来源：电子产品世界  作者：新太科技股份有限公司(广州) 贾东耀

摘要： 本文分析了Linux系统中I2C驱动程序的结构，并以AT91RM9200和X1227为例，介绍了如何在嵌入式Linux系统中实现I2C总线适配器及I2C设备驱动。
关键词： Linux；I2C总线；I2C设备；驱动

引言

I2C总线是PHILIPS公司推出的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备，具有简单、高效等特点。由于其接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片引脚的数量，降低了互联成本，特别适用于嵌入式产品。

而Linux系统具有开源、免费、网上资源丰富等优点，目前已成为嵌入式系统的主流选择。因此如何在嵌入式Linux系统中实现I2C功能成为实际开发中的问题。

I2C总线

I2C 总线通过串行数据SDA 和串行时钟SCL线在连接到总线的器件间传递信息，每个器件都有一个唯一的地址识别。根据数据传输时的功能不同，把器件分为主机和从机。主机是初始化总线的数据传输并产生允许传输的时钟信号的器件，通常是微控制器。此时，任何被寻址的器件都被认为是从机，例如LCD驱动器、E2PROM等。

I2C总线协议规定，各主机进行通信时都要有起始、结束、发送数据和应答信号。这些信号都是通信过程中的基本单元。起始信号就是在SCL线为高时SDA线从高变化到低；停止信号就是在SCL线为高时SDA线从低变化到高；应答信号是在SCL为高时SDA为低；非应答信号相反，是在SCL为高时SDA为高。

总线传送的每1帧数据均是1个字节。协议规定，在启动总线后的第1个字节的高7位是对从机的寻址地址，第8位为方向位(“0”表示主机对从机的写操作；“1”表示主机对从机的读操作)，其余的字节为操作数据。数据传送过程是：在I2C总线发送起始信号后，发送从机的7位寻址地址和1位表示这次操作性质的读写位，在有应答信号后开始传送数据，直到发送停止信号。主机每发送1个字节就要检测SDA线上有没有收到应答信号，有则继续发送，否则将停止发送数据。

Linux中I2C总线驱动结构

Linux系统对I2C总线具有很好的支持。与硬件物理连接相对应的，Linux的I2C框架中各个部分的关系如图1所示。

图1 Linux内核I2C总线驱动程序构架

内核中I2C相关代码可以分为三个层次：
1. I2C core框架：提供了核心数据结构的定义和相关接口函数，用来实现I2C适配器驱动和设备驱动的注册、注销管理，以及I2C通信方法上层的、与具体适配器无关的代码，为系统中每个I2C总线增加相应的读写方法。

2. I2C总线适配器驱动：定义描述具体I2C总线适配器的i2c_adapter数据结构、实现在具体I2C适配器上的I2C总线通信方法，并由i2c_algorithm数据结构进行描述。

3. I2C 设备驱动：定义描述具体设备的i2c_client和可能的私有数据结构、借助I2C core提供的函数接口完成设备在内核的注册，并实现具体的功能，包括read, write以及ioctl等对用户层操作的接口。

总体而言，Linux中I2C总线的驱动分为两个部分：总线驱动(BUS)和设备驱动(DEVICE)。I2C core与I2C总线适配器驱动完成了硬件上的主机总线驱动(BUS)，而I2C driver则实现了从机设备驱动。在设计中，I2C core提供的接口是统一的，不需要修改，我们只需要实现特定I2C总线适配器驱动和I2C设备驱动，这样大大提高了系统的可移植性。
 
笔者在某个产品中曾用AT91RM9200和X1227构成嵌入式系统的时钟模块。在该设计中，AT91RM9200作为I2C的主机部分，X1227作为从机。下面以此为例，具体介绍这两部分驱动的实现。

AT91RM9200 I2C总线驱动实现

AT91RM9200是ARM920T处理器，它提供标准的两线接口TWI，即I2C接口，主机工作模式。通过TWI 控制寄存器TWI_CR设置I2C工作模式和状态。时钟由寄存器TWI_CWGR中编程值产生。该寄存器定义了TWCK 信号，使接口适应宽范围时钟。

具体在linux中AT91RM9200 I2C总线适配器驱动的实现，首先初始化AT91RM9200 I2C的工作模式，然后装载I2C总线驱动，这需要两个结构模块来描述：struct i2c_adapter和struct i2c_algorithm。

初始化i2c_adapter结构成员如下：
static struct i2c_adapter at91rm9200_adapter = {
name:   "AT91RM9200", 
id: I2C_ALGO_SMBUS, 
algo:   &at91_algorithm, 
algo_data:  NULL, 
inc_use:at91_inc, 
dec_use:at91_dec, 
... ...
};

这个模块并未提供读写函数，具体的读写方法由第二个模块struct i2c_algorithm提供。
static struct i2c_algorithm at91_algorithm = {
 name:  "at91 i2c",
 id:  I2C_ALGO_SMBUS,