019——IIC模块驱动开发（基于EEPROM【AT24C02】和I.MX6uLL）

时间：2024-04-10 14:37:16

目录

一、 IIC基础知识

二、Linux中的IIC（韦东山老师的学习笔记）

1. I2C驱动程序的层次

2. I2C总线-设备-驱动模型

2.1 i2c_driver

2.2 i2c_client

三、 AT24C02 介绍

四、 AT24C02驱动开发

实验 

驱动程序

应用程序

一、 IIC基础知识

总线类设备驱动——IIC_iic设备驱动-CSDN博客

Exynos_4412——IIC总线概述_.若使用iic总线让从机给主机发送一个字节的数据0xa2,画出scl和sda上的时序图-CSDN博客

STM32——IIC总线（MPU6050应用）_mpu6050例程-CSDN博客

写过好多次啦不打算重复写了。

二、Linux中的IIC（韦东山老师的学习笔记）

参考资料：

  • Linux内核文档:

    • Documentation\i2c\instantiating-devices.rst

    • Documentation\i2c\writing-clients.rst

  • Linux内核驱动程序示例:

    • drivers/eeprom/at24.c

1. I2C驱动程序的层次

I2C Core就是I2C核心层，它的作用：

  • 提供统一的访问函数，比如i2c_transfer、i2c_smbus_xfer等

  • 实现I2C总线-设备-驱动模型，管理：I2C设备(i2c_client)、I2C设备驱动(i2c_driver)、I2C控制器(i2c_adapter)

2. I2C总线-设备-驱动模型

2.1 i2c_driver

i2c_driver表明能支持哪些设备：

  • 使用of_match_table来判断

    • 设备树中，某个I2C控制器节点下可以创建I2C设备的节点

      • 如果I2C设备节点的compatible属性跟of_match_table的某项兼容，则匹配成功

    • i2c_client.name跟某个of_match_table[i].compatible值相同，则匹配成功

  • 使用id_table来判断

    • i2c_client.name跟某个id_table[i].name值相同，则匹配成功

i2c_driver跟i2c_client匹配成功后，就调用i2c_driver.probe函数。

2.2 i2c_client

i2c_client表示一个I2C设备，创建i2c_client的方法有4种：

方法1

  • 通过I2C bus number来创建

    int i2c_register_board_info(int busnum, struct i2c_board_info const *info, unsigned len);

  • 通过设备树来创建

	i2c1: i2c@400a0000 {
		/* ... master properties skipped ... */
		clock-frequency = <100000>;

		flash@50 {
			compatible = "atmel,24c256";
			reg = <0x50>;
		};

		pca9532: gpio@60 {
			compatible = "nxp,pca9532";
			gpio-controller;
			#gpio-cells = <2>;
			reg = <0x60>;
		};
	};

方法2

        有时候无法知道该设备挂载哪个I2C bus下，无法知道它对应的I2C bus number。 但是可以通过其他方法知道对应的i2c_adapter结构体。 可以使用下面两个函数来创建i2c_client：

  • i2c_new_device

  static struct i2c_board_info sfe4001_hwmon_info = {
	I2C_BOARD_INFO("max6647", 0x4e),
  };

  int sfe4001_init(struct efx_nic *efx)
  {
	(...)
	efx->board_info.hwmon_client =
		i2c_new_device(&efx->i2c_adap, &sfe4001_hwmon_info);

	(...)
  }

i2c_new_probed_device

  static const unsigned short normal_i2c[] = { 0x2c, 0x2d, I2C_CLIENT_END };

  static int usb_hcd_nxp_probe(struct platform_device *pdev)
  {
	(...)
	struct i2c_adapter *i2c_adap;
	struct i2c_board_info i2c_info;

	(...)
	i2c_adap = i2c_get_adapter(2);
	memset(&i2c_info, 0, sizeof(struct i2c_board_info));
	strscpy(i2c_info.type, "isp1301_nxp", sizeof(i2c_info.type));
	isp1301_i2c_client = i2c_new_probed_device(i2c_adap, &i2c_info,
						   normal_i2c, NULL);
	i2c_put_adapter(i2c_adap);
	(...)
  }

差别：

  • i2c_new_device：会创建i2c_client，即使该设备并不存在

  • i2c_new_probed_device：

    • 它成功的话，会创建i2c_client，并且表示这个设备肯定存在

    • I2C设备的地址可能发生变化，比如AT24C02的引脚A2A1A0电平不一样时，设备地址就不一样

    • 可以罗列出可能的地址

    • i2c_new_probed_device使用这些地址判断设备是否存在

  • 方法3(不推荐)：由i2c_driver.detect函数来判断是否有对应的I2C设备并生成i2c_client

  • 方法4：通过用户空间(user-space)生成 调试时、或者不方便通过代码明确地生成i2c_client时，可以通过用户空间来生成。

  // 创建一个i2c_client, .name = "eeprom", .addr=0x50, .adapter是i2c-3
  # echo eeprom 0x50 > /sys/bus/i2c/devices/i2c-3/new_device
  
  // 删除一个i2c_client
  # echo 0x50 > /sys/bus/i2c/devices/i2c-3/delete_device

三、 AT24C02 介绍

        AT24C02 是基于 I2C 总线的存储器件，由于接口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。百问网提供的 EEPROM 模块使用的就是 AT24C02，使用 8 位地址，存储容量为 2K bit，即 2048bit = 256*8bit = 256 Byte, 其中它被分为 32 页，每页 8Byte。

        基于 I2C 接口的设备操作，我们主要关心的是 I2C 数据格式。 AT24C02 作为 EEPROM 存储设备，显然我们关心的是：怎么读写某个地址，即怎么发地址、怎么读写数据。 查阅《AT24CXX.pdf》手册，要写入一个字节，可如下操作：先发出设备地址， 再发出 WORD 地址(即存储地址)，再发出数据。

        反之，要读 AT24C02，如下图：涉及 2 次 I2C 传输。 先发出设备地址， WORD地址；再次发出设备地址，读到数据。

四、 AT24C02驱动开发

实验 

 先添加设备树

这是我们的设备树目录

可以用find找到我们刚添加的设备目录 

咱们用的这个小工具有个配置项可以设置一下很方便

reg这个可能是特殊的加密文件需要用hexdump去看

虽然我们是iic-1但是内核是从0开始的所以这个就是我们的设备目录

插入模块后我们的驱动就出来了，没写的时候读出来是一堆乱码

验证一下它的非易失性

没毛病

驱动程序

#include "asm/uaccess.h"
#include "linux/delay.h"
#include "linux/i2c.h"
#include <linux/module.h>
#include <linux/poll.h>

#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/timer.h>

/* 主设备号                                                                 */
static int major = 0;
static struct class *my_i2c_class;

static struct i2c_client *g_client;

static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_wait);
struct fasync_struct *i2c_fasync;


/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体                   */
static ssize_t i2c_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	int err;
	unsigned char *kern_buf;
	struct i2c_msg msgs[2];

	/* 从0读取size字节 */

	kern_buf = kmalloc(size, GFP_KERNEL);

	/* 初始化i2c_msg 
	 * 1. 发起一次写操作: 把0发给AT24C02, 表示要从0地址读数据
	 * 2. 发起一次读操作: 得到数据
	 */
	msgs[0].addr  = g_client->addr;
	msgs[0].flags = 0;  /* 写操作 */
	msgs[0].buf   = kern_buf;
	kern_buf[0]   = 0; /* 把数据0发给设备 */
	msgs[0].len   = 1;

	msgs[1].addr  = g_client->addr;
	msgs[1].flags = I2C_M_RD;  /* 写操作 */
	msgs[1].buf   = kern_buf;
	msgs[1].len   = size;

	err = i2c_transfer(g_client->adapter, msgs, 2);

	/* copy_to_user  */
	err = copy_to_user(buf, kern_buf, size);

	kfree(kern_buf);
	
	return size;
}

static ssize_t i2c_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	int err;
	unsigned char kern_buf[9];
	struct i2c_msg msgs[1];
	int len;
	unsigned char addr = 0;

	/* 把size字节的数据写入地址0 */

	//kern_buf = kmalloc(size+1, GFP_KERNEL);

	while (size > 0)
	{
		if (size > 8)
			len = 8;
		else
			len = size;

		size -= len;

		/* copy_from_user  */
		err = copy_from_user(kern_buf+1, buf, len);
		buf += len;


		/* 初始化i2c_msg 
		* 1. 发起一次写操作: 把0发给AT24C02, 表示要从0地址读数据
		* 2. 发起一次读操作: 得到数据
		*/
		msgs[0].addr  = g_client->addr;
		msgs[0].flags = 0;  /* 写操作 */
		msgs[0].buf   = kern_buf;
		kern_buf[0]   = addr;  /* 写AT24C02的地址 */
		msgs[0].len   = len+1;
		addr += len;

		err = i2c_transfer(g_client->adapter, msgs, 1);

		mdelay(20);
	}

	//kfree(kern_buf);
	
	return size;    
}


static unsigned int i2c_drv_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
	//printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	poll_wait(fp, &gpio_wait, wait);
	//return is_key_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;
	return 0;
}

static int i2c_drv_fasync(int fd, struct file *file, int on)
{
	if (fasync_helper(fd, file, on, &i2c_fasync) >= 0)
		return 0;
	else
		return -EIO;
}


/* 定义自己的file_operations结构体                                              */
static struct file_operations i2c_drv_fops = {
	.owner	 = THIS_MODULE,
	.read    = i2c_drv_read,
	.write   = i2c_drv_write,
	.poll    = i2c_drv_poll,
	.fasync  = i2c_drv_fasync,
};


static int i2c_drv_probe(struct i2c_client *client,
			const struct i2c_device_id *id)
{
	// struct device_node *np = client->dev.of_node;
	// struct i2c_adapter *adapter = client->adapter;

	/* 记录client */
	g_client = client;

	/* 注册字符设备 */
	/* 注册file_operations 	*/
	major = register_chrdev(0, "100ask_i2c", &i2c_drv_fops);  /* /dev/gpio_desc */

	my_i2c_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_i2c_class");
	if (IS_ERR(my_i2c_class)) {
		printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
		unregister_chrdev(major, "100ask_i2c");
		return PTR_ERR(my_i2c_class);
	}

	device_create(my_i2c_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "myi2c"); /* /dev/myi2c */
	
	return 0;
}

static int i2c_drv_remove(struct i2c_client *client)
{
	/* 反注册字符设备 */
	device_destroy(my_i2c_class, MKDEV(major, 0));
	class_destroy(my_i2c_class);
	unregister_chrdev(major, "100ask_i2c");

	return 0;
}

static const struct of_device_id myi2c_dt_match[] = {
	{ .compatible = "100ask,i2cdev" },
	{},
};

static const struct i2c_device_id at24c02_ids[] = {
	{ "xxxxyyy",	(kernel_ulong_t)NULL },
	{ /* END OF LIST */ }
};
static struct i2c_driver my_i2c_driver = {
	.driver = {
		   .name = "100ask_i2c_drv",
		   .owner = THIS_MODULE,
		   .of_match_table = myi2c_dt_match,
	},
	.probe = i2c_drv_probe,
	.remove = i2c_drv_remove,
	.id_table = at24c02_ids,
};


static int __init i2c_drv_init(void)
{
	/* 注册i2c_driver */
	return i2c_add_driver(&my_i2c_driver);
}

static void __exit i2c_drv_exit(void)
{
	/* 反注册i2c_driver */
	i2c_del_driver(&my_i2c_driver);
}

/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点                                     */

module_init(i2c_drv_init);
module_exit(i2c_drv_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

应用程序


#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>

static int fd;

/*
 * ./i2c_test /dev/myi2c string 
 * ./i2c_test /dev/myi2c
 *
 */
int main(int argc, char **argv)
{
	int ret;
	char buf[100];
	
	/* 1. 判断参数 */
	if (argc < 2) 
	{
		printf("Usage:\n", argv[0]);
		printf("      %s <dev>, read at24c02\n", argv[0]);
		printf("      %s <dev> <string>, write at24c02\n", argv[0]);
		return -1;
	}


	/* 2. 打开文件 */
	fd = open(argv[1], O_RDWR | O_NONBLOCK);
	if (fd == -1)
	{
		printf("can not open file %s\n", argv[1]);
		return -1;
	}

	if (argc == 3)
	{
		ret = write(fd, argv[2], strlen(argv[2]) + 1);
	}
	else
	{
		ret = read(fd, buf, 100);
		printf("read: %s\n", buf);
	}

	close(fd);
	
	return 0;
}

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