imx6ull-驱动开发篇43——I.MX6U 的 I2C 驱动分析
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在上一讲内容里，imx6ull-驱动开发篇42——Linux I2C 驱动框架简介，我们了解了 Linux 下的 I2C 驱动框架，重点分为 I2C 适配器驱动和 I2C 设备驱动。
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。
I2C 控制器驱动
IIC设备树节点
打开我们自己移植的linux源码路径下的 /arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi，找到 I.MX6U 的 I2C1 控制器节点，节点内容如下所示：
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 适配器驱动文件为 drivers/i2c/busses/i2c-imx.c，在此文件中有如下内容：
static struct platform_device_id imx_i2c_devtype[] = {
{
.name = "imx1-i2c",
.driver_data = (kernel_ulong_t)&imx1_i2c_hwdata,
}, {
.name = "imx21-i2c",
.driver_data = (kernel_ulong_t)&imx21_i2c_hwdata,
}, {
/* sentinel */
}
};
MODULE_DEVICE_TABLE(platform, imx_i2c_devtype);
static const struct of_device_id i2c_imx_dt_ids[] = {
{ .compatible = "fsl,imx1-i2c", .data = &imx1_i2c_hwdata, },
{ .compatible = "fsl,imx21-i2c", .data = &imx21_i2c_hwdata, },
{ .compatible = "fsl,vf610-i2c", .data = &vf610_i2c_hwdata, },
{ /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, i2c_imx_dt_ids);
static struct platform_driver i2c_imx_driver = {
.probe = i2c_imx_probe,
.remove = i2c_imx_remove,
.driver = {
.name = DRIVER_NAME,
.owner = THIS_MODULE,
.of_match_table = i2c_imx_dt_ids,
.pm = IMX_I2C_PM,
},
.id_table = imx_i2c_devtype,
};
static int __init i2c_adap_imx_init(void)
{
return platform_driver_register(&i2c_imx_driver);
}
subsys_initcall(i2c_adap_imx_init);
static void __exit i2c_adap_imx_exit(void)
{
platform_driver_unregister(&i2c_imx_driver);
}
module_exit(i2c_adap_imx_exit);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
i2c_imx_probe 函数内容如下所示(有省略)：
static int i2c_imx_probe(struct platform_device *pdev)
{
// 1. 获取设备树匹配数据（如果存在）
const struct of_device_id *of_id = of_match_device(i2c_imx_dt_ids, &pdev->dev);
struct imx_i2c_struct *i2c_imx;
struct resource *res;
struct imxi2c_platform_data *pdata = dev_get_platdata(&pdev->dev);
void __iomem *base;
int irq, ret;
dma_addr_t phy_addr;
dev_dbg(&pdev->dev, "<%s>\n", __func__); // 调试日志
// 2. 获取硬件资源
irq = platform_get_irq(pdev, 0); // 获取中断号
......
// 获取 I2C1 控制器寄存器物理基地址，也就是 0X021A0000
res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
base = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res); // 内存映射
if (IS_ERR(base))
return PTR_ERR(base);
phy_addr = (dma_addr_t)res->start; // 物理地址（用于DMA）
// 3. 分配驱动数据结构
i2c_imx = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*i2c_imx), GFP_KERNEL);
if (!i2c_imx)
return -ENOMEM;
// 4. 初始化硬件数据（优先设备树，其次平台ID）
if (of_id)
i2c_imx->hwdata = of_id->data; // 从设备树获取硬件配置
else
i2c_imx->hwdata = (struct imx_i2c_hwdata *)
platform_get_device_id(pdev)->driver_data; // 传统平台ID方式
// 5. 设置I2C适配器基础信息
strlcpy(i2c_imx->adapter.name, pdev->name, sizeof(i2c_imx->adapter.name));
i2c_imx->adapter.owner = THIS_MODULE;
i2c_imx->adapter.algo = &i2c_imx_algo; // 绑定算法（i2c_imx_algo实现master_xfer等）
i2c_imx->adapter.dev.parent = &pdev->dev;
i2c_imx->adapter.nr = pdev->id; // 适配器编号
i2c_imx->adapter.dev.of_node = pdev->dev.of_node;
i2c_imx->base = base; // 寄存器基地址
// 6. 时钟管理
i2c_imx->clk = devm_clk_get(&pdev->dev, NULL); // 获取时钟
......
ret = clk_prepare_enable(i2c_imx->clk); // 启用时钟
.......
// 7. 中断设置
ret = devm_request_irq(&pdev->dev, irq, i2c_imx_isr,
IRQF_NO_SUSPEND, pdev->name, i2c_imx);
......
// 8. 初始化等待队列（用于中断处理）
init_waitqueue_head(&i2c_imx->queue);
// 9. 设置适配器私有数据
i2c_set_adapdata(&i2c_imx->adapter, i2c_imx);
// 10. 配置时钟频率（优先设备树，其次平台数据）
i2c_imx->bitrate = IMX_I2C_BIT_RATE; // 默认速率 = 100K
ret = of_property_read_u32(pdev->dev.of_node,
"clock-frequency", &i2c_imx->bitrate);
if (ret < 0 && pdata && pdata->bitrate)
i2c_imx->bitrate = pdata->bitrate; // 使用平台数据覆盖
// 11. 初始化硬件寄存器
imx_i2c_write_reg(i2c_imx->hwdata->i2cr_ien_opcode ^ I2CR_IEN,
i2c_imx, IMX_I2C_I2CR); // 禁用中断
imx_i2c_write_reg(i2c_imx->hwdata->i2sr_clr_opcode,
i2c_imx, IMX_I2C_I2SR); // 清除状态寄存器
// 12. 注册I2C适配器
ret = i2c_add_numbered_adapter(&i2c_imx->adapter);
if (ret < 0) {
dev_err(&pdev->dev, "adapter registration failed\n");
goto clk_disable;
}
// 13. 设置驱动私有数据
platform_set_drvdata(pdev, i2c_imx);
clk_disable_unprepare(i2c_imx->clk); // 临时关闭时钟（后续使用时再开启）
......
// 14. 可选DMA初始化
i2c_imx_dma_request(i2c_imx, phy_addr); // 如果支持DMA则配置
return 0; // 成功返回
clk_disable:
clk_disable_unprepare(i2c_imx->clk); // 错误处理：关闭时钟
return ret;
}i2c_imx_probe 函数主要的工作就是两点：
- 初始化 i2c_adapter，设置 i2c_algorithm 为 i2c_imx_algo，最后向 Linux 内核注册i2c_adapter。
- 初始化 I2C1 控制器的相关寄存器。
i2c_imx_algo 结构体
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：
static struct i2c_algorithm i2c_imx_algo = {
.master_xfer = i2c_imx_xfer, // 标准I2C消息传输函数
.functionality = i2c_imx_func, // 查询适配器支持的功能
};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：
/**
* i2c_imx_func - 声明I2C适配器支持的功能
* @adapter: 关联的I2C适配器
*
* 返回值：I2C_FUNC_*标志的组合，指示硬件支持的功能
*/
static u32 i2c_imx_func(struct i2c_adapter *adapter)
{
return I2C_FUNC_I2C | // 支持标准I2C协议
I2C_FUNC_SMBUS_EMUL | // 支持SMBus基本命令模拟
I2C_FUNC_SMBUS_READ_BLOCK_DATA; // 支持SMBus块读取（I2C_SMBUS_BLOCK_DATA）
}i2c_imx_xfer 函数
i2c_imx_algo结构体里还注册了i2c_imx_xfer 函数，最终就是通过此函数来完成与 I2C 设备通信的。
i2c_imx_xfer 函数内容如下(有省略)：
/**
* i2c_imx_xfer - I2C 总线消息传输主函数
* @adapter: I2C 适配器指针
* @msgs: I2C 消息数组指针
* @num: 消息数量
*
* 返回值: 成功传输的消息数，错误时返回负的错误码
*/
static int i2c_imx_xfer(struct i2c_adapter *adapter,
struct i2c_msg *msgs, int num)
{
unsigned int i, temp;
int result;
bool is_lastmsg = false; // 标记是否为最后一条消息
struct imx_i2c_struct *i2c_imx = i2c_get_adapdata(adapter); // 获取适配器私有数据
dev_dbg(&i2c_imx->adapter.dev, "<%s>\n", __func__); // 调试信息
/* 1. 启动 I2C 传输 */
result = i2c_imx_start(i2c_imx); // 发送起始条件
if (result)
goto fail0; // 启动失败跳转到错误处理
/* 2. 处理所有消息 */
for (i = 0; i < num; i++) {
/* 标记最后一条消息 */
if (i == num - 1)
is_lastmsg = true;
/* 3. 非第一条消息需要发送重复起始条件 */
if (i) {
dev_dbg(&i2c_imx->adapter.dev, "<%s> repeated start\n", __func__);
temp = imx_i2c_read_reg(i2c_imx, IMX_I2C_I2CR); // 读取控制寄存器
temp |= I2CR_RSTA; // 设置重复起始位
imx_i2c_write_reg(temp, i2c_imx, IMX_I2C_I2CR); // 写回控制寄存器
result = i2c_imx_bus_busy(i2c_imx, 1); // 检查总线是否繁忙
if (result)
goto fail0; // 总线忙则跳转到错误处理
}
dev_dbg(&i2c_imx->adapter.dev, "<%s> transfer message: %d\n", __func__, i);
......
/* 4. 根据消息标志选择读/写操作 */
if (msgs[i].flags & I2C_M_RD) {
/* 读操作 */
result = i2c_imx_read(i2c_imx, &msgs[i], is_lastmsg);
} else {
/* 写操作：根据数据长度选择 DMA 或寄存器方式 */
if (i2c_imx->dma && msgs[i].len >= DMA_THRESHOLD) {
result = i2c_imx_dma_write(i2c_imx, &msgs[i]); // DMA 写
} else {
result = i2c_imx_write(i2c_imx, &msgs[i]); // 寄存器写
}
}
if (result)
goto fail0; // 传输失败跳转到错误处理
}
fail0:
/* 5. 停止 I2C 传输 */
i2c_imx_stop(i2c_imx); // 发送停止条件
/* 6. 输出调试信息并返回结果 */
dev_dbg(&i2c_imx->adapter.dev, "<%s> exit with: %s: %d\n",
__func__, (result < 0) ? "error" : "success msg",
(result < 0) ? result : num);
return (result < 0) ? result : num; // 返回传输结果
}- 调用 i2c_imx_start 函数，开启 I2C 通信。
- 如果是从 I2C 设备读数据的话，就调用 i2c_imx_read 函数。
- 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。
- I2C 通信完成以后，调用 i2c_imx_stop 函数停止 I2C 通信。
I2C 设备驱动编写流程
I2C 设备信息描述
使用设备树的时候，添加 I2C 设备信息就在设备树里创建相应的节点。
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，如图：
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。
I2C 设备数据收发处理流程
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。
i2c_transfer 函数
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：
int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num)- 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。
msgs 参数，是一个 i2c_msg 类型的指针参数，Linux 内核使用 i2c_msg 结构体来描述一个消息。
i2c_msg 结构体
i2c_msg 结构体定义在 include/uapi/linux/i2c.h 文件中，结构体内容如下：
/**
* struct i2c_msg - I2C 消息结构体
* @addr: 从机地址（7位或10位，取决于I2C_M_TEN标志）
* @flags: 消息标志位（见下方定义）
* @len: 消息数据长度（字节数）
* @buf: 消息数据缓冲区指针
*
* 描述I2C总线上的单个消息帧，用于读/写操作
*/
struct i2c_msg {
__u16 addr; /* 从机地址（低7/10位有效） */
__u16 flags; /* 标志位组合（位掩码） */
#define I2C_M_TEN 0x0010 // 使用10位地址模式（默认为7位）
#define I2C_M_RD 0x0001 // 读操作（1=读，0=写）
#define I2C_M_STOP 0x8000 // 强制在本消息后发送STOP条件
#define I2C_M_NOSTART 0x4000 // 不发送START条件（需前一条消息无STOP）
#define I2C_M_REV_DIR_ADDR 0x2000 // 方向位反转（某些特殊设备需要）
#define I2C_M_IGNORE_NAK 0x1000 // 忽略从机NAK应答（强制继续传输）
#define I2C_M_NO_RD_ACK 0x0800 // 读操作时不发送ACK（用于最后字节）
#define I2C_M_RECV_LEN 0x0400 // 首字节包含接收长度（SMBus块读）
__u16 len; /* 消息数据长度（buf的有效字节数） */
__u8 *buf; /* 数据缓冲区（写入时为发送数据，读取时为接收缓冲区） */
};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，示例代码如下：
/* 设备结构体 */
struct xxx_dev {
......
void *private_data; /* 私有数据，一般会设置为 i2c_client */
};
/*
* @description : 读取 I2C 设备多个寄存器数据
* @param – dev : I2C 设备
* @param – reg : 要读取的寄存器首地址
* @param – val : 读取到的数据
* @param – len : 要读取的数据长度
* @return : 操作结果
*/
static int xxx_read_regs(struct xxx_dev *dev, u8 reg, void *val, int len)
{
int ret;
struct i2c_msg msg[2];
struct i2c_client *client = (struct i2c_client *)dev->private_data;
/* msg[0]，第一条写消息，发送要读取的寄存器首地址 */
msg[0].addr = client->addr; /* I2C 器件地址 */
msg[0].flags = 0; /* 标记为发送数据 */
msg[0].buf = ® /* 读取的首地址 */
msg[0].len = 1; /* reg 长度 */
/* msg[1]，第二条读消息，读取寄存器数据 */
msg[1].addr = client->addr; /* I2C 器件地址 */
msg[1].flags = I2C_M_RD; /* 标记为读取数据 */
msg[1].buf = val; /* 读取数据缓冲区 */
msg[1].len = len; /* 要读取的数据长度 */
ret = i2c_transfer(client->adapter, msg, 2);
if(ret == 2) {
ret = 0;
} else {
ret = -EREMOTEIO;
}
return ret;
}
/*
* @description : 向 I2C 设备多个寄存器写入数据
* @param – dev : 要写入的设备结构体
* @param – reg : 要写入的寄存器首地址
* @param – buf : 要写入的数据缓冲区
* @param – len : 要写入的数据长度
* @return : 操作结果
*/
static s32 xxx_write_regs(struct xxx_dev *dev, u8 reg, u8 *buf, u8 len)
{
u8 b[256];
struct i2c_msg msg;
struct i2c_client *client = (struct i2c_client *)dev->private_data;
b[0] = reg; /* 寄存器首地址 */
memcpy(&b[1],buf,len); /* 将要发送的数据拷贝到数组 b 里面 */
msg.addr = client->addr; /* I2C 器件地址 */
msg.flags = 0; /* 标记为写数据 */
msg.buf = b; /* 要发送的数据缓冲区 */
msg.len = len + 1; /* 要发送的数据长度 */
return i2c_transfer(client->adapter, &msg, 1);
}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。
i2c_master_send函数
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)- 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， 因为 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_master_recv函数
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)- 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， 因为 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。
下讲内容我们学习怎么编写AP3216C 这个 I2C 设备的 Linux 驱动。
北京人形旗下天工造物具身智能开源社区，聚焦具身天工与慧思开物两大平台
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