AndroidI2C精析

1、android i2c精析基于linux內(nèi)核開發(fā)的arm系統(tǒng)，會(huì)用到很多components。要讓這些components正常的工作，我們必須了解它們的接口，懂得如何去注冊總線，初始化芯片，進(jìn)而讓芯片正常的工作。下面我會(huì)介紹在arm開發(fā)過程中使用最頻繁的一些接口和總線的原理，以及如何在開發(fā)的過程中去使用它們。1 i2c總線與接口i2c總線具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便的特點(diǎn)。下面我會(huì)描述linux下i2c驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，幷給出i2c設(shè)備驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。1.1 i2c總線概述 i2c(inter-integrated circuit)總線是由philips公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及外圍設(shè)

2、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，控制方式簡單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。i2c總線是由數(shù)據(jù)線sda和時(shí)鐘scl構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，每個(gè)器件都有一個(gè)惟一的地址識(shí)別。i2c 規(guī)程運(yùn)用主/從雙向通訊。器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上，則定義為發(fā)送器，器件接收數(shù)據(jù)則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài)?？偩€必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產(chǎn)生串行時(shí)鐘（scl）控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。sda線上的數(shù)據(jù)狀態(tài)僅在scl為低電平的期間才能改變，scl為高電平的期間，sda狀態(tài)的改變被用來表示起始

3、和停止條件。 從理論上說一根i2c總線上可以掛載128個(gè)i2c設(shè)備，但是通常情況下，由于有些設(shè)備在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)占用的i2c總線帶寬頻繁，所以我們在一根i2c總線上掛載的設(shè)備是越少越好。下面給出i2c總線的連線圖： 1.2 i2c總線工作原理1.2.1 i2c通信專業(yè)術(shù)語發(fā)送器：發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的器件；接收器：從總線接收數(shù)據(jù)的器件；主機(jī)：初始化發(fā)送產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和終止發(fā)送的器件；從機(jī)：被主機(jī)尋址的器件；多主機(jī)：同時(shí)有多于一個(gè)主機(jī)嘗試控制總線但不破壞傳輸；仲裁：是一個(gè)在有多個(gè)主機(jī)同時(shí)嘗試控制總線但只允許其中一個(gè)控制總線并使傳輸不被破壞的過程；同步：兩個(gè)或多個(gè)器件同步時(shí)鐘信號(hào)的過程。1.2.2 i2c接口

4、電路結(jié)構(gòu)前面我們說過i2c總線是由數(shù)據(jù)線sda和時(shí)鐘scl構(gòu)成的串行總線，在現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)品開發(fā)過程當(dāng)中，各種被控制器件均并聯(lián)在這條總線上，每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的地址識(shí)別，可以作為總線上的一個(gè)發(fā)送器件或接收器件(具體由器件的功能決定)。i2c總線的接口電路結(jié)構(gòu)如圖所示：1.2.3 i2c總線信號(hào)狀態(tài)i2c總線有下面幾種信號(hào)狀態(tài)：1空閑狀態(tài)：sda和scl都為高電平。2開始條件(s)：scl為高電平時(shí)，sda由高電平向低電平跳變，開始傳輸數(shù)據(jù)。3結(jié)束條件(p)：scl為高電平時(shí)，sda由低電平向高電平切換，表示傳輸結(jié)束。4數(shù)據(jù)有效：在scl的高電平期間，sda保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)有效。5ack信號(hào): 數(shù)據(jù)傳

5、輸?shù)倪^程中，接收器件每接收一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)要產(chǎn)生一個(gè)ack信號(hào)，向發(fā)送器件發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已經(jīng)收到數(shù)據(jù)。1.2.4 i2c總線基本操作i2c總線必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產(chǎn)生串行時(shí)鐘（scl），同時(shí)控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生開始和停止條件。數(shù)據(jù)傳輸中，首先主器件產(chǎn)生開始條件，隨后是器件的控制字節(jié)（前七位是從器件的地址，最后一位為讀寫位 ）。接下來是讀寫操作的數(shù)據(jù)，以及 ack響應(yīng)信號(hào)。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)，主器件產(chǎn)生停止條件。具體的過程如下圖所示：1.3 linux內(nèi)核的i2c驅(qū)動(dòng)架構(gòu)1.3.1 i2c驅(qū)動(dòng)架構(gòu) linux系統(tǒng)對i2c設(shè)備具有很好的支持，linux系統(tǒng)下的i2c

6、驅(qū)動(dòng)程序從邏輯上可以分成3個(gè)部分：1 i2c總線的驅(qū)動(dòng) i2c core ：實(shí)現(xiàn)對i2c總線、i2c adapter及i2c driver的管理。2 i2c控制器的驅(qū)動(dòng) i2c adapter ：針對不同類型的i2c控制器 ，實(shí)現(xiàn)對i2c總線訪問的具體方法。3 i2c設(shè)備的驅(qū)動(dòng) i2c driver ：針對特定的i2c設(shè)備，實(shí)現(xiàn)具體的功能，包括read, write以及ioctl等對用戶層操作的接口。這三個(gè)部分的層次關(guān)系下圖所示：1.3.2 i2c 總線驅(qū)動(dòng) i2c core i2c core是linux內(nèi)核用來維護(hù)和管理的i2c的核心部分，其中維護(hù)了兩個(gè)靜態(tài)的list，分別記錄系統(tǒng)中的i2c

7、 driver結(jié)構(gòu)和i2c adapter結(jié)構(gòu)。i2c core提供接口函數(shù)，允許一個(gè)i2c adatper，i2c driver和i2c client初始化時(shí)在i2c core中進(jìn)行注冊，以及退出時(shí)進(jìn)行注銷。同時(shí)還提供了i2c總線讀寫訪問的一般接口（具體的實(shí)現(xiàn)在與i2c控制器相關(guān)的i2c adapter中實(shí)現(xiàn)），主要應(yīng)用在i2c設(shè)備驅(qū)動(dòng)中。1.3.3i2c控制器的驅(qū)動(dòng) i2c adapter i2c adapter是針對不同類型i2c控制器硬件，實(shí)現(xiàn)比較底層的對i2c總線訪問的具體方法。i2c adapter 構(gòu)造一個(gè)對i2c core層接口的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并通過接口函數(shù)向i2c core注冊一

8、個(gè)控制器。1.3.4 i2c設(shè)備的驅(qū)動(dòng) i2c driveri2c driver中提供了一個(gè)通用的i2c設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)了字符類型設(shè)備的訪問接口，對設(shè)備的具體訪問是通過i2c adapter來實(shí)現(xiàn)的。i2c driver構(gòu)造一個(gè)對i2c core層接口的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過接口函數(shù)向 i2c core注冊一個(gè)i2c設(shè)備驅(qū)動(dòng)。同時(shí)i2c driver 構(gòu)造一個(gè)對用戶層接口的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并通過接口函數(shù)向內(nèi)核注冊一個(gè)字符類型設(shè)備。i2c driver實(shí)現(xiàn)用戶層對i2c設(shè)備的訪問，包括open，read，write，ioctl，release等常規(guī)文件操作，我們可以通過open函數(shù) 打開 i2c的設(shè)備文件，通過ioctl函數(shù)設(shè)定要訪問從設(shè)備的地址，然后就可以通過 read和write函數(shù)完成對i2c設(shè)備的讀寫操作。通過i2c driver提供的通用方法可以訪問任何一個(gè)i2c的設(shè)備，但是其中實(shí)現(xiàn)的read，