 struct resource *res;
977 struct imxi2c_platform_data *pdata =
dev_get_platdata(&pdev->dev);
978 void __iomem *base;
979 int irq, ret;
980 dma_addr_t phy_addr;
981
982 dev_dbg(&pdev->dev, "\n", __func__);
983
984 irq = platform_get_irq(pdev, 0);
......
990 res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
991 base = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res);
992 if (IS_ERR(base))
993 return PTR_ERR(base);
994
995 phy_addr = (dma_addr_t)res->start;
996 i2c_imx = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*i2c_imx),
GFP_KERNEL);
997 if (!i2c_imx)
998 return -ENOMEM;
999
1000 if (of_id)
1001 i2c_imx->hwdata = of_id->data;
1002 else
1003 i2c_imx->hwdata = (struct imx_i2c_hwdata *)
1004 platform_get_device_id(pdev)->driver_data;
1005
1006 /* Setup i2c_imx driver structure */
1007 strlcpy(i2c_imx->adapter.name, pdev->name,
sizeof(i2c_imx->adapter.name));
1008 i2c_imx->adapter.owner = THIS_MODULE;
1009 i2c_imx->adapter.algo = &i2c_imx_algo;
1010 i2c_imx->adapter.dev.parent = &pdev->dev;
1011 i2c_imx->adapter.nr = pdev->id;
1012 i2c_imx->adapter.dev.of_node = pdev->dev.of_node;
1013 i2c_imx->base = base;
1014
1015 /* Get I2C clock */
1016 i2c_imx->clk = devm_clk_get(&pdev->dev, NULL);
......
1022 ret = clk_prepare_enable(i2c_imx->clk);
......
1027 /* Request IRQ */
1028 ret = devm_request_irq(&pdev->dev, irq, i2c_imx_isr,
1029 IRQF_NO_SUSPEND, pdev->name, i2c_imx);
......
1035 /* Init queue */
1036 init_waitqueue_head(&i2c_imx->queue);
1037
1038 /* Set up adapter data */
1039 i2c_set_adapdata(&i2c_imx->adapter, i2c_imx);
1040
1041 /* Set up clock divider */
1042 i2c_imx->bitrate = IMX_I2C_BIT_RATE;
1043 ret = of_property_read_u32(pdev->dev.of_node,
1044 "clock-frequency", &i2c_imx->bitrate);
1045 if (ret bitrate)
1046 i2c_imx->bitrate = pdata->bitrate;
1047
1048 /* Set up chip registers to defaults */
1049 imx_i2c_write_reg(i2c_imx->hwdata->i2cr_ien_opcode ^ I2CR_IEN,
1050 i2c_imx, IMX_I2C_I2CR);
1051 imx_i2c_write_reg(i2c_imx->hwdata->i2sr_clr_opcode, i2c_imx,
IMX_I2C_I2SR);
1052
1053 /* Add I2C adapter */
1054 ret = i2c_add_numbered_adapter(&i2c_imx->adapter);
1055 if (ret dev, "registration failed\n");
1057 goto clk_disable;
1058 }
1059
1060 /* Set up platform driver data */
1061 platform_set_drvdata(pdev, i2c_imx);
1062 clk_disable_unprepare(i2c_imx->clk);
......
1070 /* Init DMA config if supported */
1071 i2c_imx_dma_request(i2c_imx, phy_addr);
1072
1073 return 0; /* Return OK */
1074
1075 clk_disable:
1076 clk_disable_unprepare(i2c_imx->clk);
1077 return ret;
1078 }
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
966 static struct i2c_algorithm i2c_imx_algo = {
967 .master_xfer = i2c_imx_xfer,
968 .functionality = i2c_imx_func,
969 };
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
static u32 i2c_imx_func(struct i2c_adapter *adapter)
{
return I2C_FUNC_I2C | I2C_FUNC_SMBUS_EMUL
| I2C_FUNC_SMBUS_READ_BLOCK_DATA;
}
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
888 static int i2c_imx_xfer(struct i2c_adapter *adapter,
889 struct i2c_msg *msgs, int num)
890 {
891 unsigned int i, temp;
892 int result;
893 bool is_lastmsg = false;
894 struct imx_i2c_struct *i2c_imx = i2c_get_adapdata(adapter);
895
896 dev_dbg(&i2c_imx->adapter.dev, "\n", __func__);
897
898 /* Start I2C transfer */
899 result = i2c_imx_start(i2c_imx);
900 if (result)
901 goto fail0;
902
903 /* read/write data */
904 for (i = 0; i adapter.dev,
910 " repeated start\n", __func__);
911 temp = imx_i2c_read_reg(i2c_imx, IMX_I2C_I2CR);
912 temp |= I2CR_RSTA;
913 imx_i2c_write_reg(temp, i2c_imx, IMX_I2C_I2CR);
914 result = i2c_imx_bus_busy(i2c_imx, 1);
915 if (result)
916 goto fail0;
917 }
918 dev_dbg(&i2c_imx->adapter.dev,
919 " transfer message: %d\n", __func__, i);
920 /* write/read data */
......
938 if (msgs[i].flags & I2C_M_RD)
939 result = i2c_imx_read(i2c_imx, &msgs[i], is_lastmsg);
940 else {
941 if (i2c_imx->dma && msgs[i].len >= DMA_THRESHOLD)
942 result = i2c_imx_dma_write(i2c_imx, &msgs[i]);
943 else
944 result = i2c_imx_write(i2c_imx, &msgs[i]);
945 }
946 if (result)
947 goto fail0;
948 }
949
950 fail0:
951 /* Stop I2C transfer */
952 i2c_imx_stop(i2c_imx);
953
954 dev_dbg(&i2c_imx->adapter.dev, " exit with: %s: %d\n", __func__,
955 (result addr; /* I2C器件地址 */
29 msg[1].flags = I2C_M_RD; /* 标记为读取数据 */
30 msg[1].buf = val; /* 读取数据缓冲区 */
31 msg[1].len = len; /* 要读取的数据长度 */
32
33 ret = i2c_transfer(client->adapter, msg, 2);
34 if(ret == 2) {
35 ret = 0;
36 } else {
37 ret = -EREMOTEIO;
38 }
39 return ret;
40 }
41
42 /*
43 * @description : 向I2C设备多个寄存器写入数据
44 * @param – dev : 要写入的设备结构体
45 * @param – reg : 要写入的寄存器首地址
46 * @param – buf : 要写入的数据缓冲区
47 * @param – len : 要写入的数据长度
48 * @return : 操作结果
49 */
50 static s32 xxx_write_regs(struct xxx_dev *dev, u8 reg, u8 *buf,
u8 len)
51 {
52 u8 b[256];
53 struct i2c_msg msg;
54 struct i2c_client *client = (struct i2c_client *)
dev->private_data;
55
56 b[0] = reg; /* 寄存器首地址 */
57 memcpy(&b[1],buf,len); /* 将要发送的数据拷贝到数组b里面 */
58
59 msg.addr = client->addr; /* I2C器件地址 */
60 msg.flags = 0; /* 标记为写数据 */
61
62 msg.buf = b; /* 要发送的数据缓冲区 */
63 msg.len = len + 1; /* 要发送的数据长度 */
64
65 return i2c_transfer(client->adapter, &msg, 1);
66 }
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：
int i2c_master_send(const struct i2c_client *client, const char *buf, int count) 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： int i2c_master_recv(const struct i2c_client *client, char *buf, int count) 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 pinctrl_i2c1: i2c1grp {
2 fsl,pins = ;
6 };
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 &i2c1 {
2 clock-frequency = ;
3 pinctrl-names = "default";
4 pinctrl-0 = ;
5 status = "okay";
6
7 mag3110@0e {
8 compatible = "fsl,mag3110";
9 reg = ;
10 position = ;
11 };
12
13 fxls8471@1e {
14 compatible = "fsl,fxls8471";
15 reg = ;
16 position = ;
17 interrupt-parent = ;
18 interrupts = ;
19 };
20 };
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 &i2c1 {
2 clock-frequency = ;
3 pinctrl-names = "default";
4 pinctrl-0 = ;
5 status = "okay";
6
7 ap3216c@1e {
8 compatible = "alientek,ap3216c";
9 reg = ;
10 };
11 };
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“make dtbs”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：
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： 
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 #ifndef AP3216C_H
2 #define AP3216C_H
3 /***************************************************************
4 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
5 文件名 : ap3216creg.h
6 作者 : 左忠凯
7 版本 : V1.0
8 描述 : AP3216C寄存器地址描述头文件
9 其他 : 无
10 论坛 : www.openedv.com
11 日志 : 初版V1.0 2019/9/2 左忠凯创建
12 ***************************************************************/
13 /* AP3316C寄存器 */
14 #define AP3216C_SYSTEMCONG 0x00 /* 配置寄存器 */
15 #define AP3216C_INTSTATUS 0X01 /* 中断状态寄存器 */
16 #define AP3216C_INTCLEAR 0X02 /* 中断清除寄存器 */
17 #define AP3216C_IRDATALOW 0x0A /* IR数据低字节 */
18 #define AP3216C_IRDATAHIGH 0x0B /* IR数据高字节 */
19 #define AP3216C_ALSDATALOW 0x0C /* ALS数据低字节 */
20 #define AP3216C_ALSDATAHIGH 0X0D /* ALS数据高字节 */
21 #define AP3216C_PSDATALOW 0X0E /* PS数据低字节 */
22 #define AP3216C_PSDATAHIGH 0X0F /* PS数据高字节 */
23
24 #endif
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：
示例代码61.5.2.2 ap3216c.c文件代码段
1 #include
2 #include
3 #include
4 #include
5 #include
6 #include
7 #include
8 #include
9 #include
10 #include
11 #include
12 #include
13 #include
14 #include
15 #include
16 #include
17 #include
18 #include "ap3216creg.h"
19 /***************************************************************
20 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
21 文件名 : ap3216c.c
22 作者 : 左忠凯
23 版本 : V1.0
24 描述 : AP3216C驱动程序
25 其他 : 无
26 论坛 : www.openedv.com
27 日志 : 初版V1.0 2019/9/2 左忠凯创建
28 ***************************************************************/
29 #define AP3216C_CNT 1
30 #define AP3216C_NAME "ap3216c"
31
32 struct ap3216c_dev {
33 dev_t devid; /* 设备号 */
34 struct cdev cdev; /* cdev */
35 struct class *class; /* 类 */
36 struct device *device; /* 设备 */
37 struct device_node *nd; /* 设备节点 */
38 int major; /* 主设备号 */
39 void *private_data; /* 私有数据 */
40 unsigned short ir, als, ps; /* 三个光传感器数据 */
41 };
42
43 static struct ap3216c_dev ap3216cdev;
44
45 /*
46 * @description : 从ap3216c读取多个寄存器数据
47 * @param – dev : ap3216c设备
48 * @param – reg : 要读取的寄存器首地址
49 * @param – val : 读取到的数据
50 * @param – len : 要读取的数据长度
51 * @return : 操作结果
52 */
53 static int ap3216c_read_regs(struct ap3216c_dev *dev, u8 reg,
void *val, int len)
54 {
55 int ret;
56 struct i2c_msg msg[2];
57 struct i2c_client *client = (struct i2c_client *)
dev->private_data;
58
59 /* msg[0]为发送要读取的首地址 */
60 msg[0].addr = client->addr; /* ap3216c地址 */
61 msg[0].flags = 0; /* 标记为发送数据 */
62 msg[0].buf = ® /* 读取的首地址 */
63 msg[0].len = 1; /* reg长度 */
64
65 /* msg[1]读取数据 */
66 msg[1].addr = client->addr; /* ap3216c地址 */
67 msg[1].flags = I2C_M_RD; /* 标记为读取数据 */
68 msg[1].buf = val; /* 读取数据缓冲区 */
69 msg[1].len = len; /* 要读取的数据长度 */
70
71 ret = i2c_transfer(client->adapter, msg, 2);
72 if(ret == 2) {
73 ret = 0;
74 } else {
75 printk("i2c rd failed=%d reg=%06x len=%d\n",ret, reg, len);
76 ret = -EREMOTEIO;
77 }
78 return ret;
79 }
80
81 /*
82 * @description : 向ap3216c多个寄存器写入数据
83 * @param – dev : ap3216c设备
84 * @param – reg : 要写入的寄存器首地址
85 * @param – val : 要写入的数据缓冲区
86 * @param – len : 要写入的数据长度
87 * @return : 操作结果
88 */
89 static s32 ap3216c_write_regs(struct ap3216c_dev *dev, u8 reg,
u8 *buf, u8 len)
90 {
91 u8 b[256];
92 struct i2c_msg msg;
93 struct i2c_client *client = (struct i2c_client *)
dev->private_data;
94
95 b[0] = reg; /* 寄存器首地址 */
96 memcpy(&b[1],buf,len); /* 将要写入的数据拷贝到数组b里面 */
97
98 msg.addr = client->addr; /* ap3216c地址 */
99 msg.flags = 0; /* 标记为写数据 */
100
101 msg.buf = b; /* 要写入的数据缓冲区 */
102 msg.len = len + 1; /* 要写入的数据长度 */
103
104 return i2c_transfer(client->adapter, &msg, 1);
105 }
106
107 /*
108 * @description : 读取ap3216c指定寄存器值，读取一个寄存器
109 * @param – dev : ap3216c设备
110 * @param – reg : 要读取的寄存器
111 * @return : 读取到的寄存器值
112 */
113 static unsigned char ap3216c_read_reg(struct ap3216c_dev *dev,
u8 reg)
114 {
115 u8 data = 0;
116
117 ap3216c_read_regs(dev, reg, &data, 1);
118 return data;
119
120 #if 0
121 struct i2c_client *client = (struct i2c_client *)
dev->private_data;
122 return i2c_smbus_read_byte_data(client, reg);
123 #endif
124 }
125
126 /*
127 * @description : 向ap3216c指定寄存器写入指定的值，写一个寄存器
128 * @param – dev : ap3216c设备
129 * @param – reg : 要写的寄存器
130 * @param – data : 要写入的值
131 * @return : 无
132 */
133 static void ap3216c_write_reg(struct ap3216c_dev *dev, u8 reg,
u8 data)
134 {
135 u8 buf = 0;
136 buf = data;
137 ap3216c_write_regs(dev, reg, &buf, 1);
138 }
139
140 /*
141 * @description : 读取AP3216C的数据，读取原始数据，包括ALS,PS和IR,
142 * :同时打开ALS,IR+PS的话两次数据读取的间隔要大于112.5ms
143 * @param - ir : ir数据
144 * @param - ps : ps数据
145 * @param - ps : als数据
146 * @return : 无。
147 */
148 void ap3216c_readdata(struct ap3216c_dev *dev)
149 {
150 unsigned char i =0;
151 unsigned char buf[6];
152
153 /* 循环读取所有传感器数据 */
154 for(i = 0; i ir = 0;
161 else /* 读取IR传感器的数据 */
162 dev->ir = ((unsigned short)buf[1] ir;
208 data[1] = dev->als;
209 data[2] = dev->ps;
210 err = copy_to_user(buf, data, sizeof(data));
211 return 0;
212 }
213
214 /*
215 * @description : 关闭/释放设备
216 * @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
217 * @return : 0 成功;其他 失败
218 */
219 static int ap3216c_release(struct inode *inode, struct file *filp)
220 {
221 return 0;
222 }
223
224 /* AP3216C操作函数 */
225 static const struct file_operations ap3216c_ops = {
226 .owner = THIS_MODULE,
227 .open = ap3216c_open,
228 .read = ap3216c_read,
229 .release = ap3216c_release,
230 };
231
232 /*
233 * @description : i2c驱动的probe函数，当驱动与
234 * 设备匹配以后此函数就会执行
235 * @param - client : i2c设备
236 * @param - id : i2c设备ID
237 * @return : 0，成功;其他负值,失败
238 */
239 static int ap3216c_probe(struct i2c_client *client,
const struct i2c_device_id *id)
240 {
241 /* 1、构建设备号 */
242 if (ap3216cdev.major) {
243 ap3216cdev.devid = MKDEV(ap3216cdev.major, 0);
244 register_chrdev_region(ap3216cdev.devid, AP3216C_CNT,
AP3216C_NAME);
245 } else {
246 alloc_chrdev_region(&ap3216cdev.devid, 0, AP3216C_CNT,
AP3216C_NAME);
247 ap3216cdev.major = MAJOR(ap3216cdev.devid);
248 }
249
250 /* 2、注册设备 */
251 cdev_init(&ap3216cdev.cdev, &ap3216c_ops);
252 cdev_add(&ap3216cdev.cdev, ap3216cdev.devid, AP3216C_CNT);
253
254 /* 3、创建类 */
255 ap3216cdev.class = class_create(THIS_MODULE, AP3216C_NAME);
256 if (IS_ERR(ap3216cdev.class)) {
257 return PTR_ERR(ap3216cdev.class);
258 }
259
260 /* 4、创建设备 */
261 ap3216cdev.device = device_create(ap3216cdev.class, NULL,
ap3216cdev.devid, NULL, AP3216C_NAME);
262 if (IS_ERR(ap3216cdev.device)) {
263 return PTR_ERR(ap3216cdev.device);
264 }
265
266 ap3216cdev.private_data = client;
267
268 return 0;
269 }
270
271 /*
272 * @description : i2c驱动的remove函数，移除i2c驱动此函数会执行
273 * @param – client : i2c设备
274 * @return : 0，成功;其他负值,失败
275 */
276 static int ap3216c_remove(struct i2c_client *client)
277 {
278 /* 删除设备 */
279 cdev_del(&ap3216cdev.cdev);
280 unregister_chrdev_region(ap3216cdev.devid, AP3216C_CNT);
281
282 /* 注销掉类和设备 */
283 device_destroy(ap3216cdev.class, ap3216cdev.devid);
284 class_destroy(ap3216cdev.class);
285 return 0;
286 }
287
288 /* 传统匹配方式ID列表 */
289 static const struct i2c_device_id ap3216c_id[] = {
290 {"alientek,ap3216c", 0},
291 {}
292 };
293
294 /* 设备树匹配列表 */
295 static const struct of_device_id ap3216c_of_match[] = {
296 { .compatible = "alientek,ap3216c" },
297 { /* Sentinel */ }
298 };
299
300 /* i2c驱动结构体 */
301 static struct i2c_driver ap3216c_driver = {
302 .probe = ap3216c_probe,
303 .remove = ap3216c_remove,
304 .driver = {
305 .owner = THIS_MODULE,
306 .name = "ap3216c",
307 .of_match_table = ap3216c_of_match,
308 },
309 .id_table = ap3216c_id,
310 };
311
312 /*
313 * @description : 驱动入口函数
314 * @param : 无
315 * @return : 无
316 */
317 static int __init ap3216c_init(void)
318 {
319 int ret = 0;
320
321 ret = i2c_add_driver(&ap3216c_driver);
322 return ret;
323 }
324
325 /*
326 * @description : 驱动出口函数
327 * @param : 无
328 * @return : 无
329 */
330 static void __exit ap3216c_exit(void)
331 {
332 i2c_del_driver(&ap3216c_driver);
333 }
334
335 /* module_i2c_driver(ap3216c_driver) */
336
337 module_init(ap3216c_init);
338 module_exit(ap3216c_exit);
339 MODULE_LICENSE("GPL");
340 MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");
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，标准的字符设备驱动框架。
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 #include "stdio.h"
2 #include "unistd.h"
3 #include "sys/types.h"
4 #include "sys/stat.h"
5 #include "sys/ioctl.h"
6 #include "fcntl.h"
7 #include "stdlib.h"
8 #include "string.h"
9 #include
10 #include
11 #include
12 #include
13 #include
14 /***************************************************************
15 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
16 文件名 : ap3216cApp.c
17 作者 : 左忠凯
18 版本 : V1.0
19 描述 : ap3216c设备测试APP。
20 其他 : 无
21 使用方法 ：./ap3216cApp /dev/ap3216c
22 论坛 : www.openedv.com
23 日志 : 初版V1.0 2019/9/20 左忠凯创建
24 ***************************************************************/
25
26 /*
27 * @description : main主程序
28 * @param - argc : argv数组元素个数
29 * @param - argv : 具体参数
30 * @return : 0 成功;其他 失败
31 */
32 int main(int argc, char *argv[])
33 {
34 int fd;
35 char *filename;
36 unsigned short databuf[3];
37 unsigned short ir, als, ps;
38 int ret = 0;
39
40 if (argc != 2) {
41 printf("Error Usage!\r\n");
42 return -1;
43 }
44
45 filename = argv[1];
46 fd = open(filename, O_RDWR);
47 if(fd
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