1 / 33 IIC设备驱动程序
IIC设备是一种通过IIC总线连接的设备，由于其简单性，被广泛引用于电子系统中。在现代电子系统中，有很多的IIC设备需要进行相互之间通信
IIC总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微处理器和外部IIC设备。IIC设备产生于20世纪80年代，最初专用与音频和视频设备，现在在各种电子设备中都广泛应用
IIC总线有两条总线线路，一条是串行数据线（SDA），一条是串行时钟线（SCL）。SDA负责数据传输，SCL负责数据传输的时钟同步。IIC设备通过这两条总线连接到处理器的IIC总线控制器上。一种典型的设备连接如图：
与其他总线相比，IIC总线有很多重要的特点。在选择一种设备来完成特定功能时，这些特点是选择IIC设备的重要依据。
主要特点：
1，每一个连接到总线的设备都可以通过唯一的设备地址单独访问
2，串行的8位双向数据传输，位速率在标准模式下可达到100kb/s;快速模式下可以达到400kb/s;告诉模式下可以达到3.4Mb/s
3，总线长度最长7.6m左右
4，片上滤波器可以增加抗干扰能力，保证数据的完成传输
5，连接到一条IIC总线上的设备数量只受到最大电容400pF的限制
6，它是一个多主机系统，在一条总线上可以同时有多个主机存在，通过冲突检测方式和延时等待防止数据不被破坏。同一时间只能有一个主机占用总线
IIC总线在传输数据的过程中有3种类型的信号：开始信号、结束信号、和应答信号
>>开始信号(S): 当SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，表示将要开始传输数据
>>结束信号(P):当SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，表示结束传输数据
>>响应信号(ACK): 从机接收到8位数据后，在第9个周期，拉低SDA电平，表示已经收到数据。这个信号称为应答信号
开始信号和结束信号的波形如下图： 2 / 33
主机：IIC总线中发送命令的设备，对于ARM处理器来说，主机就是IIC控制器
从机：接受命令的设备
主机向从机发送数据：
主机通过数据线SDA向从机发送数据。当总线空闲时，SDA和SCL信号都处于高电平。主机向从机发送数据的过程：
1，当主机检测到总线空闲时，主机发出开始信号
2，主机发送8位数据。这8位数据的前7位表示从机地址，第8位表示数据的传输方向。这时，第8位为0，表示向从机发送数据
3，被选中的从机发出响应信号ACK
4，从机传输一系列的字节和响应位
5，主机接受这些数据，并发出结束信号P，完成本次数据传输
3 / 33 由上图可知，IIC控制器主要是由4个寄存器来完成所有的IIC操作的。
IICCON：控制是否发出ACK信号，是否开启IIC中断
IICSTAT：
IICADD：挂载到总线上的从机地址。该寄存器的[7:1]表示从机地址。IICADD寄存器在串行输出使能位IICSTAT[4]为0时，才可以写入；在任何时候可以读出
IICDS：保存将要发送或者接收到的数据。IICCDS在串行输出使能IICSTAT[4]为1时，才可以写入；在任何时间都可以读出
因为IIC设备种类太多，如果每一个IIC设备写一个驱动程序，那么显得内核非常大。不符合软件工程代码复用，所以对其层次话：
这里简单的将IIC设备驱动分为设备层、总线层。理解这两个层次的重点是理解4个数据结构，这4个数据结构是i2c_driver、i2c_client、i2c_algorithm、i2c_adapter。i2c_driver、i2c_client属于设备层；i2c_algorithm、i2c_adapter属于总线型。如下图：
设备层关系到实际的IIC设备，如芯片AT24C08就是一个IIC设备。总线层包括CPU中的IIC总线控制器和控制总线通信的方法。
值得注意的是：一个系统中可能有很多个总线层，也就是包含多个总线控制器；也可能有多个设备层，包含不同的IIC设备
由IIC总线规X可知，IIC总线由两条物理线路组成，这两条物理线路是SDA和SCL。只要连接到SDA和SCL总线上的设备都可以叫做IIC设备。一个IIC设备由i2c_client数据结构进行描述：
struct i2c_client
{
unsigned short flags; //标志位
unsigned short addr; //设备的地址，低7位为芯片地址
char name[I2C_NAME_SIZE]; //设备的名称，最大为20个字节
struct i2c_adapter *adapter; //依附的适配器i2c_adapter，适配器指明所属的总线
struct i2c_driver *driver; //指向设备对应的驱动程序 4 / 33 struct device dev; //设备结构体
int irq; //设备申请的中断号
struct list_head list; //连接到总线上的所有设备
struct list_head detected; //已经被发现的设备链表
struct pletion released; //是否已经释放的完成量
};
设备结构体i2c_client中addr的低8位表示设备地址。设备地址由读写位、器件类型和自定义地址组成，如下图：
第7位是R/W位，0表示写，2表示读，所以I2C设备通常有两个地址，即读地址和写地址
类型器件由中间4位组成，这是由半导体公司生产的时候就已经固化了。
自定义类型由低3位组成。由用户自己设置，通常的做法如EEPROM这些器件是由外部I芯片的3个引脚所组合电平决定的（A0,A1,A2）。A0,A1,A2
就是自定义的地址码。自定义的地址码只能表示8个地址，所以同一IIC总线上同一型号的芯片最多只能挂载8个。
AT24C08的自定义地址码如图：A0,A1,A2接低电平，所以自定义地址码为0；
5 / 33 如果在两个不同IIC总线上挂接了两块类型和地址相同的芯片，那么这两块芯片的地址相同。这显然是地址冲突，解决的办法是为总线适配器指定一个ID号，那么新的芯片地址就由总线适配器的ID和设备地址组成
除了地址之外，IIC设备还有一些重要的注意事项：
1，i2c_client数据结构是描述IIC设备的“模板”，驱动程序的设备结构中应包含该结构
2，adapter指向设备连接的总线适配器，系统可能有多个总线适配器。内核中静态指针数组adapters记录所有已经注册的总线适配器设备
3，driver是指向设备驱动程序，这个驱动程序是在系统检测到设备存在时赋值的
IIC设备驱动 i2c_driver:
struct i2c_driver
{
int id; //驱动标识ID
unsigned int class; //驱动的类型
int (*attach_adapter)(struct i2c_adapter *); //当检测到适配器时调用的函数
int (*detach_adapter)(struct i2c_adapter*); //卸载适配器时调用的函数
int (*detach_client)(struct i2c_client *) __deprecated; //卸载设备时调用的函数
//以下是一种新类型驱动需要的函数，这些函数支持IIC设备动态插入和拔出。如果不想支持只实现上面3个。要不实现上面3个。要么实现下面5个。不能同时定义
int (*probe)(struct i2c_client *,const struct i2c_device_id *); //新类型设备探测函数
int (*remove)(struct i2c_client *); //新类型设备的移除函数
void (*shutdown)(struct i2c_client *); //关闭IIC设备
int (*suspend)(struct i2c_client *,pm_messge_t mesg); //挂起IIC设备
int (*resume)(struct i2c_client *); //恢复IIC设备
int (*mand)(struct i2c_client *client,unsigned int cmd,void *arg); //使用命令使设备完成特殊的功能。类似ioctl（）函数
struct devcie_driver driver; //设备驱动结构体
const struct i2c_device_id *id_table; //设备ID表
int (*detect)(struct i2c_client *,int kind,struct i2c_board_info *); //自动探测设备的回调函数
const struct i2c_client_address_data *address_data; //设备所在的地址X围
struct list_head clients; //指向驱动支持的设备
};
结构体i2c_driver和i2c_client的关系较为简单，其中i2c_driver表示一个IIC设备驱动，i2c_client表示一个IIC设备。关系如下图： 6 / 33
IIC总线适配器就是一个IIC总线控制器，在物理上连接若干个IIC设备。IIC总线适配器本质上是一个物理设备，其主要功能是完成IIC总线控制器相关的数据通信：
struct i2c_adapter
{
struct module *owner; //模块计数
unsigned int id; //alogorithm的类型，定义于i2c_id.h中
unsigned int class; //允许探测的驱动类型
const struct i2c_algorithm *algo; //指向适配器的驱动程序
void *algo_data; //指向适配器的私有数据，根据不同的情况使用方法不同
int (*client_register)(struct i2c_client *); //设备client注册时调用
int (*client_unregister(struct i2c_client *); //设备client注销时调用
u8 level;
struct mutex bus_lock; //对总线进行操作时，将获得总线锁
struct mutex clist_lock ; //链表操作的互斥锁
int timeout; //超时
int retries; //重试次数
struct device dev; //指向 适配器的设备结构体
int nr ;
struct list_head clients; //连接总线上的设备的链表
