Linux下I2C總線EEPROM驅動程序設計方法

　　3 Linux中I2C總線驅動體系結構

 

　　在Linux系統中，對於一個給定的I2C總線硬體配置系統，I2C總線驅動程序體系結構由I2C總線驅動和I2C設備驅動組成。其中I2C總線驅動包括一個具體的控制器驅動和I2C總線的算法驅動。一個算法驅動適用於一類總線控制器。而一個具體的總線控制器驅動要使用某一種算法。例如，Linux內核中提供的算法i2e-algo-8260可以用在MPC82xx系列處理器提供的I2C總線控制器上。Linux內核中提供了一些常見處理器如MPC82xx系列的算法驅動。對於I2C設備，基本上每種具體設備都有自己的基本特性。其驅動程序一般都需要特別設計。

　　在I2C總線驅動程序體系結構中。使用數據結構Driver來表示I2C設備驅動，使用數據結構Client表示一個具體的I2C設備。而對於I2C總線

　　控制器，各種總線控制器在進行數據傳輸時採用的算法有好多種，使用相同算法的控制器提供的控制接口也可能不同。在I2C總線驅動程序體系結構中，用數據結構Algorithm來表示算法，用數據結構Adapter來表示不同的總線控制器。Linux內核的I2C總線驅動程序體系結構如圖5所示。

 

　　

　　圖5 Linux內核I2C總線驅動程序體系結構

 

　　在圖5中，一個Client對象對應一個具體的I2C總線設備，而一種I2C設備的Driver可以同時支持多個Client。每個Adapter對應一個具體的I2C總線控制器。不同的I2C總線控制器可以使用相同的算法Algorithm。i2c-core是I2C總線驅動程序體系結構的核心，在這個模塊中，除了為總線設備驅動提供了一些統一的調用接口來訪問具體的總線驅動程序功能，以進行讀寫或設置操作外，還提供了將各種支持的總線設備驅動和總線驅動添加到這個體系中的方法，以及當不再使用這些驅動時將其從體系中刪除的方法。i2c-core將總線驅動程序體系一分為二，相互獨立。可以針對某個I2C總線設備來設計一個I2C設備驅動程序，而不需要關心系統的I2C總線控制器是何種類型，所以提高了其可移植性。另一方面，在設計I2C總線驅動時也可以不要考慮其將用來支持何種設備。因為i2c-core提供了統一的接口，所以也為設計這兩類驅動提供了方便。

 

　　4 開發實例

 

　　Linux內核已經提供了I2C驅動中所需要的基本模塊。i2c-core、i2c-dev和i2c-proc是總線控制器和I2C設備所需要的核心模塊。對於MPC8250處理器，內核中還有MPC8260的算法模塊i2c-algo-8260，它也適用於MPC8250的I2C控制接口。這些模塊程序在默認條件下是不會被編譯到內核裡的，所以需要在配置Linux內核時把這些模塊選中。在筆者的開發中需要實現的是I2C總線控制器驅動和I2C設備EEPROM驅動。

　　4.1 I2C總線控制器驅動的設計

　　MPC8250的I2C總線驅動程序由i2c-algo-8260算法模塊和MPC8250具體的I2C總線控制器驅動組成。其中i2c-algo-8260算法模塊已經在內核中實現，所以主要實現FC總線控制器驅動。

　　i2c-algo-8260算法模塊主要用來描述MPC82xx處理器如何在I2C總線上傳輸數據。該模塊中主要實現了MPC82xx處理器上I2C總線的初始化、讀寫、ioctl控制和中斷請求等功能。另外，還有i2c_8260_add_bus和i2c_8260_del_bus兩個函數，它們是使用這個算法的Adapter初始化時和退出時調用的函數，用來註冊和註銷一個總線控制器，需要從模塊導出。這些函數功能都被封裝在一個i2c-algorithm結構中，傳遞給使用這個算法的Adapter。算法模塊中這些函數需要調用特定控制器模塊中的函數來實現具體的操作。

　　在I2C總線控制器驅動模塊中主要要實現兩個結構體i2c_adapter和i2c_algo_8260_data，定義這兩個結構中的函數指針成員。並且用己經初始化好的i2c_algo_826o_data結構來初始化struct i2c_adapter結構的algo_data成員變量。其中，定義i2e_algo_8260_data結構為：

　　struct i2c_algo_8260_data rw8250_data={

　　setisr:rw8250_install_isr

　　}；

　　這裡的成員變量rw8250_install__isr提供了MPC8250的I2C總線控制器向內核申請中端請求的功能。結構體i2c_adapter定義如下：

　　struct i2c_adapter rw8250_ops={「rw8250」，I2C_HW_

　　MPC8250_RW8250，NULL，&rw8250_data，rw8250_inc_use，rw8250_dec_use，rw8250_reg，rw8250_unreg，}；

　　其中，「rw8250」是該總線控制器的標識名，宏名I2C_HW_MPC8250_RW8250定義了內核中註冊該適配器的ID號，而成員函數rw8250_inc_use和rw8250_dec_use用來增加和減少內核使用該模塊的次數。

　　另外，該模塊還要完成一個註冊模塊時的初始化函數rw8250_iic_init，在該函數中要初始化I2C控制器使用的通用埠號PortD14、PortD15，並在雙埠RAM 中為發送和接受數據的緩衝區分配空間。函數rw8250_iic_init在進行模塊初始化時將被init_module調用。

　　總之。I2C控制器模塊中設計的這些函數都是為i2c_algo_8650算法模塊服務的。最後需要封裝在i2c-adapter結構中。通過i2c_algo_8260_data算法模塊中輸出的接口函數傳遞給算法模塊。

　　4.2 I2C設備驅動的設計

　　I2C設備EEPROM 驅動除了要根據EEPROM的具體特性進行設計外。還要考慮I2C總線驅動程序體系結構的特性。在EEPROM設備驅動程序中需要實現一個i2c_driver結構。每個對應於具體設備的Client都從這個結構來構造。在i2c_driver結構中有兩個函數attach_adapter和detach_client必須要實現。i2c_driver結構的定義如下：

　　struct i2c_driver eeprom_driver = {

　　/*name*/ 「I2C_EEPROM_DRIVER」，/*id*/I2C_DRIVERID_EEPROM，

　　/*flags*/ I2C_DF_NOTIFY，/*attach_ adapter*/&eeprom_attach_adapter，/*detach_client */&eeprom_detach_client，

　　/*command*/&eeprom_command，/*inc_use*/ &eeprom_inc_use，/*dec_use*/ &eeprom_dec_use

　　}；

　　在設備驅動中。向EEPROM 寫數據通過調用i2c-core提供的i2c_master_send函數來完成。從EEPROM 讀取數據通過另一個函數i2c_master_read來完成。與一般設備驅動不同的地方就是在EEPROM驅動模塊初始函數中要調用i2c-core提供的i2c_add_driver函數來註冊該設備。在模塊退出函數中調用i2c_del_driver函數來註銷該設備。

 

　　5 結束語

 

　　I2C總線具有控制簡單、通信速率高等優點，作為一種2線雙向同步串行數據總線，它為嵌入式系統設計提供了一種完善的集成電路間的串行總線擴展技術，大大簡化了應用系統的硬體設計，為實現應用系統的模塊化設計創造了極為有利的條件。同時，在很多情況下需要對系統中的某些動態信息進行掉電保護。在數據量不太大的場合下，通過I2C總線連接的EEPROM在這方面就比較能發揮作用。而Linux作為一種新的作業系統，目前在嵌入式系統中的應用非常廣泛。其發展前景無法估量。由於Linux源碼開放，且非常易於移植，為其編寫設備驅動程序相對容易。本文介紹了Linux下I2C總線EEPROM驅動程序的一般設計方法。