i2c總線具有結(jié)構(gòu)簡單使用方便的特點(diǎn)。本文描述了linux下i2c驅(qū)動的結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上給出了i2c設(shè)備驅(qū)動和應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。

　　1 引言

　　i2c (inter－integrated circuit)總線是一種由philips公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。i2c總線最主要的優(yōu)點(diǎn)是其簡單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因此i2c總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本。i2c總線最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，現(xiàn)已應(yīng)用于各種服務(wù)與管理場合，來實(shí)現(xiàn)配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源、系統(tǒng)風(fēng)扇、系統(tǒng)溫度等參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。

　　2 i2c總線概述

　　i2c總線是由數(shù)據(jù)線sda和時鐘scl構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，每個器件都有一個惟一的地址識別。i2c 規(guī)程運(yùn)用主/從雙向通訊。器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上，則定義為發(fā)送器，器件接收數(shù)據(jù)則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài)�？偩�必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產(chǎn)生串行時鐘（scl）控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。sda線上的數(shù)據(jù)狀態(tài)僅在scl為低電平的期間才能改變，scl為高電平的期間，sda狀態(tài)的改變被用來表示起始和停止條件。

　　i2c總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號，它們分別是：開始信號、結(jié)束信號和應(yīng)答信號。

　　開始信號：scl為高電平時，sda由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。

　　結(jié)束信號：scl為低電平時，sda由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。

　　應(yīng)答信號：接收數(shù)據(jù)的ic在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的ic發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。cpu向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單元發(fā)出一個應(yīng)答信號，cpu接收到應(yīng)答信號后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應(yīng)答信號，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。

linux中i2c總線的驅(qū)動分為兩個部分，總線驅(qū)動（bus）和設(shè)備驅(qū)動（device）。其中總線驅(qū)動的職責(zé)，是為系統(tǒng)中每個i2c總線增加相應(yīng)的讀寫方法。但是總線驅(qū)動本身并不會進(jìn)行任何的通訊，它只是存在那里，等待設(shè)備驅(qū)動調(diào)用其函數(shù)，參見圖。

　　設(shè)備驅(qū)動則是與掛在i2c總線上的具體的設(shè)備通訊的驅(qū)動。通過i2c總線驅(qū)動提供的函數(shù)，設(shè)備驅(qū)動可以忽略不同總線控制器的差異，不考慮其實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)地與硬件設(shè)備通訊。

　　linux內(nèi)核i2c總線驅(qū)動程序構(gòu)架

　　在我們的linux驅(qū)動的i2c文件夾下有algos，busses，chips三個文件夾，另外還有i2c-core.c和i2c-dev.c兩個文件。其中i2c-core.c文件實(shí)現(xiàn)了i2c core框架，是linux內(nèi)核用來維護(hù)和管理的i2c的核心部分，其中維護(hù)了兩個靜態(tài)的list，分別記錄系統(tǒng)中的i2c driver結(jié)構(gòu)和i2c adapter結(jié)構(gòu)。i2c core提供接口函數(shù)，允許一個i2c adatper，i2c driver和i2c client初始化時在i2c core中進(jìn)行注冊，以及退出時進(jìn)行注銷。同時還提供了i2c總線讀寫訪問的一般接口，主要應(yīng)用在i2c設(shè)備驅(qū)動中。

　　busses文件夾下的i2c-mpc.c文件實(shí)現(xiàn)了powerpc下i2c總線適配器驅(qū)動，定義描述了具體的i2c總線適配器的i2c_adapter數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)比較底層的對i2c總線訪問的具體方法。i2c adapter 構(gòu)造一個對i2c core層接口的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并通過接口函數(shù)向i2c core注冊一個控制器。i2c adapter主要實(shí)現(xiàn)對i2c總線訪問的算法，iic_xfer() 函數(shù)就是i2c adapter底層對i2c總線讀寫方法的實(shí)現(xiàn)。同時i2c adpter 中還實(shí)現(xiàn)了對i2c控制器中斷的處理函數(shù)。

　　i2c-dev.c文件中實(shí)現(xiàn)了i2c driver，提供了一個通用的i2c設(shè)備的驅(qū)動程序，實(shí)現(xiàn)了字符類型設(shè)備的訪問接口，實(shí)現(xiàn)了對用戶應(yīng)用層的接口，提供用戶程序訪問i2c設(shè)備的接口，包括實(shí)現(xiàn)open，release，read，write以及最重要的ioctl等標(biāo)準(zhǔn)文件操作的接口函數(shù)。我們可以通過open函數(shù)打開 i2c的設(shè)備文件，通過ioctl函數(shù)設(shè)定要訪問從設(shè)備的地址，然后就可以通過 read和write函數(shù)完成對i2c設(shè)備的讀寫操作。

　　通過i2c driver提供的通用方法可以訪問任何一個i2c的設(shè)備，但是其中實(shí)現(xiàn)的read，write及ioctl等功能完全是基于一般設(shè)備的實(shí)現(xiàn)，所有的操作數(shù)據(jù)都是基于字節(jié)流，沒有明確的格式和意義。為了更方便和有效地使用i2c設(shè)備，我們可以為一個具體的i2c設(shè)備開發(fā)特定的i2c設(shè)備驅(qū)動程序，在驅(qū)動中完成對特定的數(shù)據(jù)格式的解釋以及實(shí)現(xiàn)一些專用的功能。

　　4 linux下i2c具體驅(qū)動開發(fā)

　　tmp75是ti公司推出的基于i2c總線的數(shù)字溫度傳感器，具有低的功耗，高數(shù)字分辨率，廣泛應(yīng)用于電源溫度監(jiān)控，計(jì)算機(jī)外設(shè)保護(hù)，筆記本和蜂窩電話中。針對該設(shè)備開發(fā)驅(qū)動程序，由于linux系統(tǒng)下已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了i2c core框架，i2c總線適配