I2C总线在Linux系统中的驱动设计

1 引言
     Linux操作系统因具有源代码公开、便于裁减、有广泛的处理器支持等优点，成为当前嵌入式系统的热门选择。基于I2C总线的键盘扩展设备主要用于满足嵌入式设备中对多按键的需求，驱动程序在系统启动时对硬件进行初始化。在系统启动后实现硬件和应用程序之间的数据交互。针对S3C2410微处理器和键盘扫描管理器件，深入讨论如何在嵌入式操作系统ARM Linux中实现ZLG7290的驱动。
   2 I2C总线
     I2C总线是器件间串行传输总线，以其规范和带I2C接口的外围器件获得广泛应用。S3C2410处理器内置有I2C总线接口。I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据，每个器件都有一个唯一的地址识别。I2C总线在传送数据过程中共有3种信号：(1)开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。(2)结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。(3)应答信号：接收数据的IC接收到8 bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况做出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，则判断为受控单元出现故障。图1为S3C2410和ZLG7290的连接图。
   
   3 驱动模块的结构
     S3C2410A内嵌一个I2C总线控制器。在Linux操作系统中，该控制器的字符型驱动包括4个模块：(1)i2c-dev：源程序为i2c-dev．c，I2C总线字符型驱动，与具体使用的I2C控制器无关。(2)i2c-core：源程序为i2c-core．c，I2C总线操作核心函数，与具体使用的I2C控制器无关。(3)i2c-algo-s3c2410：源程序为i2c-algo-s3c2410．c，I2C总线控制器I2C驱动算法，与具体的控制器相关。(4)i2c-s3c2410：源程序为i2c-s3c2410．c，I2C总线控制器硬件抽象层，与具体的控制器相关。以上4个模块依次是底层与上层的关系，I2C驱动模块的层次结构如图2所示。
   
   4 驱动源文件的编译
     驱动源文件包括i2c-algo-s3c2410．c，i2c-dev．c，i2c-core．c，i2c-s3c2410．c4个源文件。将其编译为模块，则产生4个模块文件，编译工作由Makefile文件完成,其文件内容如下：
   
     当需要使用I2C总线控制器驱动模块时，可以使用I2C总线控制器驱动的设备管理文件loadi2c。该管理文件运行后，将自动在Linux的／dev／目录下创建设备节点i2c。loadi2c文件内容如下：
   
     由于各模块间有上下层关系，则加载模块顺序应是从上到下，最先加载i2c-core，最后加载i2c-s3c2410。而卸载则顺序相反。加载模块i2c-algo-s3c2410时，必须延时1 s以等待该模块初始化完成，否则无法加载下一个模块i2c-s3c2410。
   5 对驱动文件的使用
     Linux的／dev／目录下创建设备节点i2c成功后，就可使用LINUX提供的一系列函数实现驱动，这些函数包括ioctl()，open()，close()，read()与write()等。
5．1 ioctl()函数的使用
     I2C总线控制器驱动(字符型)提供ioctl()函数用于设定I2C总线控制器的一些参数，该函数常用命令有：
     (1)I2C_SLAVE第2参数取值为I2C从机地址，用来设定I2C从机地址；I2C_SLAVE_FORCE：第2参数取值为I2C从机地址，用来修改I2C从机地址；I2C_TENBIT：第2参数取值为0：从机地址为7 bit；第2参数取值为1：从机地址为10bit。用来指定I2C从机地址的位数；I2C_S3C2410_SET_SPEED：第2参数取值为I2C总线控制器分频值。用来设置I2C总线控制器时钟频率；
     (2)常用设置设置I2c从机地址为0xA0，由于是7 bit地址，所以要右移1位：ret=ioctl(fd，I2C_SLAVE，0xA0>>1)；指定从机地址为7 bit，ret=ioctl(fd，I2C_TENBIT，0)。
5．2 open(),close()的使用
     应用程序要使用本驱动来访问外部I2C器件，首先要通过open()来打开其驱动，使用完毕后使用close()将其关闭。打开与关闭I2C总线控制器驱动：
   
5．3 read()与write()函数的使用
     用read()与write()函数读／写I2C总线，常用设置如下：
       write(fd，&data，1)；向I2C总线发送1字节数据data；
     假设子地址为0，向有子地址的FC器件写入8个字节：unsigned char sendbuf[9]={0，1，2，3，4，5，6，7，8)；/*第1个字节0为子地址*/write(fd，sendbuf，9)；／*写入8个字节，第1个字节为子地址*／从有子地址的I2C器件读取8个字节，假设子地址为0：
unsigned char suba=0；recbuf[8]；
write(fd，&suba，1)；/*发送子地址0*／
read(fd，recbuf，8)；/*从子地址0开始读取8个字节*／
   6 结束语
     设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口，通过它可使设备文件化。本文首先介绍I2C总线接口的工作模式和特点，简要介绍I2C字符型驱动模块的特点，研究ARM Linux下的键盘扩展器件ZLG7290驱动程序，详细描述了基于I2C总线通信的键值读取过程，具有广泛的应用价值。