linux I2C总线驱动框架
本文为转载，只为方便复习，如有侵权请联系我。
1、i2c子系统软件框架
应用
------------------------------------------
i2c driver:从设备驱动层
需要和应用层进行交互
封包数据，不知道数据是如何写入到硬件
------------------------------------------
i2c 核心层：维护i2c 总线，包括i2c driver, i2c client链表
drivers/i2c/i2c-core.c
---------------------------------------------------
i2c adapter层：i2c控制层，初始化i2c控制器
完成将数据写入或读取-从设备硬件
不知道数据具体是什么，但是知道如何操作从设备
drivers/i2c/busses/i2c-s3c2410.c
在内核编译时，确保i2c core和i2c adatper层必须编译进内核：
make menuconfig
Device Drivers --->
-*- I2C support ---> //编译i2c-core.c
I2C Hardware Bus support --->
<*> S3C2410 I2C Driver // i2c-s3c2410.c
编译后如何确定是否有I2C总线以及i2c adapter控制器：
在如下/sys/bus/i2c目录下查看
i2c-0 即 i2c控制器
2、I2C总线与平台总线的结合
两者各司其职，平台总线用于平台升级，由s3c2410-i2c.c就可知
I2C client 和 平台设备pdev都在设备树中描述。
3、在设备树信息添加i2c从设备
i2c信息在设备树的哪个位置？
对应在文件目录下有：/sys/bus/platform/devices
可以看到在内核中默认就有i2c0，那13860000是什么意思，到数据手册看一下
可知，实际上Exynos4412支持9组i2c总线，即有SCL0, SDA0 、SCL1,SDA1... SCL8,SDA8九组i2c总线。
下面以MPU6050为例看一下，i2c从设备与SOC的硬件相关信息
Coreboard
MPU6050对应第6组i2c总线，i2c的控制器基地址为0x138B_0000
MPU6050: 从设备地址是0x68
SOC MPU6050
GPB_3 --- I2C_SCL5
GPB_3 --- I2C_SDA5
GPX3_3 --- GYRO_INT
由于内核中没有i2c5，所以需要人工添加进去
exynos4412-fs4412.dts设备树文件中只包含了一部分i2c信息，在文件开头，dts包含了exynos4412.dtsi文件
逐个打开文件搜索i2c，查看文件包含信息
exynos4412-fs4412.dts -->exynos4412.dtsi-->exynos4x12.dtsi-->exynos4,dtsi
最终在exynos4.dtsi下找到大量i2c信息，其中i2c_0， i2c_5信息如下;
模板：
描述控制器对应的设备树：arch/arm/boot/dts/exynos4.dtsi
1 i2c_0: [email protected] { 2 #address-cells = <1>; 3 #size-cells = <0>; 4 compatible = "samsung,s3c2440-i2c"; 5 reg = <0x13860000 0x100>; 6 interrupts = <0 58 0>; 7 clocks = <&clock 317>; 8 clock-names = "i2c"; 9 pinctrl-names = "default"; 10 pinctrl-0 = <&i2c0_bus>; 11 status = "disabled"; //状态位disable， 12 }; //在内核中不会自动执行adapter控制器的代码 13 14 i2c_5: [email protected] { 15 #address-cells = <1>; 16 #size-cells = <0>; 17 compatible = "samsung,s3c2440-i2c"; 18 reg = <0x138B0000 0x100>; 19 interrupts = <0 63 0>; 20 clocks = <&clock 322>; 21 clock-names = "i2c"; 22 status = "disabled"; 23 }
status = "disabled"; //状态位disable //在内核中不会自动执行adapter控制器的代码
回到exynos4412-fs4412.dts
描述从设备信息的设备树的模板 ：exynos4412-fs4412.dts
1 [email protected] { 2 #address-cells = <1>; 3 #size-cells = <0>; 4 samsung,i2c-sda-delay = <100>; 5 samsung,i2c-max-bus-freq = <20000>; 6 pinctrl-0 = <&i2c0_bus>; 7 pinctrl-names = "default"; 8 status = "okay"; //状态okay 9 10 //子节点：从设备信息--电源管理芯片 11 [email protected] { 12 compatible = "samsung,s5m8767-pmic"; 13 reg = <0x66>; 14 //对应/sys/bus/i2c/devices/i2c_0 -->0_0066 15 } 16 17 }
在内核目录/sys/bus/i2c/devices/i2c_0目录下
新增加i2c从设备
在 arch/arm/boot/dts/exynos4412-fs4412.dts 增加i2c5控制器和它包含了从设备
1)确定i2c从设备的从设备号
看到MPU6050数据手册
mpu6050的AD0接地，低电平，故7位的从设备地址为b 110 1000 --> 0x68
2)确定slave名字 -- 厂商+型号 -- invensense ，mpu6050
1 [email protected] {/*i2c adapter5信息*/ 2 #address-cells = <1>; 3 #size-cells = <0>; 4 samsung,i2c-sda-delay = <100>; 5 samsung,i2c-max-bus-freq = <20000>; 6 pinctrl-0 = <&i2c5_bus>; 7 pinctrl-names = "default"; 8 status = "okay"; 9 10 [email protected] { /*i2c client信息 查数据手册得从设备号为68*/ 11 compatible = "invensense,mpu6050"; 12 reg = <0x68>; 13 }; 14 };
保存后，make dtbs ,更新设备树文件
打开内核目录下平台设备的设备文件
进入adapter 138b0000.i2c
再查看i2c总线下是否有从设备
设置好设备树中的硬件信息，就可以开始写驱动了
4、i2c driver驱动的编写
a， 添加i2c client的信息，必须包含在控制器对应的节点中
b，直接编写i2c driver
1，构建i2c driver，并注册到i2c总线
2，实现probe：
|
申请设备号，实现fops
创建设备文件
通过i2c的接口去初始化i2c从设备
几个常用的对象：
1 struct i2c_driver {//表示是一个从设备的驱动对象
2 int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *);
3 int (*remove)(struct i2c_client *);
4 struct device_driver driver; //继承了父类
5 |
6 const struct of_device_id *of_match_table;
7 const struct i2c_device_id *id_table;//用于做比对，非设备树的情况
8 }
9 注册和注销
10 int i2c_add_driver( struct i2c_driver *driver);
11 void i2c_del_driver(struct i2c_driver *);
12
13
14 struct i2c_client {//描述一个从设备的信息,不需要在代码中创建，因为是由i2c adapter帮我们创建
15 unsigned short addr; //从设备地址，来自于设备树中<reg>
16 char name[I2C_NAME_SIZE]; //用于和i2c driver进行匹配，来自于设备树中compatible
17 struct i2c_adapter *adapter;//指向当前从设备所存在的i2c adapter
18 struct device dev; // 继承了父类
19 };
20 创建i2c client的函数
21 struct i2c_client *i2c_new_device(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_board_info const *info)
22
23
24
25 struct i2c_adapter {//描述一个i2c控制器，也不是我们要构建，原厂的代码会帮我们构建
26 const struct i2c_algorithm *algo; //算法
27 |
28 int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,int num);
29
30 struct device dev; //继承了父类，也会被加入到i2c bus
31 int nr; //编号
32
33 }
34 注册和注销：
35 int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter * adapter);
36 void i2c_del_adapter(struct i2c_adapter * adap);
37
38
39 struct i2c_msg {//描述一个从设备要发送的数据的数据包
40 __u16 addr; //从设备地址，发送给那个从设备
41 __u16 flags; //读1还是写0
42 __u16 len; //发送数据的长度
43 __u8 *buf; //指向数据的指针
44 };
45 //写从设备
46 int i2c_master_send(const struct i2c_client * client,const char * buf,int count)
47 //读从设备
48 int i2c_master_recv(const struct i2c_client * client,char * buf,int count)
49 以上两个函数都调用了：
50 int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num)
5，陀螺仪和加速度工作原理，它们的应用
陀螺仪的作用：
原理：
小时候玩过陀螺，如果给它一定的旋转速度，陀螺会竖立旋转起来而不会倒,
主要因为高速旋转有抗拒方向改变的趋向
陀螺仪就是内部的转子高速旋转，形成一个固定的初始化的参考平面，
这样就可以通过测量初始的参考平面偏差计算出物体的旋转情况
陀螺仪的强项在于测量设备自身的旋转运动
陀螺仪的产生：
1850年法国的物理学家福柯(J.Foucault)为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转子(rotor)，
由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字gyro(旋转)和skopein(看)
两字合为gyro scopei一字来命名这种仪表
陀螺仪的基本部件：
(1) 陀螺转子，转子装在一支架内
(2)内、外环，它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构
内环可环绕平面两轴作自由运动
在内环架外加上一外环架，可以环绕平面做三轴作自由运动
(3) 附件(是指力矩马达、信号传感器等)。
陀螺仪的数据获取：
XYZ分别代表设备围绕XYZ三个轴旋转的角速度，陀螺仪可以捕捉很微小的运动轨迹变化，
因此可以做高分辨率和快速反应的旋转检测，但不能测量当前的运行方向
应用：
1，陀螺仪用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器
2，手机上的摄像头配合使用，比如防抖
3，各类手机游戏的传感器，包括一些第一视角类射击游戏，陀螺仪完整监测游戏者手的位移
手机中的陀螺仪最早被iphone4应用，所以被大家所熟知
4，导航，手机配合GPS，导航能力已经可以达到专用的gps导航仪
重力加速度：
原理：
重力施加在物体上,使它产生一个加速度，重力大小和此物体的质量成正比
物体在不同的运行中，会产生不同的重力，从而可以测量出物体的运动情况
重力加速度的数据获取：
加速度测量传感器有x、y、z三轴，注意在手机上屏幕的坐标，以左上角作为原点的，而且Y向************意区分这两个不同的坐标系。
加速传感器的单位是加速度m/s2。如果手机平放好，x，y在位置为0，
而z轴方向加速度=当前z方向加速度-g。由于g（重力加速度）垂直向下，
则g=-9.81m/s2，即z轴 a=0-(-9.81)=9.81m/s2
应用：
1，图像自动翻转
2，游戏控制
3，计步器功能
6,寄存器：
#define SMPLRT_DIV 0x19 //采样频率寄存器-25 典型值：0x07(125Hz)
//寄存器集合里的数据根据采样频率更新
#define CONFIG 0x1A //配置寄存器-26-典型值：0x06(5Hz)
//DLPF is disabled（DLPF_CFG=0 or 7）
#define GYRO_CONFIG 0x1B//陀螺仪配置-27,可以配置自检和满量程范围
//典型值：0x18(不自检，2000deg/s)
#define ACCEL_CONFIG 0x1C //加速度配置-28 可以配置自检和满量程范围及高通滤波频率
//典型值：0x01(不自检，2G，5Hz)
#define ACCEL_XOUT_H 0x3B //59-65,加速度计测量值 XOUT_H
#define ACCEL_XOUT_L 0x3C // XOUT_L
#define ACCEL_YOUT_H 0x3D //YOUT_H
#define ACCEL_YOUT_L 0x3E //YOUT_L
#define ACCEL_ZOUT_H 0x3F //ZOUT_H
#define ACCEL_ZOUT_L 0x40 //ZOUT_L---64
#define TEMP_OUT_H 0x41 //温度测量值--65
#define TEMP_OUT_L 0x42
#define GYRO_XOUT_H 0x43 //陀螺仪值--67，采样频率（由寄存器 25 定义）写入到这些寄存器
#define GYRO_XOUT_L 0x44
#define GYRO_YOUT_H 0x45
#define GYRO_YOUT_L 0x46
#define GYRO_ZOUT_H 0x47
#define GYRO_ZOUT_L 0x48 //陀螺仪值--72
#define PWR_MGMT_1 0x6B //电源管理 典型值：0x00(正常启用)
7、ioctl: 给驱动发送不同指令
应用程序：
ioctl(fd, cmd, args);
========================================
驱动中：xxx_ioctl()
{
switch(cmd){
}
}
如何定义命令：
1， 直接定义一个数字
#define IOC_GET_ACCEL 0x9999
2, 通过系统的接口
_IO(x,y)
_IOR(x,y,z)
_IOW(x,y,z)
参数1：表示magic，字符
参数2：区分不同命令，整数
参数３：传给驱动数据类型
8,mpu6050的数据
陀螺仪可测范围为 欧拉角格式±250，±500，±1000，±2000°/秒（dps） ，加速度计可测范围为±2，±4，±8，±16g
加速度读取的值为：
AFS_SEL Full scale rang LSB Sensitivy
0 +-2g -----------------------16384 LSB/g
1 +-4g -----------------------8192 LSB/g
2 +-8g -----------------------4096 LSB/g
3 +-16g------------------------2048 LSB/g
温度值：
C = (TEMP_OUT Register Value )/340 + 36.53
陀螺仪值：
FS_SEL Full scale rang LSB Sensitivy
0 +-250 度/s ------------------131 LSB 度/s
1 +-500 度/s ------------------65.5 LSB 度/s
2 +-1000 度/s -----------------32.8 LSB 度/s
3 +-2000 度/s ------------------16.4 LSB 度/s
测试代码：
mpu6050_i2c_drv.c
mpu6050_test.c
mpu6050.h
Makefile
测试·结构