Linux设备驱动中的I2C设备驱动开发

# 1. I2C总线和设备驱动简介

## 1.1 I2C总线的基本原理和特点

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种串行通信总线，由Philips（现在的NXP）公司开发，用于连接集成电路（IC）之间。它具有以下特点：
- 仅需两根传输线（SDA和SCL），可连接多个设备，支持多主机和从设备的通信。
- 采用开漏（open-drain）设计，能实现多设备之间的电平逻辑兼容。
- 支持多种传输速率（Standard Mode、Fast Mode、Fast Mode Plus、High-Speed Mode等）。

## 1.2 Linux内核中的I2C设备模型

在Linux内核中，I2C设备驱动通过**struct i2c_driver**和**struct i2c_client**结构体来实现对I2C设备的控制和操作：
- **struct i2c_driver**：用于注册和管理I2C设备驱动，包括探测、识别、初始化等功能。
- **struct i2c_client**：代表一个具体的I2C设备，包含设备的地址、总线信息等。

## 1.3 设备驱动开发的基本概念

在Linux系统中，设备驱动是实现硬件设备与操作系统之间通信的关键。在I2C设备驱动开发中，需要掌握以下基本概念：
- 设备探测：识别总线上存在的设备，分配设备地址。
- 设备初始化：配置设备参数、初始化设备寄存器等。
- 数据传输：通过I2C总线进行数据交换与通信。
- 寄存器操作：对设备的寄存器进行读写操作，控制设备行为。

通过学习和掌握这些基本概念，可以更好地理解和实践I2C设备驱动的开发。

# 2. I2C设备驱动的框架和结构

I2C设备驱动是Linux内核中的一种重要设备驱动程序，它负责控制和管理连接到I2C总线上的各种外设设备。本章将介绍I2C设备驱动的框架和结构，包括其基本框架与组成、注册与注销以及数据传输与操作等内容。

#### 2.1 I2C设备驱动的基本框架与组成

I2C设备驱动的基本框架由以下几部分组成：

- I2C驱动的初始化：包括I2C总线的获取和初始化工作。
- 设备信息的注册：将I2C设备的信息注册到内核中，方便系统对设备的管理和操作。
- 文件操作接口：通过实现文件操作接口函数，为用户态程序提供与设备交互的接口。
- 数据传输与操作函数：实现I2C设备的数据传输和操作函数，完成对设备的读写和控制操作。

#### 2.2 I2C设备驱动的注册与注销

在Linux内核中，I2C设备驱动的注册与注销是通过`i2c_driver`结构体和相关函数来实现的。注册时，需要填充`i2c_driver`结构体中的相关字段，并调用`i2c_add_driver()`函数进行注册；注销时，则调用`i2c_del_driver()`函数进行注销操作。

static int my_i2c_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)
{
    // 设备探测与初始化操作
    // ...

    return 0;
}

static int my_i2c_remove(struct i2c_client *client)
{
    // 设备注销与资源释放操作
    // ...

    return 0;
}

static const struct i2c_device_id my_i2c_id[] = {
    { "my_i2c_device", 0 },
    { }
};

static struct i2c_driver my_i2c_driver = {
    .probe = my_i2c_probe,
    .remove = my_i2c_remove,
    .id_table = my_i2c_id,
    .driver = {
        .name = "my_i2c_device",
        .owner = THIS_MODULE,
    },
};

static int __init my_i2c_init(void)
{
    return i2c_add_driver(&my_i2c_driver);
}
module_init(my_i2c_init);

static void __exit my_i2c_exit(void)
{
    i2c_del_driver(&my_i2c_driver);
}
module_exit(my_i2c_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("I2C device driver for My I2C Device");

#### 2.3 I2C设备驱动的数据传输与操作
I2C设备驱动的数据传输与操作是通过I2C核心框架提供的函数进行的，常用的函数包括`i2c_master_send()`、`i2c_master_recv()`等。开发者可以在自己的设备驱动中调用这些函数来实现对设备的数据传输与操作。

// 发送数据示例
static int my_i2c_send_data(struct i2c_client *client, u8 reg, u8 *data, int len)
{
    int ret;
    struct i2c_msg msgs[1];

    msgs[0].addr = client->addr;
    msgs[0].flags = 0;
    msgs[0].len = len + 1;
    msgs[0].buf = kmalloc(len + 1, GFP_KERNEL);
    msgs[0].buf[0] = reg;
    memcpy(&msgs[0].buf[1], data, len);