1. 学习目标

  1. 理解 I2C 总线工作原理

理解 I2C 总线结构：

Master
Slave
SCL
SDA

以及通信方式：

地址
读写
ACK
  • 理解 Linux I2C 子系统架构

理解 Linux I2C 驱动结构：

i2c_adapter
i2c_client
i2c_driver
  • 理解 I2C 设备匹配机制

理解 Linux 如何匹配：

i2c_device <-> i2c_driver

并触发：

probe()
  • 能编写简单 I2C 驱动

掌握核心 API：

i2c_add_driver
i2c_transfer
i2c_smbus_read_byte
  • 能调试 I2C 设备

掌握工具：

i2cdetest
i2cget
i2cset

2. I2C 总线简介

I2C 是一种：

两线串行通信总线

信号线：

SCL 时钟
SDA 数据

结构：

        Master
           │
           │
 ┌─────────┴─────────┐
 │         │         │
Slave1   Slave2    Slave3

I2C 通信流程

基本通信流程：

Start
Address
Read/Write
Data
Stop

示例：

Master -> Slave Address
Slave -> ACK
Master -> Data
Slave -> ACK

3. Linux I2C 子系统架构

Linux I2C 系统结构：

I2C Device Driver
        │
        ▼
     i2c_core
        │
        ▼
   I2C Adapter Driver
        │
        ▼
      Hardware

三个核心对象：

i2c_adapter
i2c_client
i2c_driver

4. i2c_adapter

i2c_adapter 表示：

I2C 控制器

例如：

SoC I2C Controller

结构：

struct i2c_adapter
{
    struct device dev;
    const struct i2c_algorithm *algo;
}

作用：

实现 I2C 硬件操作

例如：

start
stop
read
write

5. i2c_client

i2c_client 表示：

I2C 从设备

例如：

EEPROM
RTC
温度传感器

结构：

struct i2c_client
{
    unsigned short addr;
    struct i2c_adapter *adapter;
}

关键成员：

addr

表示：

I2C 从设备地址

6. i2c_driver

i2c_driver 表示：

I2C 设备驱动

结构：

struct i2c_driver
{
    int (*probe)(struct i2c_client *);
    int (*remove)(struct i2c_client *);

    const struct i2c_device_id *id_table;
};

核心函数：

probe
remove

7. I2C 驱动匹配机制

Linux 会匹配：

i2c_client
i2c_driver

匹配成功后：

probe()

被调用。

流程：

i2c_client register
        │
i2c_driver register
        │
match
        │
probe()

匹配方式

匹配通常使用：

device tree compatible

例如：

compatible = "at24c02"

驱动：

static const struct of_device_id my_of_match[] =
{
    { .compatible = "at24c02" },
    { }
};

8. I2C 驱动注册

驱动注册：

i2c_add_driver()

示例：

static struct i2c_driver my_driver =
{
    .probe = my_probe,
    .remove = my_remove,
};

注册：

module_i2c_driver(my_driver);

9. I2C 数据传输

Linux 提供两种主要接口：

i2c_transfer
SMBus API

i2c_transfer

底层接口：

i2c_transfer()

示例：

struct i2c_msg msg;

msg.addr = client->addr;
msg.flags = 0;
msg.len = len;
msg.buf = buf;

i2c_transfer(client->adapter,&msg,1);

SMBus 接口

更简单：

i2c_smbus_read_byte()
i2c_smbus_write_byte()

示例：

data = i2c_smbus_read_byte(client);

10. I2C 驱动示例

简单 I2C 驱动：

static int my_probe(struct i2c_client *client,
                    const struct i2c_device_id *id)
{
    printk("i2c device detected\n");

    return 0;
}

static const struct i2c_device_id my_id[] =
{
    { "my_sensor", 0 },
    { }
};

static struct i2c_driver my_driver =
{
    .driver =
    {
        .name = "my_sensor",
    },
    .probe = my_probe,
    .id_table = my_id,
};

module_i2c_driver(my_driver);

11. Device Tree 描述 I2C 设备

I2C 设备通常在 Device Tree 中描述

示例：

&i2c1
{
    temp@48
    {
        compatible = "my_sensor";
        reg = <0x48>;
    };
};

解释：

i2c bus = i2c1
device address = 0x48

12. 用户空间 I2C 工具

Linux 提供 I2C 工具：

i2cdetect
i2cget
i2cset

i2cdetect

扫描设备：

i2cdetect -y 1

输出：

00: -- -- -- 48 -- --

表示：

设备地址 0x48

i2cget

读取寄存器

i2cget -y 1 0x48

i2cset

写寄存器

i2cset -y 1 0x48 0x01

13. I2C 子系统结构总结

I2C 子系统结构：

I2C Device Driver
        │
        ▼
      i2c_core
        │
        ▼
    i2c_adapter
        │
        ▼
       Hardware

设备结构：

i2c_adapter
     │
     ├── i2c_client
     │
     └── i2c_driver

14. 驱动常见问题

probe 没有调用

原因：

compatible 不匹配

I2C 读写失败

原因：

设备地址错误

i2cdetect 找不到设备

原因：

I2C 硬件没有初始化

15. 总结

Linux I2C 子系统核心结构：

i2c_adapter
i2c_client
i2c_driver

关系：

i2c_adapter
      │
      ├── i2c_client
      │
      └── i2c_driver

匹配成功：

probe()

最重要原则：

I2C 驱动 = Device Model + I2C Bus

16. Q&A

16.1 总线理解

  1. I2C Master 和 Slave 的区别？

  2. SDA 和 SCL 的作用？

16.2 Linux 架构

  1. i2c_adapter 表示什么？

  2. i2c_client 表示什么？

16.3 驱动流程

  1. i2c_driver 的 probe 为什么会被调用？

  2. i2c_transfer 的作用是什么？