1 简介
I2C 总线仅仅使用 SCL 、 SDA 两根信号线就实现了设备之间的数据交互，极大地简化对硬件资源和 PCB 板布线空间的占用。因此， I2C 总线被非常广泛地应用在 EEPROM 、实时钟、小型 LCD 等设备与 CPU 的接口中。
Linux I2C GPIO驱动是在没有专用I2C芯片的情况下，用GPIO口来模拟I2C总线时序，完成Linux与I2C设备的通信过程。用两根GPIO，分别模拟SDA和SCL。它与使用i2c芯片的驱动有所不同的是传输算法的实现，GPIO模拟i2c驱动中有自己的一套传输算法。GPIO模拟I2C是要占用CPU资源的，而用I2C芯片是不占CPU资源的。使用i2c子系统，而不使用普通字符设备，有以下好处：
1） 使用Linux I2C子系统，不需要去过于详细了解I2C操作。
2） 编写驱动可移植性强。
3） 可以使用内核资源，当面对复杂I2C器件，工作量相对少得多。
I2C工作原理：I2C总线标准的两根传输线，SDA是数据线，Scl是时钟线，当SCL为高，SDA由高-à低时，发送启动信息，发送9个脉冲，1-7是地址，8是读写控制位，9是ACK应答位，所以挂在I2C上的被控设备都接受所发送的信息，并把接收到的7位地址与自己的地址进行比较，如果相同ACK就会反馈应答。当SCL为低，SDA由低-à高，则发送停止信号。
2 架构
Linux的I2C构架分为三个部分：
1）I2C core框架
提供了核心数据结构的定义和相关接口函数，用来实现I2C适配器
驱动和设备驱动的注册、注销管理，以及I2C通信方法上层的、与具体适配器无关的代码，为系统中每个I2C总线增加相应的读写方法。
I2C core框架具体实现在/drivers/i2c目录下的i2c-core.c和i2c-dev.c
2） I2C总线驱动
定义描述具体I2C总线适配器的i2c_adapter数据结构、实现在具体I2C适配器上的I2C总线通信方法，并由i2c_algorithm数据结构进行描述。 经过I2C总线驱动的的代码，可以为我们控制I2C产生开始位、停止位、读写周期以及从设备的读写、产生ACK等。
I2C总线驱动具体实现在/drivers/i2c目录下busses文件夹。例如：Linux I2C GPIO总线驱动为i2c_gpio.c. I2C总线算法在/drivers/i2c目录下algos文件夹。例如：Linux I2C GPIO总线驱动算法实现在i2c_algo_bit.c.
3） I2C 设备驱动
是对具体I2C硬件驱动的实现。I2C 设备驱动通过I2C适配器与CPU通信。其中主要包含i2c_driver和i2c_client数据结构，i2c_driver结构对应一套具体的驱动方法，例如：probe、remove、suspend等，需要自己申明。i2c_client数据结构由内核根据具体的设备注册信息自动生成，设备驱动根据硬件具体情况填充。具体使用下面介绍。
I2C 设备驱动具体实现放在在/drivers/i2c目录下chips文件夹。
3 设备注册
下面以GPIO模拟i2c总线的驱动为例，来介绍设备注册，对于使用i2c芯片的驱动都是大同小异，主要在传输算法上的区别。首先make menuconfig把i2c-gpio选上，让它能编进内核。设备注册包括两种设备的注册，i2c-gpio总线和i2c设备驱动。
1） i2c-gpio总线注册
/drivers/i2c/busses/i2c_gpio.c是i2c-gpio总线驱动源码。在这里可以看到i2c-gpio的注册:
static struct platform_driver i2c_gpio_driver = {
.driver = {
.name = "i2c-gpio", //驱动名字
.owner = THIS_MODULE,
},
.probe = i2c_gpio_probe,
.remove = __devexit_p(i2c_gpio_remove),
};
static int __init i2c_gpio_init(void)
{
int ret;
ret = platform_driver_register(&i2c_gpio_driver);//注册成平台设备
if (ret)
printk(KERN_ERR "i2c-gpio: probe failed: %d\n", ret);
return ret;
}
module_init(i2c_gpio_init);
platform是linux虚拟的总线，称为platform总线，相应的设备称为platform_device,相应的驱动称为platform_driver。我们知道i2c总线也对应一个设备，在这里就是对应的i2c_adapte结构，这在后面会有详细介绍。在这里可以看到它将i2c总线驱动注册成平台设备驱动platform_driver_register(&i2c_gpio_driver)。
把i2c_gpio设备注册为平台设备，需要在mach_xxx的板级文件（devices.c）中添加i2c-gpio需要用到的资源定义，即将i2c总线设备封装成平台设备，下面首先定义总线占用的系统资源：
static struct i2c_gpio_platform_data i2c3_data = {
.sda_pin = CONFIG_SDA_PIN;
.scl_pin = CONFIG_SCL_PIN; //设置需要用到的gpio引脚
.udelay = 0, //设置I2C工作频率，如果没有默认值为50
.timeout = 0, //设置I2C工作超时，如果没有默认值为10
};
由于i2c_gpio驱动需要注册到platform总线上面，还需要在mach_xxx的板级文件中添加i2c-gpio的platform_device结构。
static struct platform_device i2c3_device = {
.name = "i2c-gpio", //必须和i2c-gpio驱动的名字相同
.id = 2, //总线ID号
.dev = {
.platform_data = &i2c3_data,
},
};
注册i2c-gpio驱动前要有一个GPIO的设置过程，设置过程如下：
{
//SDA
Pnx_gpio_set_mode(GPIO_F8,GPIO_MODE_MUX1)
Pnx_gpio_set_direction(GPIO_F8,GPIO_DIR_OUTPUT)
//SCL
Pnx_gpio_set_mode(GPIO_F7,GPIO_MODE_MUX1)
Pnx_gpio_set_direction(GPIO_F7,GPIO_DIR_OUTPUT)
};
最后把i2c-gpio设备注册进platform总线。
platform_device_register(&i2c3_device);
2） 把i2c设备驱动注册到i2c-gpio总线
例如：设备驱动源码在/drivers/i2c/chips/lis35de.c，其注册到i2c总线需要的
做法如下。首先定义设备ID:
static const struct i2c_device_id lis35de_id[] = {
{ "lis35de", 0 },//设备名和设备是有数据长度
{ }
};
然后声明i2c_driver结构：
static struct i2c_driver st_lis35de_driver = {
.probe = st_lis35de_probe,
.remove = st_lis35de_remove,
.suspend = st_lis35de_suspend,
.resume = st_lis35de_resume,//上面4个函数根据具体情况取舍
.id_table = lis35de_id,
.driver = {
.name = "lis35de", //驱动名字
},
};
最后调用static inline int i2c_add_driver(struct i2c_driver *driver)注册lis35de驱动到I2C总线，如下：
static int __init st_lis35de_init(void)
{
return i2c_add_driver(&st_lis35de_driver);//注册st_lis35de_driver
}；
module_init(st_lis35de_init);
但是到目前还不知道注册到那根I2C总线，现在把lis35de设备驱动添加到我们想要的i2c-gpio总线上。使用内核提供的函数i2c_register_board_info，在mach_xxx的板级文件中把设备信息注册到需要注册的I2C总线上面。
int __init i2c_register_board_info(int busnum,//设备需要注册到的总线ID
struct i2c_board_info const *info,//设备信息包括设备名，地址等
unsigned len)
例如：把lis35de驱动注册到i2c-gpio总线，总线ID为2。
static struct i2c_board_info i2c_devices_lis35de[] = {
{
I2C_BOARD_INFO("lis35de", 0x1C), //设备名和地址
},
};
i2c_register_board_info(2,i2c_devices_lis35de,ARRAY_SIZE(i2c_devices_lis35de));
arch/arm/mach-pnx67xx/board_pnx67xx_wavex.c中unsigned int pnx_modem_gpio_reserved[]下注释掉GPIO_F7,GPIO_F8，防止内核认为F8，F7已经使用过了，至此已经把i2c-gpio总线注册到系统，把设备驱动注册到i2c-gpio总线。
前面说了那么多，是不是有点乱了，这里我们在来理一下：
（一）i2c总线驱动
1）在那个devices.c文件中，声明平台设备占用的系统资源，然后定义一个平台设备，并注册这个平台设备到平台总线上
2）在i2c-gpio.c文件中，声明该驱动支持的设备列表，然后定义一个平台驱动结构，并注册这个平台驱动到平台总线上
（二）i2c设备驱动
1）同样在devices.c文件下，在对应总线的设备列表中声明一个i2c设备结构，然后通过i2c_register_board_info（）函数，将这个设备列表注册到i2c总线上
2）在lis35de.c文件中，声明支持的i2c设备列表和一个i2c设备驱动结构体i2c_driver，然后将其注册到i2c总线上
注意：这里不管是设备还是驱动先注册到总线上，他们都会自动请求匹配总线上的所有驱动或设备。
4 I2C关键数据结构和详细注册流程
上面的描述都是i2c系统的框架，具体的数据结构注册流程下面会详细介绍。
4.1 关键数据结构
在i2c.h头文件中定义了i2c_adapter、i2c_algorithm、i2c_driver和i2c_client 4个比较关键的数据结构。
1）i2c_algorithm对应一套通信方法。
用来实现具体的收发算法，此数据结构非常重要，通过其中的收发函数会调用具体的硬件收发操作，对于i2c-gpio总线的通信方法实现在/drivers/i2c目录下algos文件夹i2c_algo_bit.c。
| struct i2c_algorithm { int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap,struct i2c_msg *msgs,int num); //i2c传输函数指针 int (*smbus_xfer) (struct i2c_adapter *adap, u16 addr, unsigned short flags, char read_write, u8 command, int size, union i2c_smbus_data * data); //smbus传输函数指针 u32 (*functionality) (struct i2c_adapter *); //返回适配器支持功能 }; |
2）i2c_adapter
用来定义总线上的每一个adapter（适配器），每一个adapter都需要i2c_algorithm中提供的通信函数来控制适配器的访问周期，因此在i2c_adapter中包含i2c_algorithm指针。i2c_algorithm的关键函数master_xfer用于产生I2C访问信号，以i2c_msg为单位。
| struct i2c_adapter { struct module *owner; //所属模块 unsigned int id; //algor |