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外观

04、I2C 子系统框架(重点结构体) ​

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一、Linux 对 IIC 的抽象 ​

  1. i2c_adapter：
    I2C硬件控制器，是管理整个I2C总线通信的硬件模块。
  2. i2c_algorithm：
    一组具体函数，定义如何让特定芯片的I2C硬件模块生成I2C通信信号（如起始/停止信号、时钟脉冲等）。
  3. i2c_client：
    代表挂在I2C总线上的某个设备，记录该设备的名称、I2C地址，以及它连接在哪个I2C控制器（adapter）上。
  4. i2c_driver：
    设备驱动程序，负责与具体的I2C设备通信，实现对设备的控制和操作。

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二、I2C 子系统框架 ​

可以将上面这一 I2C 子系统划分为三个层次， 分别为:

  • 用户空间

  • 内核空间

    • I2C 设备驱动层
    • I2C 核心层
    • I2C 适配器驱动层，

  • 硬件层

2.1、I2C 设备驱动层 ​

I2C设备驱动层的主要作用是编写驱动程序，让I2C外设能正常工作，并为上层应用提供统一的访问接口。具体分为四个关键部分：

  1. 设备信息对象（i2c_client）

    • 表示I2C总线上的一个从设备
    • 记录设备地址和所属总线的信息

  2. 设备节点（/dev/i2X）

    • 为应用层提供访问设备的入口点
    • 应用程序通过打开/读写/控制这些节点与设备通信，内核会自动处理具体操作

  3. 设备驱动（i2c_driver）

    • 具体管理某个I2C设备
    • 负责设备初始化、数据读写、参数配置等操作
    • 通过i2c_client与硬件设备进行交互

  4. 总线管理系统

    • 管理整个I2C总线资源
    • 负责注册/注销适配器和设备
    • 协调设备与驱动的配合
    • 为上层提供统一的操作接口

整个架构就像这样：应用程序通过设备节点发出操作请求→总线系统将请求转交给对应的驱动→驱动通过设备信息对象与具体硬件通信，最终完成设备操作。这样既隔离了硬件细节，又让应用程序能方便地使用I2C设备。

2.2、I2C 适配器驱动层 ​

I2C适配器驱动层是I2C系统的重要组成部分，主要负责具体硬件控制器的驱动开发。它的核心职责包括：

  1. 统一接口提供 - 为I2C核心模块提供标准化的数据传输方法，方便系统调用
  2. 通信控制 - 负责I2C总线的时序控制（如起始/停止信号）和数据收发操作
  3. 设备管理 - 管理总线上所有连接的从设备（如传感器、EEPROM等）
  4. 异常处理 - 监控总线状态并处理传输错误（如设备无响应、数据校验失败等情况）

简单来说，这个驱动就像总线的"交通指挥官"，既确保数据能正确发送到目标设备，又能处理突发的通信问题，同时让整个系统能统一管理所有连接的设备。

2.3、I2C 核心层 ​

I2C核心层是连接设备驱动和适配器驱动的中间桥梁，主要负责在两者之间传递数据。它提供了三个关键函数：

  1. 基础读写函数
  • i2c_master_send：向I2C从设备发送数据
  • i2c_master_recv：从I2C从设备接收数据 这两个函数的参数很简单：
  • 设备指针（目标设备地址）
  • 数据缓冲区（要发送的数据或接收数据的存储空间）
  • 数据长度（传输的字节数）

它们会自动处理I2C协议的时序和数据封装，然后通过对应的适配器完成实际通信。

  1. 综合传输函数i2c_transfer 是更底层的通信接口：

  • 需要指定使用的I2C总线（适配器）

  • 可发送多个连续操作（比如先写寄存器地址再读数据）

  • 参数包括：

    • 总线适配器指针
    • 消息数组（每个消息包含设备地址、数据和传输方向）
    • 消息数量

关键点说明：

  • 前两个基础函数实际是通过调用i2c_transfer实现的
  • 实验中我们会直接使用i2c_transfer，因为它能让我们完全控制每个传输步骤，从而深入理解I2C通信的底层细节

简单来说：基础函数适合简单读写，综合函数适合复杂操作或需要精确控制时序的场景。

三、重要结构体 ​

3.1、i2c_adapter 控制器 ​

  • 如何标识I2C控制器？
  1. 一个芯片可能包含多个I2C控制器（如第0号、第1号等）
  2. 使用时只需要确定具体编号即可

在系统中：

  • 通过i2c_adapter结构体表示一个I2C总线

  • 这个结构体包含两个关键部分：

    • nr：总线编号（对应控制器编号）
    • i2c_algorithm：包含该总线的数据收发函数，用于执行I2C设备通信

3.2、怎么表示I2C Device：i2c_client ​

这个结构体是管理I2C设备信息的数据容器，它包含以下内容：

  1. 设备地址类型（如7位或10位地址）
  2. 设备具体的I2C地址
  3. 指向所属I2C总线控制器的指针
  4. 关联的驱动程序信息
  5. 基础设备类型的数据
  6. 连接驱动的链表节点

通过总线控制器指针和驱动指针这两个关键连接，这个结构体起到了桥梁作用，把物理总线控制器、设备驱动程序和具体硬件设备三者关联起来，形成完整的I2C设备管理系统。

C++
struct i2c_client {
    unsigned short flags; /* 标志位, 用于各种配置和标识 */
    unsigned short addr; /* 芯片地址 - 注意: 地址是 7 位的,存储在低 7 位中 */
    char name[I2C_NAME_SIZE]; /* 设备名称 */
    struct i2c_adapter *adapter; /* 所在的 I2C 适配器 */
    struct device dev; /* 设备结构体 */
    int init_irq; /* 初始化时设置的中断号 */
    int irq; /* 设备产生的中断号 */
    struct list_head detected;/* 检测到的设备列表 */
    #if IS_ENABLED(CONFIG_I2C_SLAVE)
    i2c_slave_cb_t slave_cb; /* 从模式下的回调函数 */
    #endif
};

在编写 I2C client 代码时提到了两种方法，

  • 第一种是在设备树中的 I2C 节点中追加对应的设备节点
  • 第二种方法是编写 platform device C 程序

3.3、怎么表示要传输的数据：i2c_msg ​

  • 在上面的i2c_algorithm结构体中可以看到要传输的数据被称为：i2c_msg

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