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Linux I2C framework(1)_概述

作者：wowo 发布于：2016-2-14 22:01 分类：通信类协议

1. 前言

I2C协议是嵌入式系统中广泛使用的一类通信协议，主要用于CPU和各种外设之间的低速数据通信。Linux kernel使用I2C framework抽象、管理相应的资源，并以各种形式，向各类使用者提供API。另外，作为总线（bus）的一种，I2C framework的实现体现了linux设备模型的精髓，值得研究与学习。这就是攥写“Linux I2C framework”系列文章的缘由和目的。

按照分析各类framework的老规矩，蜗蜗会从4个角度分4篇文章介绍I2C framework：

1）Linux I2C framework的整体介绍，包括基础知识、软件框架、API汇整等。就是本文。

2）从Provider的角度，介绍怎么借助I2C framework管理I2C相关的SOC资源。换句话说，就是怎么编写一个I2C driver。具体可参考“Linux I2C framework(2)_I2C provider”。

3）从Consumer的角度，介绍I2C framework为使用者提供了哪些功能、哪些API，以及怎样利用I2C framework编写程序。具体可参考“Linux I2C framework(3)_I2C consumer”。

4）从内部实现的角度，分析I2C framework的实现逻辑。具体可参考“Linux I2C framework(4)_I2C core”。

2. I2C的总线拓扑

I2C是总线的一种，其硬件拓扑如下图所示：

图片1 I2C H/W topology

关于I2C的硬件拓扑，相信驱动工程师都很熟悉，这里就不过多描述了，但有一点要强调：

我们都知道，I2C协议是主从式的，包括master（主设备）和slave（从设备），而Linux kernel的I2C framework只抽象了I2C master有关的功能，换句话说，linux kernel有这样的一个假设：

所有运行linux kernel的设备，在I2C总线里面，都是I2C master（至于I2C slave，抱歉，kernel不管！）。

正是基于这样的假设，linux I2C framework才成为当前的样子，具体可参考本文后续的描述。

linux kernel I2C framework使用如下的软件拓扑抽象I2C硬件（我们可以一起领会一下其中的“设备模型”思想）：

图片2 I2C S/W topology

1）platform bus（/sys/bus/platform）是驱动工程师常见的bus，用于挂载和CPU通过系统总线连接的各类外设。在I2C framework中，I2C控制器直接从属于platform bus，我们在linux kernel中常说的I2C driver，都是指I2C controller driver，都是以platform driver的形式存在，当然，对应的控制器是platform device。

2）与此同时，kernel抽象出I2C bus（/sys/bus/i2c），用于挂载和I2C controller通过I2C总线连接的各个I2C slave device。

3）比较特殊的地方是，I2C core使用一个虚拟实体----I2C adapter，抽象I2C controller有关的功能（主要是数据的收发），I2C adapter也挂载在I2C bus上。

4）I2C adapter和I2C slave device都挂载在I2C bus上，就可以方便的进行Master（I2C adapter）和Slave之间的匹配操作，并通过I2C core提供的统一接口，访问I2C salve device，进行数据的收发。

5）以上各实体在sysfs中的位置，已经在“图片2”中通过红色字体标注，大家可自行理解。

3. 软件框架

基于第2章所述的总线拓扑，Linux kernel抽象出如下的软件框架：

图片3 I2C framework software architecture

1）I2C framework的最终目标，是提供一种“访问I2C slave devices”的方法。由于这些slave devices由I2C controller控制，因而主要由I2C controller驱动实现这一目标。

2）经过I2C framework的抽象，consumer可以不用关心I2C总线的技术细节，只需要通过简单的API，就可以与slave devices进行数据交互。正常情况下，consumer是位于内核态的其它driver（如HDMI driver、touch screen driver等等）。与此同时，I2C framework也通过字符设备向用户空间提供类似的接口，用户空间程序可以通过该接口访问slave devices。

3）在I2C framework内部，有I2C core、I2C busses、I2C algos和I2C muxes四个模块。

4）I2C core使用I2C adapter和I2C algorithm两个子模块抽象I2C controller的功能，使用I2C client和I2C driver抽象I2C slave device的功能（对应设备模型中的device和device driver）。另外，基于I2C协议，通过smbus模块实现SMBus（System Management Bus，系统管理总线）的功能。

5）I2C busses是各个I2C controller drivers的集合，位于drivers/i2c/busses/目录下，驱动工程师常说的“I2C driver”就是指它们。

6）I2C algos包含了一些通用的I2C algorithm，所谓的algorithm，是指I2C协议包的生成方法，进而组合成I2C的read/write指令，一般情况下，都是由硬件实现，不需要特别关注该目录。

7）I2C muxes用于实现I2C bus的多路复用功能，属于奇葩的冷门功能，暂不过多介绍。

4. I2C有关的软件流程总结

TODO（会在后续文章完成之后再回来补充）。

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标签: Linux Architecture framework I2C

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