Linux I2C架构解析：设备驱动与adapter注册

"Linux设备驱动之I2C架构分析" I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种由飞利浦公司（现NXP半导体）开发的简单、低功耗、双向二线制同步串行总线，广泛应用于微控制器与外部设备之间的通信。I2C总线仅需两条线：串行数据线(SDA)和时钟线(SCL)，这使得它在硬件设计中具有高度的灵活性。I2C总线还支持多主机模式，这意味着在一个总线上可以有多个主控器，与USB的主从架构不同。 在Linux系统中，I2C驱动架构包括以下几个关键组成部分： 1. **I2C Adapter**：每个I2C总线在内核中表示为一个adapter，它由`struct i2c_adapter`结构体描述，包含了adapter的属性和操作函数。Adapter提供了与硬件交互的底层功能，如发送和接收数据。 2. **i2c_core层**：这一层负责管理I2C设备与adapter的关联。它处理设备的注册、探测以及数据传输等逻辑，是内核与adapter之间的桥梁。 3. **Adapter注册**：Linux内核提供了`i2c_add_adapter()`和`i2c_add_numbered_adapter()`两个接口用于adapter的注册。前者分配动态总线号，后者允许指定总线号，但需确保总线号的唯一性。注册过程中涉及到ID资源的管理，以防止总线号冲突。 在代码分析部分，`i2c_add_adapter()`和`i2c_add_numbered_adapter()`的实现细节包括ID资源的获取、核心锁的锁定以及总线号的分配或检查。如果使用`i2c_add_numbered_adapter()`并指定了非法或已使用的总线号，注册会失败。 4. **设备模型**：在Linux设备模型中，I2C设备通常作为字符设备或块设备注册，并通过sysfs提供用户空间接口，以便于配置和交互。 5. **驱动程序**：每个I2C设备需要对应的驱动程序才能正常工作。驱动程序实现了与特定硬件设备交互的函数，如读写操作、中断处理等。这些驱动程序通常挂载在`drivers/i2c`目录下，针对不同的I2C设备类型进行编写。 6. **总线探测**：Linux内核能够自动探测连接在I2C总线上的设备，并根据设备的地址和类型加载相应的驱动程序。这一过程涉及`i2c_probe()`函数，它会尝试匹配设备的ID信息，并调用驱动程序的初始化函数。 7. **用户空间接口**：用户可以通过I2C工具如`i2c-tools`与I2C设备进行通信，这些工具使用`i2c-dev`提供的系统调用来操作I2C总线。此外，系统还提供了`/sys/class/i2c-dev`目录下的文件系统节点，让用户可以直接访问I2C设备。 Linux设备驱动中的I2C架构是一个复杂的层次化系统，它包含了从硬件抽象到用户空间接口的完整链路，允许系统高效地管理和通信I2C总线上的各种设备。通过对I2C架构的理解，开发者可以更好地设计和实现I2C驱动程序，以满足不同硬件设备的需求。