关于Linux下如何编写芯片的I2C驱动,本系列第一篇文章《手把手教你写Linux I2C设备驱动》对编写I2C Client 设备驱动的关键代码给出了初步的讲述和示例,第二篇文章《Linux下读写芯片的I2C寄存器》对于具体如何在驱动层封装读写芯片I2C寄存器也进行了详细的描述,这两篇文章的代码整合到一起,就构成了I2C设备驱动的主要部分,本文则致力于将该驱动进一步封装,为用户空间提供访问的接口。

    

如果希望在用户空间访问我们写的I2C设备驱动,最常用的做法就是为该I2C驱动编写一套字符设备驱动,这样,用户空间则可以通过对字符设备驱动的访问,间接地实现对I2C芯片寄存器的读写控制。下面,我们在前两篇文章的代码的基础上,封装一层字符设备驱动,并给出在用户空间的使用示例。


1.  编写字符设备驱动


关于字符设备驱动的编写,我依然从实例应用的角度来展开描述,关于原理性的东西,网上有许多文章,可以搜索参考。

    

(1)首先,创建一个包含有cdev对象的结构体及对象,代表着本实例的字符设备对象。


struct tvp5158_dev{        
    struct cdev cdev;  
    int    major;      
    struct semaphore semLock;          
};  
// global dev object  
struct tvp5158_dev g_tvp5158_dev;

    

cdev即字符设备对象,major为分配的字符设备主设备号,semaphore用于互斥,保护i2c读写过程。

    

(2)第二步,创建文件操作结构体对象


struct file_operations tvp5158_dev_FileOps = {  
        .owner   = THIS_MODULE,  
        .open    = tvp5158_devOpen,  
        .release = tvp5158_devRelease,  
        .ioctl   = tvp5158_devIoctl,  
};

    

我们把对I2C寄存器的读写操作放到 ioctl 命令中执行,不需要实现 read 和 write 函数,故这里只实现文件的打开、释放、以及 ioctl 操作。

    

(3) 实现设备打开和关闭函数


static int tvp5158_devOpen(struct inode *inode, struct file *filp)  
{  
    printk(KERN_INFO "I2C: tvp5158_devOpen, %4d, %2d \n", major, minor);  
 
    filp->private_data = NULL;  
 
    return 0;  
}  
 
static int tvp5158_devRelease(struct inode *inode, struct file *filp)  
{  
    printk(KERN_INFO "I2C: tvp5158_devRelease");  
 
    return 0;  
}

   

(4)实现 IOCTL 函数

    

这里的ioctl 函数的实现很关键,是驱动层与用户层交互的核心部分,这里将会定义相关的I2C读写命令枚举,并且调用前面文章中封装好的I2C读写代码。


#define I2C_CMD_READ       (0x01)  
#define I2C_CMD_WRITE      (0x02)  
 
struct I2C_Param{  
    uint8_t *reg;  
    uint8_t *value;  
};  
 
static int tvp5158_devIoctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)  
{  
    uint8_t reg,data;
    struct  I2C_Param param;  
      
    down_interruptible(&g_tvp5158_dev.semLock);  
      
    // get i2c param from userspace  
    copy_from_user(&param, (void *)arg, sizeof(param));  
      
    switch(cmd){  
    case I2C_CMD_WRITE:  
        {  
            copy_from_user(&reg, param.reg,sizeof(uint8_t));             
            copy_from_user(&data,param.value,sizeof(uint8_t));
            tvp5158_i2c_write(&g_tvp5158_obj->client, reg, data);  
            break;  
        }  
    case I2C_CMD_READ:  
        {  
            copy_from_user(&reg, param.reg,sizeof(uint8_t)); 
            tvp5158_i2c_read(&g_tvp5158_obj->client, reg, &data);  
            copy_to_user(param.value,&data,sizeof(uint8_t));  
            break;  
        }  
    default:  
        break;  
    }  
    up(&g_tvp5158_dev.semLock);  
      
    return 0;  
}

    

其中,I2C_Param是与用户空间交互用的参数结构体,用户空间必须定义相同的结构体以保证交互的正确性。g_tvp5158_obj 和 tvp5158_i2c_read/write 均为前面文章中定义的变量和函数。

    

(5)在__init 代码中注册本字符设备驱动


static int __init tvp5158_i2c_init(void)  
{  
    int result;  
    dev_t dev = 0;  
    result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, “tvp5158_dev”);  
    if (result < 0) {  
        printk(KERN_WARNING "I2C: can't get device major num \n");  
        return result;  
    }  
    g_tvp5158_dev.major = MAJOR(dev);      
 
    sema_init(&g_tvp5158_dev.semLock, 1);  
    cdev_init(&g_tvp5158_dev.cdev, &tvp5158_dev_FileOps);  
      
    g_tvp5158_dev.cdev.owner = THIS_MODULE;  
    g_tvp5158_dev.cdev.ops   = &tvp5158_dev_FileOps;  
 
    cdev_add(&g_tvp5158_dev.cdev, dev, 1);     
      
    return i2c_add_driver(&tvp5158_i2c_driver);;  
}

   

(6)在 __exit 代码中注销本字符设备驱动


static void __exit tvp5158_i2c_exit(void)  
{  
    dev_t devno = MKDEV(g_tvp5158_dev.major, 0);  
 
    i2c_del_driver(&tvp5158_i2c_driver);  
 
    cdev_del(&g_tvp5158_dev.cdev);  
 
    unregister_chrdev_region(devno, 1);  
}

        

注意,本初始化代码和逆初始化在第一篇文章中已经出现过,这里补充完整了,将字符设备驱动的代码添加进来了。


2. 用户空间的使用方法

    

首先,编写Makefile将驱动编译成模块,然后在用户空间对生成的模块(*.ko)进行加载(insmod),然后再 /dev 目录下创建设备节点 /dev/tvp5158_dev ,最后,在用户空间即可编写测试代码,打开该设备文件,通过 ioctl 命令进行访问。

    

上面这个过程示例如下:


// 假设生成的模块.ko名称为 tvp5158.ko 
第一步:insmod tvp5158.ko 
 
// 假设上面tvp5158_i2c_init函数中 g_tvp5158_dev.major 的值为 74 
第二步:mknod /dev/tvp5158_dev c 74 0

    

下面给出最后在用户空间的测试代码示例。


#include <stdio.h>  
 
int main()  
{  
    int status;  
    struct I2C_Param param;  
 
    unit8_t reg   = 0x08;
    unit8_t value = 0;
     
    int fd = open("/dev/tvp5158_dev", O_RDWR);  
    if( fd < 0)  
    {  
        return -1;  
    }  
      
    param.reg    = &reg;  
    param.value  = &value;  
    status = ioctl(fd,I2C_CMD_READ,&param);  
    if( status < 0)  
    {  
        printf("read fail!\n");  
        return -1;  
    }  
    printf("the 0x80 reg 's value = %d\n",value);  
      
    close(fd);  
      
    return 0;  
}

 

3. 总结

    

到此为止,Linux下的I2C设备驱动基本编写过程已经讲述完毕,以后凡是拿到新的芯片,需要在Linux下读写I2C寄存器,均可参考本系列的代码进行编写。当然,这里只是讲述了I2C设备驱动编写的一些最基本的方法,关于I2C设备驱动的原理部分并没有涉及,希望自己以后更加深入地了解了Linux设备驱动原理后再进一步阐述。本文希望对初学者有所帮助,文中有什么讲述不正确的地方,欢迎留言或者来信lujun.hust@gmail.com交流。