干貨：I2C總線最全教程講解

裸機(jī)操作篇

本文以三星exynos4412為例講解I2C時(shí)序，并掛載在I2C控制器mpu6050陀螺儀的數(shù)據(jù)讀取實(shí)例。通過(guò)本篇文章，讀者可以理解I2C時(shí)序，以及如何基于三星I2C控制實(shí)現(xiàn)裸機(jī)讀取從設(shè)備信息方法。

前言：

I2C（Inter-Integrated Circuit）總線（也稱 IIC 或 I2C） 是有PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及外圍設(shè)備，是微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少、控制方式簡(jiǎn)單、器件封裝形式小、通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。

一、exynos4412 i2c控制器綜述

Exynos4412精簡(jiǎn)指令集微處理器支持4個(gè)IIC總線控制器。為了能使連接在總線上的主和從設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，專用的數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘信號(hào)線SCL被使用，他們都是雙向的。

如果工作在多主機(jī)的IIC總線模式，多個(gè)4412處理器將從從機(jī)那接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)給從機(jī)。在IIC總線上的主機(jī)端4412會(huì)啟動(dòng)或終止一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸。4412的IIC總線控制器會(huì)用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IIC總線仲裁機(jī)制去實(shí)現(xiàn)多主機(jī)和多從機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。

通過(guò)控制如下寄存器以實(shí)現(xiàn)IIC總線上的多主機(jī)操作：

控制寄存器： I2CCON狀態(tài)寄存器： I2CSTATTx/Rx數(shù)據(jù)偏移寄存器： I2CDS地址寄存器： I2CADD

如果I2C總線空閑，那么SCL和SDA信號(hào)線將都為高電平。在SCL為高電平期間，如果SDA有由高到低電平的跳變，那么將啟動(dòng)一個(gè)起始信號(hào)，如果SDA有由低到高電平的跳變，將啟動(dòng)一個(gè)結(jié)束信號(hào)。

主機(jī)端的設(shè)備總是提供起始和停止信號(hào)的一端。在起始信號(hào)被發(fā)出后，一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的前7位被當(dāng)作地址通過(guò)SDA線被傳輸。這個(gè)地制值決定了總線上的主設(shè)備將要選擇那個(gè)從設(shè)備作為傳輸對(duì)象，bit8決定傳輸數(shù)據(jù)的方向（是讀還是寫）。

I2C總線上的數(shù)據(jù)（即在SDA上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)）都是以8位字節(jié)傳輸?shù)?，在總線上傳輸操作的過(guò)程中，對(duì)發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)是沒(méi)有限制的。I2C總線上的主/從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)總是以一個(gè)數(shù)據(jù)的最高位開(kāi)始傳輸（即MSB方式），傳輸完一個(gè)字節(jié)后，應(yīng)答信號(hào)緊接其后。

二、I2C總線接口特性

9個(gè)通道多主、從I2C總線接口。其中8個(gè)通道作為普通接口（即I2C0、I2C1.。..），1個(gè)通道作為HDMI的專用接口。

7位地址模式。串行，8位單向或雙向的數(shù)據(jù)傳輸。在標(biāo)準(zhǔn)模式中，每秒最多可以傳輸100k位，即12.5kB的數(shù)據(jù)量。在快速模式中，每秒最多可以傳輸400k位，即50kB的數(shù)據(jù)量。支持主機(jī)端發(fā)送、接收，從機(jī)端發(fā)送、接收操作。支持中斷和查詢方式。

三、框圖

從上圖可以看出，4412提供4個(gè)寄存器來(lái)完成所有的IIC操作。SDA線上的數(shù)據(jù)從IICDS寄存器經(jīng)過(guò)移位寄存器發(fā)出，或通過(guò)移位寄存器傳入IICDS寄器；IICADD寄存器中保存4412當(dāng)做從機(jī)時(shí)的地址；IICCON、IICSTAT兩個(gè)寄存器用來(lái)控制或標(biāo)識(shí)各種狀態(tài)，比如選擇工作工作模式，發(fā)出S信號(hào)、P信號(hào)，決定是否發(fā)出ACK信號(hào)，檢測(cè)是否接收到ACK信號(hào)。

四、I2C總線接口操作

針對(duì)4412處理器的I2C總線接口，具備4種操作模式：

1 -- 主機(jī)發(fā)送模式2 -- 主機(jī)接收模式3 -- 從機(jī)發(fā)送模式4 -- 從機(jī)接收模式

下面將描述這些操作模式之間的功能關(guān)系：

0、數(shù)據(jù)有效性

SDA線上的數(shù)據(jù)必須在時(shí)鐘的高電平周期保持穩(wěn)定。數(shù)據(jù)線的高或低電平狀態(tài)IIC位傳輸數(shù)據(jù)的有效性在SCL線的時(shí)鐘信號(hào)是低電平才能改變。

1. 開(kāi)始和停止條件

當(dāng)4412的I2C接口空閑時(shí)，它往往工作在從機(jī)模式?；蛘哒f(shuō)，4412的的i2c接口在SDA線上察覺(jué)到一個(gè)起始信號(hào)之前它應(yīng)該工作在從機(jī)模式。當(dāng)控制器改變4412的i2c接口的工作模式為主機(jī)模式后，SDA線上發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸并且控制器會(huì)產(chǎn)生SCL時(shí)鐘信號(hào)。

開(kāi)始條件通過(guò)SDA線進(jìn)行串行的字節(jié)傳輸，一個(gè)停止信號(hào)終止數(shù)據(jù)傳輸，停止信號(hào)是指SCL在高電平器件SDA線有從低到高電平的跳變，主機(jī)端產(chǎn)生起始和停止條件。當(dāng)主、從設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)起始信號(hào)后，I2C總線將進(jìn)入忙狀態(tài)。這里需要說(shuō)明的是上述主從設(shè)備都有可能作為主機(jī)端。

當(dāng)一個(gè)主機(jī)發(fā)送了一個(gè)起始信號(hào)后，它也應(yīng)該發(fā)送一個(gè)從機(jī)地址以通知總線上的從設(shè)備。這個(gè)地址字節(jié)的低7位表示從設(shè)備地址，最高位表示傳輸數(shù)據(jù)的方向，即主機(jī)將要進(jìn)行讀還是寫。當(dāng)最高位是0時(shí)，它將發(fā)起一個(gè)寫操作（發(fā)送操作）；當(dāng)最高位是1時(shí)，它將發(fā)起一個(gè)讀數(shù)據(jù)的請(qǐng)求（接收操作）。

主機(jī)端發(fā)起一個(gè)結(jié)束信號(hào)以完成傳輸操作，如果主機(jī)端想在總線上繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，它將發(fā)出另外一個(gè)起始信號(hào)和從設(shè)備地址。用這樣的方式，它們可以用各種各樣的格式進(jìn)行讀寫操作。

下圖為起始和停止信號(hào)：

2. 數(shù)據(jù)傳輸格式

放到SDA線上的所有字節(jié)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度應(yīng)該為8位，在每次傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)傳輸數(shù)據(jù)量沒(méi)有限制。在起始信號(hào)后的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)應(yīng)該包含地址字段，當(dāng)4412的I2C接口被設(shè)置為主模式時(shí)，地址字節(jié)應(yīng)該由控制器端發(fā)出。在每個(gè)字節(jié)后，應(yīng)該有一個(gè)應(yīng)答位。

如果從機(jī)要完成一些其他功能后（例如一個(gè)內(nèi)部中斷服務(wù)程序）才能繼續(xù)接收或發(fā)送下一個(gè)字節(jié)，從機(jī)可以拉低SCL迫使主機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好接收下一個(gè)數(shù)據(jù)并釋放SCL后，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)。如果主機(jī)在傳輸數(shù)據(jù)期間也需要完成一些其他功能（例如一個(gè)內(nèi)部中斷服務(wù)程序）也可以拉低SCL以占住總線。

下面的圖中將說(shuō)明數(shù)據(jù)傳輸格式：

上圖中說(shuō)明，在傳輸完每個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，都會(huì)有一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，這個(gè)應(yīng)答信號(hào)在第9個(gè)時(shí)鐘周期。具體過(guò)程如下（注意下面描述的讀寫過(guò)程都是針對(duì) 4412處理器而言，當(dāng)有具體的I2C設(shè)備與4412相連時(shí)，數(shù)據(jù)表示什么需要看具體的I2C設(shè)備，4412是不知道數(shù)據(jù)的含義的）：

寫過(guò)程：主機(jī)發(fā)送一個(gè)起始信號(hào)S→發(fā)送從機(jī)7位地址和1位方向，方向位表示寫→主機(jī)釋放SDA線方便從機(jī)給回應(yīng)→有從機(jī)匹配到地址，拉低SDA線作為ACK→主機(jī)重新獲得SDA傳輸8位數(shù)據(jù)→主機(jī)釋放SDA線方便從機(jī)給回應(yīng)→從機(jī)收到數(shù)據(jù)拉低SDA線作為ACK告訴主機(jī)數(shù)據(jù)接收成功→主機(jī)發(fā)出停止信號(hào)。

讀過(guò)程：主機(jī)發(fā)送一個(gè)起始信號(hào)S→發(fā)送從機(jī)7位地址和1位方向，方向位表示讀→主機(jī)釋放SDA線方便從機(jī)給回應(yīng)→有從機(jī)匹配到地址，拉低SDA線作為ACK→從機(jī)繼續(xù)占用SDA線，用SDA傳輸8位數(shù)據(jù)給主機(jī)→從機(jī)釋放SDA線（拉高）方便主機(jī)給回應(yīng)→主機(jī)接收到數(shù)據(jù)→主機(jī)獲得SDA線控制并拉低SDA線作為ACK告訴從機(jī)數(shù)據(jù)接收成功→主機(jī)發(fā)出停止信號(hào)。注意：在具體的I2C通信時(shí)，要看I2C設(shè)備才能確定讀寫時(shí)序，比如下面即將描述的第七大點(diǎn)中的示例，讀寫EEPROM中就會(huì)說(shuō)道具體的數(shù)據(jù)含義，讀寫過(guò)程。

3. 應(yīng)答信號(hào)的傳輸

為了完成一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸，接收方將發(fā)送一個(gè)應(yīng)答位給發(fā)送方。應(yīng)答信號(hào)出現(xiàn)在SCL線上的時(shí)鐘周期中的第九個(gè)時(shí)鐘周期，為了發(fā)送或接收1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，主機(jī)端會(huì)產(chǎn)生8個(gè)時(shí)鐘周期，為了傳輸一個(gè)ACK位，主機(jī)端需要產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖。

ACK時(shí)鐘脈沖到來(lái)之際，發(fā)送方會(huì)在SDA線上設(shè)置高電平以釋放SDA線。在ACK時(shí)鐘脈沖之間，接收方會(huì)驅(qū)動(dòng)和保持SDA線為低電平，這發(fā)生在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖為高電平期間。應(yīng)答信號(hào)為低電平時(shí)，規(guī)定為有效應(yīng)答位（ACK簡(jiǎn)稱應(yīng)答位），表示接收器已經(jīng)成功地接收了該字節(jié)；應(yīng)答信號(hào)為高電平時(shí)，規(guī)定為非應(yīng)答位（NACK），一般表示接收器接收該字節(jié)沒(méi)有成功。對(duì)于反饋有效應(yīng)答位ACK的要求是，接收器在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖之前的低電平期間將SDA線拉低，并且確保在該時(shí)鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。如果接收器是主控器，則在它收到最后一個(gè)字節(jié)后，發(fā)送一個(gè)NACK信號(hào)（即不發(fā)出ACK信號(hào)），以通知被控發(fā)送器結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送，并釋放SDA線，以便主控接收器發(fā)送一個(gè)停止信號(hào)P。

4. 讀寫操作

當(dāng)I2C控制器在發(fā)送模式下發(fā)送數(shù)據(jù)后，I2C總線接口將等待直到移位寄存器（I2CDS）接收到一個(gè)數(shù)據(jù)。在往此寄存器寫入一個(gè)新數(shù)據(jù)前，SCL線應(yīng)該保持為低電平，寫完數(shù)據(jù)后，I2C控制器將釋放SCL線。當(dāng)前正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸完成后，4412會(huì)捕捉到一個(gè)中斷，然后cpu將開(kāi)始往I2CDS寄存器中寫入一個(gè)新的數(shù)據(jù)。

當(dāng)I2C控制器在接收模式下接收到數(shù)據(jù)后，I2C總線接口將等待直到I2CDS寄存器被讀。在讀到新數(shù)據(jù)之前，SCL線會(huì)被保持為低電平，讀到數(shù)據(jù)后I2C控制器將釋放掉SCL線。一個(gè)新數(shù)據(jù)接收完成后，4412將收到一個(gè)中斷，cpu收到這個(gè)中斷請(qǐng)求后，它將從I2CDS寄存器中讀取數(shù)據(jù)。

5. 總線仲裁機(jī)制

總線上可能掛接有多個(gè)器件，有時(shí)會(huì)發(fā)生兩個(gè)或多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線的情況，這種情況叫做總線競(jìng)爭(zhēng)。I2C總線具有多主控能力，可以對(duì)發(fā)生在SDA線上的總線競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)行仲裁，其仲裁原則是這樣的：當(dāng)多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線時(shí)，如果某個(gè)主器件發(fā)送高電平，而另一個(gè)主器件發(fā)送低電平，則發(fā)送電平與此時(shí)SDA總線電平不符的那個(gè)器件將自動(dòng)關(guān)閉其輸出級(jí)?？偩€競(jìng)爭(zhēng)的仲裁是在兩個(gè)層次上進(jìn)行的。首先是地址位的比較，如果主器件尋址同一個(gè)從器件，則進(jìn)入數(shù)據(jù)位的比較，從而確保了競(jìng)爭(zhēng)仲裁的可靠性。由于是利用I2C總線上的信息進(jìn)行仲裁，因此不會(huì)造成信息的丟失。

6. 終止條件

當(dāng)一個(gè)從接收者不能識(shí)別從地址時(shí)，它將保持SDA線為高電平。在這樣的情況下，主機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)停止信號(hào)并且取消數(shù)據(jù)的傳輸。當(dāng)終止傳輸產(chǎn)生后，主機(jī)端接收器會(huì)通過(guò)取消ACK的產(chǎn)生以告訴從機(jī)端發(fā)送器結(jié)束發(fā)送操作。這將在主機(jī)端接收器接收到從機(jī)端發(fā)送器發(fā)送的最后一個(gè)字節(jié)之后發(fā)生，為了讓主機(jī)端產(chǎn)生一個(gè)停止條件，從機(jī)端發(fā)送者將釋放SDA線。

7. 配置I2C總線

如果要設(shè)置I2C總線中SCL時(shí)鐘信號(hào)的頻率，可以在I2CCON寄存器中設(shè)置4位分頻器的值。I2C總線接口地址值存放在I2C總線地址寄存器（I2CADD）中，默認(rèn)值未知。

8. 每種模式下的操作流程圖

在I2C總線上執(zhí)行任何的收發(fā)Tx/Rx操作前，應(yīng)該做如下配置：（1）在I2CADD寄存器中寫入從設(shè)備地址（2）設(shè)置I2CCON控制寄存器 a. 使能中斷 b. 定義SCL頻率（3）設(shè)置I2CSTAT寄存器以使能串行輸出

下圖為主設(shè)備發(fā)送模式

下圖為主設(shè)備接收模式

下圖為從設(shè)備發(fā)送模式

下圖為從設(shè)備接收

模式

1-- I2C總線控制寄存器

IICCON寄存器用于控制是否發(fā)出ACK信號(hào)、設(shè)置發(fā)送器的時(shí)鐘、開(kāi)啟I2C中斷，并標(biāo)識(shí)中斷是否發(fā)生

使用IICCON寄存器時(shí)，有如下注意事項(xiàng)

1）、發(fā)送模式的時(shí)鐘頻率由位［6］、位［3:0］聯(lián)合決定。另外，當(dāng)IICCON［6］=0時(shí)，IICCON［3:0］不能取0或1。

2）、位［4］用來(lái)標(biāo)識(shí)是否有I2C中斷發(fā)生，讀出為0時(shí)標(biāo)識(shí)沒(méi)有中斷發(fā)生，讀出為1時(shí)標(biāo)識(shí)有中斷發(fā)生。當(dāng)此位為1時(shí)，SCL線被拉低，此時(shí)所以I2C傳輸停止;如果要繼續(xù)傳輸，需寫入0清除它。

中斷在以下3種情況下發(fā)生：

1 -- 當(dāng)發(fā)送地址信息或接收到一個(gè)從機(jī)地址并且吻合時(shí)；

2 -- 當(dāng)總線仲裁失敗時(shí)；

3 -- 當(dāng)發(fā)送/接收完一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)（包括響應(yīng)位）時(shí)；

3）、基于SDA、SCL線上時(shí)間特性的考慮，要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先將數(shù)據(jù)寫入IICDS寄存器，然后再清除中斷。

4）、如果IICCON［5］=0，IICCON［4］將不能正常工作，所以，即使不使用I2C中斷，也要將IICCON［5］設(shè)為1.

2 -- I2C狀態(tài)寄存器

IICSTAT寄存器用于選擇I2C接口的工作模式，發(fā)出S信號(hào)、P信號(hào)，使能接收/發(fā)送功能，并標(biāo)識(shí)各種狀態(tài)，比如總線仲裁是否成功、作為從機(jī)時(shí)是否被尋址、是否接收到0地址、是否接收到ACK信號(hào)等。

3 -- I2C數(shù)據(jù)發(fā)送/接收移位寄存器

fs4412的i2c總線上掛載了mpu6050

mpu6050每次讀取或者要寫入數(shù)據(jù)時(shí)，必須先告知從設(shè)備要操作的內(nèi)部寄存器地址（RA），然后緊跟著讀取或者寫入數(shù)據(jù)（DATA），內(nèi)部寄存器的配置和讀取一次最多1個(gè)data，交互時(shí)序如下：

【注意】上述兩個(gè)時(shí)序非常重要，后續(xù)我們要編寫基于linux的驅(qū)動(dòng)編寫i2c_msg也要基于上述時(shí)序來(lái)實(shí)現(xiàn)。

【寄存器使用規(guī)則】

下面先提前講一下具體應(yīng)用中如何啟動(dòng)和恢復(fù)IIC的傳輸

啟動(dòng)或恢復(fù)4412的I2C傳輸有以下兩種方法。

1） 當(dāng)IICCON［4］即中斷狀態(tài)位為0時(shí)，通過(guò)寫IICSTAT寄存器啟動(dòng)I2C操作。有以下兩種情況。

1--在主機(jī)模式，

令I(lǐng)ICSTAT［5:4］等于0b11，將發(fā)出S信號(hào)和IICDS寄存器的數(shù)據(jù)（尋址），

令I(lǐng)ICSTAT［5:4］等于0b01，將發(fā)出P信號(hào)。

2--在從機(jī)模式，令I(lǐng)ICSTAT［4］等于1將等待其他主機(jī)發(fā)出S信號(hào)及地址信息。

2）當(dāng)IICCON［4］即中斷狀態(tài)為1時(shí)，表示I2C操作被暫停。在這期間設(shè)置好其他寄存器之后，向IICCON［4］寫入0即可恢復(fù)I2C操作。所謂“設(shè)置其他寄存器”，有以下三種情況：

1--對(duì)于主機(jī)模式，可以按照上面1的方法寫IICSTAT寄存器，恢復(fù)I2C操作后即可發(fā)出S信號(hào)和IICDS寄存器的值（尋址），或發(fā)出P信號(hào)。

2--對(duì)于發(fā)送器，可以將下一個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入IICDS寄存器中，恢復(fù)I2C操作后即可發(fā)出這個(gè)數(shù)據(jù)。

3--對(duì)于接收器，可以從IICDS寄存器讀出接收到的數(shù)據(jù)。最后向IICCON［4］寫入0的同時(shí)，設(shè)置IICCON［7］以決定是否在接收到下一個(gè)數(shù)據(jù)后是否發(fā)出ACK信號(hào)。

【MPU6050硬件電路圖】（實(shí)際板子電路圖不一定和下面一樣，具體問(wèn)題具體分析，本例參考exynos-fs4412開(kāi)發(fā)板）

1 AD0接地的 值為 0

所以從設(shè)備地址為0x86

2 SCL、SDA連接的i2c_SCL5、i2c_SDA5

由此可得這兩個(gè)信號(hào)線復(fù)用了GPIO的GPB的2、3引腳

3 查閱exynos4412 datasheet 6.2.2 Part 1可得

所以設(shè)置GPIO 的 GPB 【15：8】= 0x33 即可

下面是個(gè)IIC總線實(shí)例：

用IIC總線實(shí)現(xiàn)CPU與MPU-6050的數(shù)據(jù)查詢

具體代碼如下：

#include “exynos_4412.h”

//****************************************// MPU6050常用內(nèi)部地址，以下地址在mpu6050內(nèi)部//****************************************#define SMPLRT_DIV 0x19 //陀螺儀采樣率，典型值：0x07（125Hz）#define CONFIG 0x1A //低通濾波頻率，典型值：0x06（5Hz）#define GYRO_CONFIG 0x1B //陀螺儀自檢及測(cè)量范圍，典型值：0x18（不自檢，2000deg/s）#define ACCEL_CONFIG 0x1C //加速計(jì)自檢、測(cè)量范圍及高通濾波頻率，典型值：0x01（不自檢，2G，5Hz）#define ACCEL_XOUT_H 0x3B#define ACCEL_XOUT_L 0x3C#define ACCEL_YOUT_H 0x3D#define ACCEL_YOUT_L 0x3E#define ACCEL_ZOUT_H 0x3F#define ACCEL_ZOUT_L 0x40#define TEMP_OUT_H 0x41#define TEMP_OUT_L 0x42#define GYRO_XOUT_H 0x43#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#define PWR_MGMT_1 0x6B //電源管理，典型值：0x00（正常啟用）#define WHO_AM_I 0x75 //IIC地址寄存器（默認(rèn)數(shù)值0x68，只讀）#define SlaveAddress 0xD0 //IIC寫入時(shí)的地址字節(jié)數(shù)據(jù)，+1為讀取

void mydelay_ms（int time）{int i， j;while（time--）{for （i = 0; i 《 5; i++）for （j = 0; j 《 514; j++）;}}/********************************************************************** * @brief iic read a byte program body * @param［in］ slave_addr， addr， &data * @return None **********************************************************************/void iic_read（unsigned char slave_addr， unsigned char addr， unsigned char *data）{/*根據(jù)mpu6050的datasheet，要讀取數(shù)據(jù)必須先執(zhí)行寫操作：寫入一個(gè)從設(shè)備地址，

然后執(zhí)行讀操作，才能讀取到該內(nèi)部寄存器的內(nèi)容*/

I2C5.I2CDS = slave_addr; //將從機(jī)地址寫入I2CDS寄存器中I2C5.I2CCON = （1 《《 7）|（1 《《 6）|（1 《《 5）; //設(shè)置時(shí)鐘并使能中斷I2C5.I2CSTAT = 0xf0; //［7:6］設(shè)置為0b11，主機(jī)發(fā)送模式；//往［5：4］位寫0b11，即產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)，發(fā)出IICDS寄存器中的地址

while（?。↖2C5.I2CCON & （1 《《 4）））; // 等待傳輸結(jié)束，傳輸結(jié)束后，I2CCON ［4］位為1，標(biāo)識(shí)有中斷發(fā)生；// 此位為1時(shí)，SCL線被拉低，此時(shí)I2C傳輸停止；I2C5.I2CDS = addr; //寫命令值I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & （~（1 《《 4））;// I2CCON ［4］位清0，繼續(xù)傳輸

while（！（I2C5.I2CCON & （1 《《 4）））;// 等待傳輸結(jié)束I2C5.I2CSTAT = 0xD0; // I2CSTAT［5:4］位寫0b01，發(fā)出停止信號(hào)

I2C5.I2CDS = slave_addr | 1; //表示要讀出數(shù)據(jù)I2C5.I2CCON = （1 《《 7）|（1 《《 6） |（1 《《 5） ; //設(shè)置時(shí)鐘并使能中斷I2C5.I2CSTAT = 0xb0;//［7:6］位0b10，主機(jī)接收模式；

//往［5：4］位寫0b11，即產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)，發(fā)出IICDS寄存器中的地址

// I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & （~（1 《《 4））; 如果強(qiáng)行關(guān)閉，將讀取不到數(shù)據(jù)

while（！（I2C5.I2CCON & （1 《《 4）））;//等待傳輸結(jié)束，接收數(shù)據(jù)

I2C5.I2CCON &= ~（（1《《7）|（1 《《 4））;/* Resume the operation & no ack*/ // I2CCON ［4］位清0，繼續(xù)傳輸，接收數(shù)據(jù)，

// 主機(jī)接收器接收到最后一字節(jié)數(shù)據(jù)后，不發(fā)出應(yīng)答信號(hào) no ack // 從機(jī)發(fā)送器釋放SDA線，以允許主機(jī)發(fā)出P信號(hào)，停止傳輸；

while（?。↖2C5.I2CCON & （1 《《 4）））;// 等待傳輸結(jié)束

I2C5.I2CSTAT = 0x90;*data = I2C5.I2CDS;I2C5.I2CCON &= ~（1《《4）; /*clean interrupt pending bit */

mydelay_ms（10）;*data = I2C5.I2CDS;

}/********************************************************************** * @brief iic write a byte program body * @param［in］ slave_addr， addr， data * @return None **********************************************************************/void iic_write （unsigned char slave_addr， unsigned char addr， unsigned char data）{I2C5.I2CDS = slave_addr;I2C5.I2CCON = （1 《《 7）|（1 《《 6）|（1 《《 5） ;I2C5.I2CSTAT = 0xf0;while（?。↖2C5.I2CCON & （1 《《 4）））;

I2C5.I2CDS = addr;I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & （~（1 《《 4））;while（！（I2C5.I2CCON & （1 《《 4）））;

I2C5.I2CDS = data;I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & （~（1 《《 4））;while（?。↖2C5.I2CCON & （1 《《 4）））;

I2C5.I2CSTAT = 0xd0;I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & （~（1 《《 4））;mydelay_ms（10）;

}

void MPU6050_Init （）{iic_write（SlaveAddress， PWR_MGMT_1， 0x00）;iic_write（SlaveAddress， SMPLRT_DIV， 0x07）;iic_write（SlaveAddress， CONFIG， 0x06）;iic_write（SlaveAddress， GYRO_CONFIG， 0x18）;iic_write（SlaveAddress， ACCEL_CONFIG， 0x01）;}/*讀取mpu6050某個(gè)內(nèi)部寄存器的內(nèi)容*/int get_data（unsigned char addr）{char data_h， data_l;iic_read（SlaveAddress， addr， &data_h）;iic_read（SlaveAddress， addr+1， &data_l）;return （data_h《《8）|data_l;}

/* * 裸機(jī)代碼，不同于LINUX 應(yīng)用層， 一定加循環(huán)控制 */int main（void）{int data;

unsigned char zvalue;GPB.CON = （GPB.CON & ~（0xff《《8）） | 0x33《《8; // GPBCON［3］， I2C_5_SCL GPBCON［2］， I2C_5_SDAmydelay_ms（100）;uart_init（）;

/*---------------------------------------------------------------------*/I2C5.I2CSTAT = 0xD0;I2C5.I2CCON &= ~（1《《4）; /*clean interrupt pending bit *//*---------------------------------------------------------------------*/

mydelay_ms（100）;MPU6050_Init（）;mydelay_ms（100）;

printf（“

********** I2C test??！ ***********

”）;

while（1）{//Turn on

data = get_data（GYRO_ZOUT_H）;printf（“ GYRO --》 Z 《--- %x”， data）;data = get_data（GYRO_XOUT_H）;printf（“ GYRO --》 X 《--- %x”， data）;printf（“

”）;mydelay_ms（1000）;}return 0;}實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：********** I2C test??！ *********** GYRO --》 Z 《--- 1c GYRO --》 X 《--- feda GYRO --》 Z 《--- fefc GYRO --》 X 《--- fed6 GYRO --》 Z 《--- fefe GYRO --》 X 《--- fed6 GYRO --》 Z 《--- fefe GYRO --》 X 《--- fedc GYRO --》 Z 《--- fefe GYRO --》 X 《--- feda GYRO --》 Z 《--- fefc GYRO --》 X 《--- fed6 GYRO --》 Z 《--- fefe GYRO --》 X 《--- feda GYRO --》 Z 《--- fcf2 GYRO --》 X 《--- 202 GYRO --》 Z 《--- ec GYRO --》 X 《--- faa0 GYRO --》 Z 《--- 4c GYRO --》 X 《--- e GYRO --》 Z 《--- fe GYRO --》 X 《--- fed8 GYRO --》 Z 《--- 0 GYRO --》 X 《--- fede GYRO --》 Z 《--- 0 GYRO --》 X 《--- feda

讀寫操作代碼解析：

寫入一個(gè)數(shù)據(jù)流程

讀數(shù)據(jù)流程

02

驅(qū)動(dòng)篇-之基于linux的mpu6050驅(qū)動(dòng)

本文以三星exynos4412為例講解mpu6050陀螺儀的數(shù)據(jù)讀取驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)本篇文章，讀者可以掌握基于Linux驅(qū)動(dòng)I2C編寫方法。

I2C核心（i2c_core）

I2C核心維護(hù)了i2c_bus結(jié)構(gòu)體，提供了I2C總線驅(qū)動(dòng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)的注冊(cè)、注銷方法，維護(hù)了I2C總線的驅(qū)動(dòng)、設(shè)備鏈表，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備、驅(qū)動(dòng)的匹配探測(cè)。此部分代碼由Linux內(nèi)核提供。

I2C總線驅(qū)動(dòng)

I2C總線驅(qū)動(dòng)維護(hù)了I2C適配器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（i2c_adapter）和適配器的通信方法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（i2c_algorithm）。所以I2C總線驅(qū)動(dòng)可控制I2C適配器產(chǎn)生start、stop、ACK等。此部分代碼由具體的芯片廠商提供，比如Samsung、高通。

I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)

I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)主要維護(hù)兩個(gè)結(jié)構(gòu)體：i2c_driver和i2c_client，實(shí)現(xiàn)和用戶交互的文件操作集合fops、cdev等。此部分代碼就是驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)者需要完成的。

Linux內(nèi)核中描述I2C的四個(gè)核心結(jié)構(gòu)體

1）i2c_client—掛在I2C總線上的I2C從設(shè)備

每一個(gè)i2c從設(shè)備都需要用一個(gè)i2c_client結(jié)構(gòu)體來(lái)描述，i2c_client對(duì)應(yīng)真實(shí)的i2c物理設(shè)備device。

但是i2c_client不是我們自己寫程序去創(chuàng)建的，而是通過(guò)以下常用的方式自動(dòng)創(chuàng)建的：

方法一： 分配、設(shè)置、注冊(cè)i2c_board_info方法二： 獲取adapter調(diào)用i2c_new_device方法三： 通過(guò)設(shè)備樹(shù)（devicetree）創(chuàng)建

方法1和方法2通過(guò)platform創(chuàng)建，這兩種方法在內(nèi)核3.0版本以前使用所以在這不詳細(xì)介紹；方法3是最新的方法，3.0版本之后的內(nèi)核都是通過(guò)這種方式創(chuàng)建的，文章后面的案例就按方法3。

2）i2c_adapter

I2C總線適配器，即soc中的I2C總線控制器，硬件上每一對(duì)I2C總線都對(duì)應(yīng)一個(gè)適配器來(lái)控制它。在Linux內(nèi)核代碼中，每一個(gè)adapter提供了一個(gè)描述它的結(jié)構(gòu)（struct i2c_adapter），再通過(guò)i2c core層將i2c設(shè)備與i2c adapter關(guān)聯(lián)起來(lái)。主要用來(lái)完成i2c總線控制器相關(guān)的數(shù)據(jù)通信，此結(jié)構(gòu)體在芯片廠商提供的代碼中維護(hù)。

3）i2c_algorithm

I2C總線數(shù)據(jù)通信算法，通過(guò)管理I2C總線控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)I2C總線上數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等操作。亦可以理解為I2C總線控制器（適配器adapter）對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，每一個(gè)適配器對(duì)應(yīng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，用來(lái)描述適配器和設(shè)備之間的通信方法，由芯片廠商去實(shí)現(xiàn)的。

4）i2c_driver

用于管理I2C的驅(qū)動(dòng)程序和i2c設(shè)備（client）的匹配探測(cè)，實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用層交互的文件操作集合fops、cdev等。

填寫設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)信息：

硬件電路圖如下：

由上圖所示硬件使用的是I2C通道5，

查找exnos4412的datasheet 29.6.1節(jié)，對(duì)應(yīng)的基地址為0x138B0000。

由上圖可知中斷引腳復(fù)用的是GPX3_3。

參考I2C最全干貨-（1）裸機(jī)操作篇 ，mpu6050從設(shè)備地址為0x68。

綜上設(shè)備樹(shù)中描述I2C設(shè)備信息

i2c@138B0000 { 基地址是 138B0000 samsung，i2c-sda-delay = 《100》; samsung，i2c-max-bus-freq = 《20000》; pinctrl-0 =《&i2c5_bus》; 通道5 pinctrl-names = “default”; status = “okay”; mpu6050-3-asix@68 { compatible = “invensense，mpu6050”; reg= 《0x68》; 從設(shè)備地址 interrupt-parent = 《&gpx3》; 中斷父節(jié)點(diǎn) interrupts= 《3 2》; 中斷index=3，中斷觸發(fā)方式：下降沿觸發(fā) }; };其中 外面節(jié)點(diǎn) i2c@138B0000{}是i2c控制器設(shè)備樹(shù)信息，子節(jié)點(diǎn) mpu6050-3-asix@68{}是從設(shè)備mpu6050的設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)信息。

結(jié)構(gòu)體之間關(guān)系如下：

1. 設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)分為控制器和從設(shè)備兩部分，控制器節(jié)點(diǎn)信息會(huì)通過(guò)platform總線與控制器驅(qū)動(dòng)匹配，

控制器驅(qū)動(dòng)已經(jīng)由內(nèi)核提供，結(jié)構(gòu)體如下：

2. 從設(shè)備節(jié)點(diǎn)信息最終會(huì)通過(guò)i2c_bus與i2c_driver匹配，i2c_driver需要由開(kāi)發(fā)者自己注冊(cè)，并實(shí)現(xiàn)字符設(shè)備接口和創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)/dev/mpu6050；

3. 用戶通過(guò)字符設(shè)備節(jié)點(diǎn)/dev/mpu6050調(diào)用內(nèi)核的注冊(cè)的接口函數(shù)mpu6050_read_byte、mpu6050_write_byte；

4. 內(nèi)核的i2c core模塊提供了i2c協(xié)議相關(guān)的核心函數(shù)，在實(shí)現(xiàn)讀寫操作的時(shí)候，需要通過(guò)一個(gè)重要的函數(shù)i2c_transfer（），這個(gè)函數(shù)是i2c核心提供給設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，通過(guò)它發(fā)送的數(shù)據(jù)需要被打包成i2c_msg結(jié)構(gòu)，這個(gè)函數(shù)最終會(huì)回調(diào)相應(yīng)i2c_adapter-》i2c_algorithm-》master_xfer（）接口將i2c_msg對(duì)象發(fā)送到i2c物理控制器。

應(yīng)用實(shí)例，實(shí)現(xiàn)mpu6050驅(qū)動(dòng)，讀取溫度：

【注】實(shí)例所用soc是exynos4412，為三星公司所出品，所以i2c控制器設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)信息可以參考linux內(nèi)核根目錄以下文件：Documentationdevicetreeindingsi2ci2c-s3c2410.txt。不同的公司設(shè)計(jì)的i2c控制器設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)信息填寫格式不盡相同，需要根據(jù)具體產(chǎn)品填寫。

編寫驅(qū)動(dòng)代碼

分配、設(shè)置、注冊(cè)i2c_driver結(jié)構(gòu)體

i2c總線驅(qū)動(dòng)模型屬于設(shè)備模型中的一類，同樣struct i2c_driver結(jié)構(gòu)體繼承于struct driver，匹配方法和設(shè)備模型中講的一樣，這里要去匹配設(shè)備樹(shù)，所以必須實(shí)現(xiàn)i2c_driver結(jié)構(gòu)體中的driver成員中的of_match_table成員：

如果和設(shè)備樹(shù)匹配成功，那么就會(huì)調(diào)用probe函數(shù)

實(shí)現(xiàn)文件操作集合

如何填充i2c_msg？

根據(jù)mpu6050的datasheet可知，向mpu6050寫入1個(gè)data和讀取1個(gè)值的時(shí)序分別如下圖所示。

基于Linux的i2c架構(gòu)編寫驅(qū)動(dòng)程序，我們需要用struct i2c_msg結(jié)構(gòu)體來(lái)表示上述所有信息。

編寫i2c_msg信息原則如下：

1. 有幾個(gè)S信號(hào)，msg數(shù)組就要有幾個(gè)元素；2. addr為從設(shè)備地址，通過(guò)i2c總線調(diào)用注冊(cè)的probe函數(shù)的參數(shù)i2c_client傳遞下來(lái)；3. len的長(zhǎng)度不包括S、AD、ACK、P；4. buf為要發(fā)送或者要讀取的DATA的內(nèi)存地址。綜上所述：1. Single-Byte Write Sequence時(shí)序只需要1個(gè)i2c_msg，len值為2，buf內(nèi)容為是RA、DATA；2. Single-Byte Read Sequence時(shí)序需要2個(gè)i2c_msg，len值分別都為1，第1個(gè)msg的buf是RA，第2個(gè)msg的buf緩沖區(qū)用于存取從設(shè)備發(fā)送的DATA。

03

驅(qū)動(dòng)篇-之內(nèi)核架構(gòu)分析

通過(guò)前兩章的講解，大家對(duì)在裸機(jī)下讀寫mpu6050和基于Linux的內(nèi)核I2C框架如何編寫mpu6050驅(qū)動(dòng)都已經(jīng)有了一定了解。本文以linux3.14.0為參考， 討論Linux中的i2c控制器驅(qū)動(dòng)是的。

驅(qū)動(dòng)入口

三星的i2c控制器驅(qū)動(dòng)是基于platform總線實(shí)現(xiàn)的，struct platform_driver定義如下：

當(dāng)設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)信息的compatible信息和注冊(cè)的platform_driver.driver. of_match_table字符串會(huì)通過(guò)platform總線的macth方法進(jìn)行配對(duì)，匹配成功后會(huì)調(diào)用probe函數(shù)s3c24xx_i2c_probe（）；

驅(qū)核心結(jié)構(gòu)

要理解i2c的內(nèi)核架構(gòu)首先必須了解一下這幾個(gè)機(jī)構(gòu)體：

s3c24xx_i2c

該結(jié)構(gòu)體是三星i2c控制器專用結(jié)構(gòu)體，描述了控制器的所有資源，包括用于等待中斷喚醒的等待隊(duì)列、傳輸i2c_msg的臨時(shí)指針、記錄與硬件通信的狀態(tài)、中斷號(hào)、控制器基地址、時(shí)鐘、i2c_adapter、設(shè)備樹(shù)信息pdata等。i2c控制器初始化的時(shí)候會(huì)為該控制器創(chuàng)建該結(jié)構(gòu)體變量，并初始化之。

i2c_adapter

對(duì)象實(shí)現(xiàn)了一組通過(guò)一個(gè)i2c控制器發(fā)送消息的所有信息， 包括時(shí)序， 地址等等， 即封裝了i2c控制器的“控制信息”。它被i2c主機(jī)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建， 通過(guò)clien域和i2c_client和i2c_driver相連， 這樣設(shè)備端驅(qū)動(dòng)就可以通過(guò)其中的方法以及i2c物理控制器來(lái)和一個(gè)i2c總線的物理設(shè)備進(jìn)行交互。

i2c_algorithm

描述一個(gè)i2c主機(jī)的發(fā)送時(shí)序的信息，該類的對(duì)象algo是i2c_adapter的一個(gè)域，其中注冊(cè)的函數(shù)master_xfer（）最終被設(shè)備驅(qū)動(dòng)端的i2c_transfer（）回調(diào)。

i2c_msg

描述一個(gè)在設(shè)備端和主機(jī)端之間進(jìn)行流動(dòng)的數(shù)據(jù)， 在設(shè)備驅(qū)動(dòng)中打包并通過(guò)i2c_transfer（）發(fā)送。相當(dāng)于skbuf之于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，urb之于USB設(shè)備。

這幾個(gè)結(jié)構(gòu)體之間關(guān)系：

i2c_client

描述一個(gè)掛接在硬件i2c總線上的設(shè)備的設(shè)備信息，即i2c設(shè)備的設(shè)備對(duì)象，與i2c_driver對(duì)象匹配成功后通過(guò)detected和i2c_driver以及i2c_adapter相連，在控制器驅(qū)動(dòng)與控制器設(shè)備匹配成功后被控制器驅(qū)動(dòng)通過(guò)i2c_new_device（）創(chuàng)建。從設(shè)備所掛載的i2c控制器會(huì)在初始化的時(shí)候保存到成員adapter。

i2c_driver

描述一個(gè)掛接在硬件i2c總線上的設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法，即i2c設(shè)備的驅(qū)動(dòng)對(duì)象，通過(guò)i2c_bus_type和設(shè)備信息i2c_client匹配，匹配成功后通過(guò)clients和i2c_client對(duì)象以及i2c_adapter對(duì)象相連。

如上圖所示：Linux內(nèi)核維護(hù)了i2c bus總線，所有的i2c從設(shè)備信息都會(huì)轉(zhuǎn)換成i2c_client，并注冊(cè)到i2c總線，沒(méi)有設(shè)備的情況下一般填寫在一下文件中：

linux-3.14-fs4412archarmmach-s5pc100 Mach-smdkc100.c

內(nèi)核啟動(dòng)會(huì)將i2c_board_info結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)換成i2c_client。

有設(shè)備樹(shù)的情況下，內(nèi)核啟動(dòng)會(huì)自動(dòng)將設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成i2c_client。

i2c_adapter

我首先說(shuō)i2c_adapter， 并不是編寫一個(gè)i2c設(shè)備驅(qū)動(dòng)需要它， 通常我們?cè)谂渲脙?nèi)核的時(shí)候已經(jīng)將i2c控制器的設(shè)備信息和驅(qū)動(dòng)已經(jīng)編譯進(jìn)內(nèi)核了， 就是這個(gè)adapter對(duì)象已經(jīng)創(chuàng)建好了， 但是了解其中的成員對(duì)于理解i2c驅(qū)動(dòng)框架非常重要， 所有的設(shè)備驅(qū)動(dòng)都要經(jīng)過(guò)這個(gè)對(duì)象的處理才能和物理設(shè)備通信

//include/linux/i2c.h

428--》這個(gè)i2c控制器需要的控制算法， 其中最重要的成員是master_xfer（）接口， 這個(gè)接口是硬件相關(guān)的， 里面的操作都是基于具體的SoC i2c寄存器的， 它將完成將數(shù)據(jù)發(fā)送到物理i2c控制器的“最后一公里”

436--》表示這個(gè)一個(gè)device， 會(huì)掛接到內(nèi)核中的鏈表中來(lái)管理， 其中的

443--》這個(gè)節(jié)點(diǎn)將一個(gè)i2c_adapter對(duì)象和它所屬的i2c_client對(duì)象以及相應(yīng)的i2c_driver對(duì)象連接到一起

下面是2個(gè)i2c-core.c提供的i2c_adapter直接相關(guān)的操作API， 通常也不需要設(shè)備驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)中使用。

adapter初始化

i2c控制器設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)信息通過(guò)platform總線傳遞下來(lái)，即參數(shù)pdev。probe函數(shù)主要功能是初始化adapter，申請(qǐng)i2c控制器需要的各種資源，同時(shí)通過(guò)設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)初始化該控制器下的所有從設(shè)備，創(chuàng)建i2c_client結(jié)構(gòu)體。

ps3c24xx_i2c_probe

static int s3c24xx_i2c_probe（struct platform_device *pdev）

{

struct s3c24xx_i2c *i2c;//最重要的結(jié)構(gòu)體

//保存設(shè)備樹(shù)信息

struct s3c2410_platform_i2c *pdata = NULL;

struct resource *res;

int ret;

if （！pdev-》dev.of_node） {

pdata = dev_get_platdata（&pdev-》dev）;

if （！pdata） {

dev_err（&pdev-》dev， “no platform data ”）;

return -EINVAL;

}

}

/*為結(jié)構(gòu)體變量i2c分配內(nèi)存*/

i2c = devm_kzalloc（&pdev-》dev， sizeof（struct s3c24xx_i2c）， GFP_KERNEL）;

if （！i2c） {

dev_err（&pdev-》dev， “no memory for state ”）;

return -ENOMEM;

}

i2c-》pdata = devm_kzalloc（&pdev-》dev， sizeof（*pdata）， GFP_KERNEL）;

if （！i2c-》pdata） {

dev_err（&pdev-》dev， “no memory for platform data ”）;

return -ENOMEM;

}

/*i2c控制器的一些特殊行為

#define QUIRK_S3C2440 （1 《《 0）

#define QUIRK_HDMIPHY （1 《《 1）

#define QUIRK_NO_GPIO （1 《《 2）

#define QUIRK_POLL （1 《《 3）

其中bite：3如果采用輪訓(xùn)方式與底層硬件通信值為1，中斷方式值為0*/

i2c-》quirks = s3c24xx_get_device_quirks（pdev）;

if （pdata）

memcpy（i2c-》pdata， pdata， sizeof（*pdata））;

else

s3c24xx_i2c_parse_dt（pdev-》dev.of_node， i2c）;

strlcpy（i2c-》adap.name， “s3c2410-i2c”， sizeof（i2c-》adap.name））;

i2c-》adap.owner = THIS_MODULE;

/*為i2c_msg傳輸方法賦值，*/

i2c-》adap.algo = &s3c24xx_i2c_algorithm;

i2c-》adap.retries = 2;

i2c-》adap.class = I2C_CLASS_HWMON | I2C_CLASS_SPD;

i2c-》tx_setup = 50;

//初始化等待隊(duì)列，該等待隊(duì)列用于喚醒讀寫數(shù)據(jù)的進(jìn)程

init_waitqueue_head（&i2c-》wait）;

/* find the clock and enable it */

i2c-》dev = &pdev-》dev;

//獲取時(shí)鐘

i2c-》clk = devm_clk_get（&pdev-》dev， “i2c”）;

if （IS_ERR（i2c-》clk）） {

dev_err（&pdev-》dev， “cannot get clock ”）;

return -ENOENT;

}

dev_dbg（&pdev-》dev， “clock source %p ”， i2c-》clk）;

/* map the registers */

//通過(guò)pdev得到i2c控制器的寄存器地址資源

res = platform_get_resource（pdev， IORESOURCE_MEM， 0）;

//映射i2c控制器的物理基地址為虛擬基地址

i2c-》regs = devm_ioremap_resource（&pdev-》dev， res）;

if （IS_ERR（i2c-》regs））

return PTR_ERR（i2c-》regs）;

dev_dbg（&pdev-》dev， “registers %p （%p） ”，

i2c-》regs， res）;

/* setup info block for the i2c core */

/*將結(jié)構(gòu)體變量i2c保存到i2c_adapter的私有變量指針algo_data，

編寫i2c設(shè)備驅(qū)動(dòng)可以通過(guò)adapter指針找到結(jié)構(gòu)體i2c*/

i2c-》adap.algo_data = i2c;

i2c-》adap.dev.parent = &pdev-》dev;

i2c-》pctrl = devm_pinctrl_get_select_default（i2c-》dev）;

/* inititalise the i2c gpio lines */

//得到i2c復(fù)用的gpio引腳并初始化

if （i2c-》pdata-》cfg_gpio） {

i2c-》pdata-》cfg_gpio（to_platform_device（i2c-》dev））;

} else if （IS_ERR（i2c-》pctrl） && s3c24xx_i2c_parse_dt_gpio（i2c）） {

return -EINVAL;

}

/* initialise the i2c controller */

clk_prepare_enable（i2c-》clk）;

/*將從設(shè)備地址寫入寄存器S3C2410_IICADD，同時(shí)初始化時(shí)鐘頻率*/

ret = s3c24xx_i2c_init（i2c）;

clk_disable_unprepare（i2c-》clk）;

if （ret ！= 0） {

dev_err（&pdev-》dev， “I2C controller init failed ”）;

return ret;

}

/* find the IRQ for this unit （note， this relies on the init call to

* ensure no current IRQs pending

*/

if （?。╥2c-》quirks & QUIRK_POLL）） {

/*獲得中斷號(hào)*/

i2c-》irq = ret = platform_get_irq（pdev， 0）;

if （ret 《= 0） {

dev_err（&pdev-》dev， “cannot find IRQ ”）;

return ret;

}

/*注冊(cè)中斷處理函數(shù)s3c24xx_i2c_irq（）*/

ret = devm_request_irq（&pdev-》dev， i2c-》irq， s3c24xx_i2c_irq， 0，

dev_name（&pdev-》dev）， i2c）;

if （ret ！= 0） {

dev_err（&pdev-》dev， “cannot claim IRQ %d ”， i2c-》irq）;

return ret;

}

}

ret = s3c24xx_i2c_register_cpufreq（i2c）;

if （ret 《 0） {

dev_err（&pdev-》dev， “failed to register cpufreq notifier ”）;

return ret;

}

/* Note， previous versions of the driver used i2c_add_adapter（）

* to add the bus at any number. We now pass the bus number via

* the platform data， so if unset it will now default to always

* being bus 0.

*/

/*保存i2c控制器的通道號(hào)，本例是bus 5*/

i2c-》adap.nr = i2c-》pdata-》bus_num;

i2c-》adap.dev.of_node = pdev-》dev.of_node;

//注冊(cè)adapter

ret = i2c_add_numbered_adapter（&i2c-》adap）;

if （ret 《 0） {

dev_err（&pdev-》dev， “failed to add bus to i2c core ”）;

s3c24xx_i2c_deregister_cpufreq（i2c）;

return ret;

}

/*保存私有變量i2c到pdev-》dev-》p-》driver_data*/

platform_set_drvdata（pdev， i2c）;

pm_runtime_enable（&pdev-》dev）;

pm_runtime_enable（&i2c-》adap.dev）;

dev_info（&pdev-》dev， “%s： S3C I2C adapter ”， dev_name（&i2c-》adap.dev））;

return 0;

}

i2c_add_numbered_adapter

老版本的注冊(cè)函數(shù)為i2c_add_adapter（）新的版本對(duì)該函數(shù)做了封裝，將i2c控制的通道號(hào)做了注冊(cè)，默認(rèn)情況下nr值為0.

i2c_add_numbered_adapter-》__i2c_add_numbered_adapter-》 i2c_register_adapter

int i2c_add_numbered_adapter（struct i2c_adapter *adap）

{

if （adap-》nr == -1） /* -1 means dynamically assign bus id */

return i2c_add_adapter（adap）;

return __i2c_add_numbered_adapter（adap）;

}

i2c_add_adapter

static int i2c_register_adapter（struct i2c_adapter *adap）

{

int res = 0;

/* Can‘t register until after driver model init */

if （unlikely（WARN_ON（！i2c_bus_type.p））） {

res = -EAGAIN;

goto out_list;

}

/* Sanity checks */

if （unlikely（adap-》name［0］ == ’‘）） {

pr_err（“i2c-core： Attempt to register an adapter with ”

“no name！ ”）;

return -EINVAL;

}

if （unlikely（！adap-》algo）） {

pr_err（“i2c-core： Attempt to register adapter ’%s‘ with ”

“no algo！ ”， adap-》name）;

return -EINVAL;

}

rt_mutex_init（&adap-》bus_lock）;

mutex_init（&adap-》userspace_clients_lock）;

INIT_LIST_HEAD（&adap-》userspace_clients）;

/* Set default timeout to 1 second if not already set */

if （adap-》timeout == 0）

adap-》timeout = HZ;

//設(shè)置adapter名字，本例注冊(cè)后會(huì)生成以下節(jié)點(diǎn)/dev/i2c-5

dev_set_name（&adap-》dev， “i2c-%d”， adap-》nr）;

adap-》dev.bus = &i2c_bus_type;

adap-》dev.type = &i2c_adapter_type;

res = device_register（&adap-》dev）;

if （res）

goto out_list;

dev_dbg（&adap-》dev， “adapter ［%s］ registered ”， adap-》name）;

#ifdef CONFIG_I2C_COMPAT

res = class_compat_create_link（i2c_adapter_compat_class， &adap-》dev，

adap-》dev.parent）;

if （res）

dev_warn（&adap-》dev，

“Failed to create compatibility class link ”）;

#endif

/* bus recovery specific initialization */

/*初始化sda、scl，通常這兩個(gè)引腳會(huì)復(fù)用gpio引腳*/

if （adap-》bus_recovery_info） {

struct i2c_bus_recovery_info *bri = adap-》bus_recovery_info;

if （！bri-》recover_bus） {

dev_err（&adap-》dev， “No recover_bus（） found， not using recovery ”）;

adap-》bus_recovery_info = NULL;

goto exit_recovery;

}

/* Generic GPIO recovery */

if （bri-》recover_bus == i2c_generic_gpio_recovery） {

if （！gpio_is_valid（bri-》scl_gpio）） {

dev_err（&adap-》dev， “Invalid SCL gpio， not using recovery ”）;

adap-》bus_recovery_info = NULL;

goto exit_recovery;

}

if （gpio_is_valid（bri-》sda_gpio））

bri-》get_sda = get_sda_gpio_value;

else

bri-》get_sda = NULL;

bri-》get_scl = get_scl_gpio_value;

bri-》set_scl = set_scl_gpio_value;

} else if （！bri-》set_scl || ！bri-》get_scl） {

/* Generic SCL recovery */

dev_err（&adap-》dev， “No {get|set}_gpio（） found， not using recovery ”）;

adap-》bus_recovery_info = NULL;

}

}

exit_recovery：

/* create pre-declared device nodes */

/*通過(guò)設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)注冊(cè)所有該控制器下的所有從設(shè)備*/

of_i2c_register_devices（adap）;

acpi_i2c_register_devices（adap）;

/*與動(dòng)態(tài)分配的總線號(hào)相關(guān)，動(dòng)態(tài)分配的總線號(hào)應(yīng)該是從已經(jīng)現(xiàn)有最大總線號(hào)基礎(chǔ)上+1的，

這樣能夠保證動(dòng)態(tài)分配出的總線號(hào)與板級(jí)總線號(hào)不會(huì)產(chǎn)生沖突

在沒(méi)有設(shè)備樹(shù)情況下，會(huì)基于隊(duì)列__i2c_board_list， 創(chuàng)建i2c_client

其中節(jié)點(diǎn)struct i2c_board_info手動(dòng)填寫*/

if （adap-》nr 《 __i2c_first_dynamic_bus_num）

i2c_scan_static_board_info（adap）;

/* Notify drivers */

mutex_lock（&core_lock）;

bus_for_each_drv（&i2c_bus_type， NULL， adap， __process_new_adapter）;

mutex_unlock（&core_lock）;

return 0;

out_list：

mutex_lock（&core_lock）;

idr_remove（&i2c_adapter_idr， adap-》nr）;

mutex_unlock（&core_lock）;

return res;

}

of_i2c_register_devices

該函數(shù)用于將從設(shè)備節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成i2c_client，并注冊(cè)到i2c總線上。

static void of_i2c_register_devices（struct i2c_adapter *adap）

{

void *result;

struct device_node *node;

/* Only register child devices if the adapter has a node pointer set */

if （！adap-》dev.of_node）

return;

dev_dbg（&adap-》dev， “of_i2c： walking child nodes ”）;

for_each_available_child_of_node（adap-》dev.of_node， node） {

struct i2c_board_info info = {};

struct dev_archdata dev_ad = {};

const __be32 *addr;

int len;

dev_dbg（&adap-》dev， “of_i2c： register %s ”， node-》full_name）;

if （of_modalias_node（node， info.type， sizeof（info.type）） 《 0） {

dev_err（&adap-》dev， “of_i2c： modalias failure on %s ”，

node-》full_name）;

continue;

}

/*獲取從設(shè)備的地址*/

addr = of_get_property（node， “reg”， &len）;

if （！addr || （len 《 sizeof（int））） {

dev_err（&adap-》dev， “of_i2c： invalid reg on %s ”，

node-》full_name）;

continue;

}

/*存儲(chǔ)從設(shè)備地址*/

info.addr = be32_to_cpup（addr）;

if （info.addr 》 （1 《《 10） - 1） {

dev_err（&adap-》dev， “of_i2c： invalid addr=%x on %s ”，

info.addr， node-》full_name）;

continue;

}

/*獲取中斷號(hào)*/

info.irq = irq_of_parse_and_map（node， 0）;

info.of_node = of_node_get（node）;

info.archdata = &dev_ad;

/*獲取設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)wakeup-source信息*/

if （of_get_property（node， “wakeup-source”， NULL））

info.flags |= I2C_CLIENT_WAKE;

request_module（“%s%s”， I2C_MODULE_PREFIX， info.type）;

/*將i2c_board_info轉(zhuǎn)換成i2c_client并注冊(cè)到i2c總線*/

result = i2c_new_device（adap， &info）;

if （result == NULL） {

dev_err（&adap-》dev， “of_i2c： Failure registering %s ”，

node-》full_name）;

of_node_put（node）;

irq_dispose_mapping（info.irq）;

continue;

}

}

}

i2c_new_device （ ）

將i2c_board_info轉(zhuǎn)換成i2c_client并注冊(cè)到Linux核心。

{

struct i2c_client *client;

int status;

/*給i2c_client分配內(nèi)存*/

client = kzalloc（sizeof *client， GFP_KERNEL）;

if （！client）

return NULL;

/*將adapter的地址保存到i2c_client-》adapter，

在驅(qū)動(dòng)函數(shù)中可以通過(guò)i2c_client找到adapter*/

client-》adapter = adap;

client-》dev.platform_data = info-》platform_data;

if （info-》archdata）

client-》dev.archdata = *info-》archdata;

/*保存從設(shè)備地址類型*/

client-》flags = info-》flags;

/*保存從設(shè)備地址*/

client-》addr = info-》addr;

/*保存從設(shè)備中斷號(hào)*/

client-》irq = info-》irq;

strlcpy（client-》name， info-》type， sizeof（client-》name））;

/* Check for address validity */

/*檢測(cè)從設(shè)備地址是否合法*/

status = i2c_check_client_addr_validity（client）;

if （status） {

dev_err（&adap-》dev， “Invalid %d-bit I2C address 0x%02hx ”，

client-》flags & I2C_CLIENT_TEN ？ 10 ： 7， client-》addr）;

goto out_err_silent;

}

/* Check for address business */

/*檢測(cè)從設(shè)備地址是否被占用*/

status = i2c_check_addr_busy（adap， client-》addr）;

if （status）

goto out_err;

/*建立從設(shè)備與適配器的父子關(guān)系*/

client-》dev.parent = &client-》adapter-》dev;

client-》dev.bus = &i2c_bus_type;

client-》dev.type = &i2c_client_type;

client-》dev.of_node = info-》of_node;

ACPI_COMPANION_SET（&client-》dev， info-》acpi_node.companion）;

i2c_dev_set_name（adap， client）;

/*注冊(cè)到Linux核心*/

status = device_register（&client-》dev）;

if （status）

goto out_err;

dev_dbg（&adap-》dev， “client ［%s］ registered with bus id %s ”，

client-》name， dev_name（&client-》dev））;

return client;

out_err：

dev_err（&adap-》dev， “Failed to register i2c client %s at 0x%02x ”

“（%d） ”， client-》name， client-》addr， status）;

out_err_silent：

kfree（client）;

return NULL;

}

i2c_msg如何傳遞？

核心方法i2c_transfer

l i2c_transfer（）是i2c核心提供給設(shè)備驅(qū)動(dòng)的發(fā)送方法， 通過(guò)它發(fā)送的數(shù)據(jù)需要被打包成i2c_msg， 這個(gè)函數(shù)最終會(huì)回調(diào)相應(yīng)i2c_adapter-》i2c_algorithm-》master_xfer（）接口將i2c_msg對(duì)象發(fā)送到i2c物理控制器，

i2c_adapte-》algo在函數(shù)s3c24xx_i2c_probe（）中賦值：

該變量定義如下：

i2c_transfer（）最終會(huì)調(diào)用函數(shù)s3c24xx_i2c_xfer（）；

i2c_msg中斷傳輸

以下是一次i2c_msg傳輸?shù)闹袛嗄Ｊ降拇蟾挪襟E：

1． i2c_transfer（）首先通過(guò)函數(shù)i2c_trylock_adapter（）嘗試獲得adapter的控制權(quán)。如果adapter正在忙則返回錯(cuò)誤信息；

2． __i2c_transfer（）通過(guò)調(diào)用方法adap-》algo-》master_xfer（adap， msgs， num）傳輸i2c_msg，如果失敗會(huì)嘗試重新傳送，重傳次數(shù)最多adap-》retries；

3． adap-》algo-》master_xfer（）就是函數(shù)s3c24xx_i2c_xfer（），該函數(shù)最終調(diào)用 s3c24xx_i2c_doxfer（i2c， msgs， num）傳輸信息；

4． s3c24xx_i2c_doxfer（）通過(guò)函數(shù)s3c24xx_i2c_message_start（i2c， msgs）產(chǎn)生S和AD+W的信號(hào)，然后通過(guò)函數(shù)wait_event_timeout（ ）阻塞在等待隊(duì)列i2c-》wait上；

5． 右上角時(shí)序mpu6050的寫和讀的時(shí)序，從設(shè)備回復(fù)ACK和DATA都會(huì)發(fā)送中斷信號(hào)給CPU。每次中斷都會(huì)調(diào)用s3c24xx_i2c_irq-》i2c_s3c_irq_nextbyte，

6． 最后一次中斷，所有數(shù)據(jù)發(fā)送或讀取完畢會(huì)調(diào)用s3c24xx_i2c_stop-》s3c24xx_i2c_master_complete，通過(guò)wake_up喚醒阻塞在等待隊(duì)列i2c-》wait上的任務(wù)。

詳細(xì)的代碼流程如下：

對(duì)著可以根據(jù)上圖代碼行號(hào)一步步去跟代碼，涉及到寄存器設(shè)置可以參考

原文標(biāo)題：超硬干貨：I2C最全教程，絕對(duì)不負(fù)期望?。ㄈf(wàn)字長(zhǎng)文，建議收藏）

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