本文主要是介绍Linux驱动开发笔记(九)IIC子系统及其驱动,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
文章目录
- 前言
- 一、IIC驱动框架
- 二、总线驱动
- 2.1 iic总线的运行机制
- 2.2 重要数据结构
- 2.2.1 i2c_driver结构体
- 2.2.2 i2c总线结构体
- 2.3 匹配规则
- 三、设备树的修改
- 四、设备驱动的编写
- 4.1 相关API函数
- 4.1.1 i2c_add_adapter( )
- 4.1.2 i2c_register_driver( )
- 4.1.3 i2c_transfer( )
- 4.1.4 i2c_master_send( )
- 4.1.5 i2c_master_recv( )
- 4.1.6 i2c_transfer_buffer_flags( )
- 4.1.7 i2c_del_driver( )
- 4.2 MPU6050
- 4.2.1 基本介绍
- 4.2.2 主要特点
- 4.2.3 引脚对应表
- 4.3 驱动编写
- 4.3.1 IIC驱动的设计框架
- 4.3.2 .probe函数
- 4.3.3 .remove函数
- 4.3.4 mpu6050初始化函数
- 4.3.5 write/read函数
- 4.3.6 report函数
前言
IIC我们已经学习过很多次了,在应用部分我们已经介绍过其应用层的开发,这章我们将继续驱动部分的开发。本次实验采用MPU6050,使用了input子系统及IIC子系统构成。
一、IIC驱动框架
i2c总线包括i2c设备(i2c_client)和i2c驱动(i2c_driver),当我们向linux中注册设备或驱动的时候,按照i2c总线匹配规则进行配对,这也意味着我们不再需要手动创建,而是使用设备树机制引入,设备树节点是与paltform总线相配合使用,在匹配成功之后自动进入.probe函数。
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。
I2C总线驱动
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。 经过I2C总线驱动的的代码,可以为我们控制I2C产生开始位、停止位、读写周期以及从设备的读写、产生ACK等。
I2C 设备驱动
I2C 设备驱动通过I2C适配器与CPU通信,其中主要包含i2c_driver和i2c_client数据结构,i2c_driver结构对应一套具体的驱动方法。i2c_client数据结构由内核根据具体的设备注册信息自动生成,设备驱动根据硬件具体情况填充。
二、总线驱动
一个完整的iic驱动函数包括两部分,即iic总线驱动和设备驱动,而总线部分的驱动通常情况下在外设出厂时就由厂商提供,这里我们便简单了解即可。
2.1 iic总线的运行机制
- 注册i2C总线
- 将i2C驱动添加到i2C总线的驱动链表中
- 遍历i2C总线上的设备链表,根据i2c_device_match函数进行匹配,如果匹配调用i2c_device_probe函数
- i2c_device_probe函数会调用I2C驱动的probe函数
2.2 重要数据结构
在应用层的学习中我们已经介绍过i2c_algorithm,i2c_client和i2c_adapter结构体,感兴趣可以回顾下。
2.2.1 i2c_driver结构体
struct i2c_driver {unsigned int class;int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *);int (*remove)(struct i2c_client *);struct device_driver driver;const struct i2c_device_id *id_table;int (*detect)(struct i2c_client *, struct i2c_board_info *);const unsigned short *address_list;struct list_head clients;...};
- probe: i2c设备和i2c驱动匹配后,回调该函数指针。
- id_table: struct i2c_device_id 要匹配的从设备信息。
- address_list: 设备地址
- clients: 设备链表
- detect: 设备探测函数
2.2.2 i2c总线结构体
//定义总线,维护着两个链表(I2C驱动、I2C设备),管理I2C设备和I2C驱动的匹配和删除等
struct bus_type i2c_bus_type = {.name = "i2c",.match = i2c_device_match,.probe = i2c_device_probe,.remove = i2c_device_remove,.shutdown = i2c_device_shutdown,};
2.3 匹配规则
一般来说,i2c的匹配方式有三种,包括设备树,ACPI和字符匹配,这部分的对比前章已经介绍过了。现在我们习惯性采用设备树的匹配方式:
static int i2c_device_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{struct i2c_client *client = i2c_verify_client(dev);struct i2c_driver *driver;//设备树匹配方式,比较 I2C 设备节点的 compatible 属性和 of_device_id 中的 compatible 属性if (i2c_of_match_device(drv->of_match_table, client))return 1;//ACPI 匹配方式if (acpi_driver_match_device(dev, drv))return 1;driver = to_i2c_driver(drv);//i2c总线传统匹配方式,比较 I2C设备名字和 i2c驱动的id_table->name 字段是否相等if (i2c_match_id(driver->id_table, client))return 1;return 0;
}
三、设备树的修改
下面是瑞芯微官方给出的ic3控制器的设备树代码:
//存放于“rk3568-pinctrl.dtsi”
i2c2: i2c@fe5b0000 {//驱动名称compatible = "rockchip,rk3399-i2c";//寄存器reg = <0x0 0xfe5b0000 0x0 0x1000>;//时钟源clocks = <&cru CLK_I2C2>, <&cru PCLK_I2C2>;clock-names = "i2c", "pclk";//中断源interrupts = <GIC_SPI 48 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&i2c2m0_xfer>;#address-cells = <1>;#size-cells = <0>;status = "disabled";//存放于“rk3568-pinctrl.dtsi”
i2c2 {/omit-if-no-ref/i2c2m0_xfer: i2c2m0-xfer {rockchip,pins =/* i2c2_sclm0 */<0 RK_PB5 1 &pcfg_pull_none_smt>,/* i2c2_sdam0 */<0 RK_PB6 1 &pcfg_pull_none_smt>;};/omit-if-no-ref/i2c2m1_xfer: i2c2m1-xfer {rockchip,pins =/* i2c2_sclm1 */<4 RK_PB5 1 &pcfg_pull_none_smt>,/* i2c2_sdam1 */<4 RK_PB4 1 &pcfg_pull_none_smt>;};};
接下来就是我们要编写的内容,这部分编写方式和以前一样即可。
&i2c2 {status = "okay";pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&i2c2m0_xfer>; #address-cells = <1>;#size-cells = <0>;/*添加你的I2C设备参考*/myi2c: myi2c@68 {compatible = "company,myi2c";reg = <0x68>;status = "okay";};
四、设备驱动的编写
4.1 相关API函数
4.1.1 i2c_add_adapter( )
使用这个函数时,不需要提前指定适配器编号,内核会负责管理和分配编号,适合于大多数情况下的使用。
//自动分配 I2C 适配器编号
int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adapter);
适配器编号(adapter->nr)在注册过程中由系统自动设置,具体的步骤如下:
- 适配器初始化:调用这个函数之前,需要先初始化 i2c_adapter 结构体,填充相关字段。
- 自动分配编号:内核会自动选择一个可用的编号,并将其分配给 adapter->nr。
- 注册适配器:将适配器注册到 I2C子系统中,使其可以被使用。
注:相似地还还存在int i2c_add_numbered_adapter(struct i2c_adapter *adapter)函数,这个函数用于手动设置 I2C 适配器编号。调用这个函数之前,需要先初始化 i2c_adapter 结构体,并填充 adapter->nr 字段和其他相关字段。
i2c_register_driver 函数用于在 Linux 内核中注册一个 I2C 驱动。这个函数是 I2C 子系统的一部分,用于将一个 I2C 驱动程序注册到 I2C 驱动程序模型中,以便内核能够识别并管理该驱动程序。
4.1.2 i2c_register_driver( )
这个函数是 I2C 子系统的一部分,用于将一个 I2C 驱动程序注册到 I2C 驱动程序模型中,以便内核能够识别并管理该驱动程序。
//在 Linux 内核中注册一个 I2C 驱动
int i2c_register_driver(struct module *owner, struct i2c_driver *driver);
- 参数:
- owner:通常使用 THIS_MODULE 宏来指定当前模块
- driver:指向一个 i2c_driver 结构体,该结构体包含了驱动程序的相关信息和操作函数
- 返回值:
- 0:成功注册
- 负数:注册失败
注:#define i2c_add_driver(driver)宏定义是对i2c_register_driver函数的调用,也可以直接使用这个宏定义进行注册
4.1.3 i2c_transfer( )
i2c_transfer 是一个底层函数,它可以执行多条消息的读写操作。
//在 I2C 总线上进行数据传输
int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num);
- 参数
- adap:指向 i2c_adapter 结构体的指针,表示 I2C 适配器。
- msgs:指向 i2c_msg 结构体数组的指针,每个 i2c_msg 结构体表示一条 I2C 消息。
- num:消息数量。
- 返回值
- 正值:表示成功传输的消息数量。
- 负值:表示传输失败,返回一个负的错误代码。
注:i2c_msg结构体之前在应用开发实验时已经介绍过了, 这里简单回忆一下:
//描述一个iic消息
struct i2c_msg {__u16 addr; //iic设备地址__u16 flags; //消息传输方向和特性。I2C_M_RD:表示读取消息;0:表示发送消息__u16 len; //消息数据的长度__u8 *buf; //字符数组存放消息,作为消息的缓冲区...
};
4.1.4 i2c_master_send( )
i2c_master_send 是一个便捷函数,用于向 I2C 设备发送数据。
复制代码
int i2c_master_send(const struct i2c_client *client, const char *buf, int count);
- 参数
- client:指向 i2c_client 结构体的指针,表示目标 I2C 设备。
- buf:指向数据缓冲区的指针。
- count:要发送的数据长度。
- 返回值
- 正值:表示成功发送的字节数。
- 负值:表示发送失败,返回一个负的错误代码。
4.1.5 i2c_master_recv( )
i2c_master_recv 是一个便捷函数,用于从 I2C 设备接收数据。
int i2c_master_recv(const struct i2c_client *client, char *buf, int count);
- 参数
- client:指向 i2c_client 结构体的指针,表示目标 I2C 设备。
- buf:指向接收缓冲区的指针。
- count:要接收的数据长度。
- 返回值
- 正值:表示成功接收的字节数。
- 负值:表示接收失败,返回一个负的错误代码。
4.1.6 i2c_transfer_buffer_flags( )
//用于在 I2C 总线上进行带有特定标志的数据传输
int i2c_transfer_buffer_flags(const struct i2c_client *client, char *buf, int count, u16 flags);
- 参数
- client:指向 i2c_client 结构体的指针,表示目标 I2C 设备。
- buf:指向数据缓冲区的指针。
- count:要传输的数据长度。
- flags:传输标志。
- 返回值
- 正值:表示成功传输的字节数。
- 负值:表示传输失败,返回一个负的错误代码。
4.1.7 i2c_del_driver( )
这个函数与 i2c_register_driver 相对应,i2c_register_driver 用于注册一个 I2C 驱动程序,而 i2c_del_driver 用于注销它。
//从I2C 子系统中注销一个 I2C 驱动程序
void i2c_del_driver(struct i2c_driver *driver);
- 参数
- driver:指向一个 i2c_driver 结构体,该结构体表示要注销的 I2C 驱动程序
4.2 MPU6050
4.2.1 基本介绍
MPU6050是全球首例整合性6轴(3轴陀螺仪+3轴加速度计)运动处理组件,也可以通过扩展实现9轴运动处理(在连接三轴磁传感器后)。它集成了三轴MEMS陀螺仪和三轴MEMS加速度计,以及一个可扩展的数字运动处理器DMP(Digital Motion Processor)。MPU6050通过I2C接口与微控制器通信,广泛应用于需要精确姿态测量的场合,如无人机、机器人和智能穿戴设备等。
4.2.2 主要特点
- 整合性:MPU6050免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题,减少了大量的封装空间。
- 灵活性:MPU6050的角速度全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000°/sec(dps),可准确追踪快速与慢速动作;用户可程式控制的加速器全格感测范围为±2g、±4g、±8g与±16g,满足各种应用需求。
- 接口:MPU6050支持最高至400kHz的I2C接口,对于需要高速传输的应用,也可使用SPI接口(但请注意,SPI接口仅在MPU-6000上可用)。
- 稳定性:MPU6050具有内建的温度感测器和在工作环境下仅有±1%变动的振荡器,保证了测量数据的稳定性。
- 尺寸与封装:MPU6050采用QFN封装(无引线方形封装),尺寸为4x4x0.9mm,可承受最大10000g的冲击。
- 电源:VDD供电电压为2.5V±5%、3.0V±5%、3.3V±5%;VDDIO为1.8V±5%或VDD。
- 功耗:陀螺仪运作电流5mA,待命电流5μA;加速器运作电流350μA,省电模式电流20μA@10Hz。
- 性能:陀螺仪敏感度131 LSBs/°/sec,加速度计范围±2g至±16g。
4.2.3 引脚对应表
MPU6050引脚 | 说明 | 泰山派引脚 |
---|---|---|
SCL | SCL引脚 | GPIO0_B5 |
SDA | SDA引脚 | GPIO0_B6 |
XDA | 没有使用 | |
XCL | 没有使用 | |
AD0 | 接地 | GND |
INT(Interrupt) | 悬空或者接地 | |
GND | GND | GND |
VCC | 电源 | 3.3V |
4.3 驱动编写
4.3.1 IIC驱动的设计框架
本次实验大致采用input子系统和IIC子系统,这里着重讲一下这部分的设计思路:
- 本实验采用设备树匹配的方式进行匹配,故而需要设置i2c_driver结构体。
//定义ID匹配表
static const struct i2c_device_id gtp_device_id[] = {{"company,myi2c", 0},{}
};
//定义设备树匹配表
static const struct of_device_id mpu6050_of_match_table[] = {{.compatible = "company,myi2c"},{}
};
//定义i2c设备结构体
struct i2c_driver mpu6050_driver = {.probe = mpu6050_probe,.remove = mpu6050_remove,.id_table = gtp_device_id,.driver = {.owner = THIS_MODULE,.name = "company,myi2c",.of_match_table = mpu6050_of_match_table,},
};
- 出入口函数的编写,通常情况下这里需要编写module_init和module_exti,并且在其中分别使用i2c_register_driver( )函数和i2c_del_driver( )函数进行iic总线的注册和注销。但是这里引入一个module_i2c_driver(driver) 宏定义,这个宏定义可以自动进行iic总线的注册和注销,故而不需要前两个函数的编写。
- probe函数的编写,这部分内容我们需要的进行内存申请,之后便可以进行选择利用字符设备的方式还是input子系统,笔者这里选择趁热打铁使用input设备,这里流程不太熟悉的可以回顾上章内容。
- remove函数的编写,这部分与probe函数对应即可,如果选择字符设备的方式,则依次进行device_destroy(设备删除)、class_destroy(清除类)、cdev_del(清除设备号)、unregister_chrdev_region(注销字符设备);若采用input的子系统,则仅需要使用input_unregister_device(注销input设备即可)。
- 具体外设的初始化、读、写函数的编写,这部分内容根据厂商提供的寄存器、时序图操作即可。
- 若使用字符设备的话,这里还需要编写operations结构体相关函数,包括open、write、read、release,并利用cdev_init()函数与设备进行绑定。
4.3.2 .probe函数
static int mpu6050_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id){struct mpu6050_data *data;int ret = 0;printk(KERN_EMERG "mpu6050_probe enter!\n");data = devm_kzalloc(&client->dev, sizeof(struct mpu6050_data), GFP_KERNEL);if (!data){printk(KERN_EMERG "devm_kzalloc err!\n");return -ENOMEM;}data->client = client;ret = mpu6050_init_device(client);if(ret < 0){printk(KERN_EMERG "mpu6050_init_device err!\n");return ret;}data->input_dev = devm_input_allocate_device(&client->dev);if (!data->input_dev){printk(KERN_EMERG "devm_input_allocate_device err!\n");return -ENOMEM;}data->input_dev->name = "mpu6050";data->input_dev->id.bustype = BUS_I2C;input_set_abs_params(data->input_dev, ABS_X, -32768, 32767, 0, 0);input_set_abs_params(data->input_dev, ABS_Y, -32768, 32767, 0, 0);input_set_abs_params(data->input_dev, ABS_Z, -32768, 32767, 0, 0);input_set_abs_params(data->input_dev, ABS_RX, -32768, 32767, 0, 0);input_set_abs_params(data->input_dev, ABS_RY, -32768, 32767, 0, 0);input_set_abs_params(data->input_dev, ABS_RZ, -32768, 32767, 0, 0);ret = input_register_device(data->input_dev);if (ret < 0){printk("input_register_device err!\n");return ret;}i2c_set_clientdata(client, data);INIT_DELAYED_WORK(&data->work, mpu6050_report_data);schedule_delayed_work(&data->work, msecs_to_jiffies(100));return 0;
}
4.3.3 .remove函数
static int mpu6050_remove(struct i2c_client *client){struct mpu6050_data *data = i2c_get_clientdata(client);printk(KERN_EMERG "mpu6050_remove enter!\n");cancel_delayed_work_sync(&data->work);input_unregister_device(data->input_dev);return 0;
}
4.3.4 mpu6050初始化函数
static int mpu6050_init_device(struct i2c_client *client)
{int error = 0;error += i2c_write_mpu6050(client, PWR_MGMT_1, 0x00);error += i2c_write_mpu6050(client, SMPLRT_DIV, 0x07);error += i2c_write_mpu6050(client, CONFIG, 0x06);error += i2c_write_mpu6050(client, ACCEL_CONFIG, 0x01);if (error < 0) {printk(KERN_DEBUG "mpu6050_init_device error\n");return error;}return 0;
}
4.3.5 write/read函数
static int i2c_write_mpu6050(struct i2c_client *mpu6050_client, u8 address, u8 data){int error = 0;u8 write_data[2];struct i2c_msg send_msg;write_data[0] = address;write_data[1] = data;send_msg.addr = mpu6050_client->addr;send_msg.flags = 0;send_msg.buf = write_data;send_msg.len = 2;error = i2c_transfer(mpu6050_client->adapter, &send_msg, 1);if (error != 1) {printk(KERN_DEBUG "i2c_write_mpu6050 error\n");return -EIO;}return 0;
}static int i2c_read_mpu6050(struct i2c_client *mpu6050_client, u8 address, void *data, u32 length){int error = 0;u8 address_data = address;struct i2c_msg mpu6050_msg[2];mpu6050_msg[0].addr = mpu6050_client->addr;mpu6050_msg[0].flags = 0;mpu6050_msg[0].buf = &address_data;mpu6050_msg[0].len = 1;mpu6050_msg[1].addr = mpu6050_client->addr;mpu6050_msg[1].flags = I2C_M_RD;mpu6050_msg[1].buf = data;mpu6050_msg[1].len = length;error = i2c_transfer(mpu6050_client->adapter, mpu6050_msg, 2);if (error != 2) {printk(KERN_DEBUG "i2c_read_mpu6050 error\n");return -EIO;}return 0;
}
4.3.6 report函数
static void mpu6050_report_data(struct work_struct *work)
{struct mpu6050_data *data = container_of(work, struct mpu6050_data, work.work);struct i2c_client *client = data->client;s16 accel_data[3];s16 gyro_data[3];u8 buffer[14];int ret;ret = i2c_read_mpu6050(client, ACCEL_XOUT_H, buffer, 14);if (ret < 0) {dev_err(&client->dev, "Failed to read data: %d\n", ret);return;}accel_data[0] = (buffer[0] << 8) | buffer[1];accel_data[1] = (buffer[2] << 8) | buffer[3];accel_data[2] = (buffer[4] << 8) | buffer[5];gyro_data[0] = (buffer[8] << 8) | buffer[9];gyro_data[1] = (buffer[10] << 8) | buffer[11];gyro_data[2] = (buffer[12] << 8) | buffer[13];//用于报告绝对坐标事件input_report_abs(data->input_dev, ABS_X, accel_data[0]);input_report_abs(data->input_dev, ABS_Y, accel_data[1]);input_report_abs(data->input_dev, ABS_Z, accel_data[2]);input_report_abs(data->input_dev, ABS_RX, gyro_data[0]);input_report_abs(data->input_dev, ABS_RY, gyro_data[1]);input_report_abs(data->input_dev, ABS_RZ, gyro_data[2]);input_sync(data->input_dev);schedule_delayed_work(&data->work, msecs_to_jiffies(100));
}
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