本文基于三星Cortex-A9架構(gòu)，Exynos4412講解I2C原理、以及基于I2C的mpu6050陀螺儀的數(shù)據(jù)讀取實(shí)例（包括在裸機(jī)模式下數(shù)據(jù)的讀取以及基于Linux驅(qū)動(dòng)的讀?。＿€會(huì)分析Linux內(nèi)核I2C架構(gòu)，篇幅過長(zhǎng)，絕對(duì)干貨。
裸機(jī)篇
本篇首先詳細(xì)講解I2C時(shí)序，然后講解如何基于三星I2C控制實(shí)現(xiàn)裸機(jī)讀取從設(shè)備信息方法。
前言
I2C（Inter-Integrated Circuit）總線（也稱 IIC 或 I2C） 是有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)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(jiǎn)單、器件封裝形式小、通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。
Exynos4412 i2c控制器綜述
Exynos4412精簡(jiǎn)指令集微處理器支持4個(gè)IIC總線控制器。為了能使連接在總線上的主和從設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，專用的數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘信號(hào)線SCL被使用，他們都是雙向的。
如果工作在多主機(jī)的IIC總線模式，多個(gè)4412處理器將從從機(jī)那接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)給從機(jī)。在IIC總線上的主機(jī)端4412會(huì)啟動(dòng)或終止一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸。4412的IIC總線控制器會(huì)用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IIC總線仲裁機(jī)制去實(shí)現(xiàn)多主機(jī)和多從機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。
通過控制如下寄存器以實(shí)現(xiàn)IIC總線上的多主機(jī)操作：
控制寄存器： I2CCON
狀態(tài)寄存器： I2CSTAT
Tx/Rx數(shù)據(jù)偏移寄存器： I2CDS
地址寄存器： I2CADD
如果I2C總線空閑，那么SCL和SDA信號(hào)線將都為高電平。在SCL為高電平期間，如果SDA有由高到低電平的跳變，那么將啟動(dòng)一個(gè)起始信號(hào)，如果SDA有由低到高電平的跳變，將啟動(dòng)一個(gè)結(jié)束信號(hào)。
主機(jī)端的設(shè)備總是提供起始和停止信號(hào)的一端。在起始信號(hào)被發(fā)出后，一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的前7位被當(dāng)作地址通過SDA線被傳輸。這個(gè)地制值決定了總線上的主設(shè)備將要選擇那個(gè)從設(shè)備作為傳輸對(duì)象，bit8決定傳輸數(shù)據(jù)的方向（是讀還是寫）。
I2C總線上的數(shù)據(jù)（即在SDA上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)）都是以8位字節(jié)傳輸?shù)模诳偩€上傳輸操作的過程中，對(duì)發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)是沒有限制的。I2C總線上的主/從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)總是以一個(gè)數(shù)據(jù)的最高位開始傳輸（即MSB方式），傳輸完一個(gè)字節(jié)后，應(yīng)答信號(hào)緊接其后。
Exynos4412 I2C總線接口特性
共有9個(gè)通道，支持多主、從I2C總線接口。其中8個(gè)通道作為普通接口（即I2C0、I2C1…），1個(gè)通道作為HDMI的專用接口。
7位地址模式。
串行，8位單向或雙向的數(shù)據(jù)傳輸。
在標(biāo)準(zhǔn)模式中，每秒最多可以傳輸100k位，即12.5kB的數(shù)據(jù)量。
在快速模式中，每秒最多可以傳輸400k位，即50kB的數(shù)據(jù)量。
支持主機(jī)端發(fā)送、接收，從機(jī)端發(fā)送、接收操作。
支持中斷和查詢方式。
框圖
從上圖可以看出，4412提供4個(gè)寄存器來完成所有的IIC操作。SDA線上的數(shù)據(jù)從IICDS寄存器經(jīng)過移位寄存器發(fā)出，或通過移位寄存器傳入IICDS寄器；IICADD寄存器中保存4412當(dāng)做從機(jī)時(shí)的地址；IICCON、IICSTAT兩個(gè)寄存器用來控制或標(biāo)識(shí)各種狀態(tài)，比如選擇工作工作模式，發(fā)出S信號(hào)、P信號(hào)，決定是否發(fā)出ACK信號(hào)，檢測(cè)是否接收到ACK信號(hào)。
I2C總線接口操作
針對(duì)4412處理器的I2C總線接口，具備4種操作模式：
主機(jī)發(fā)送模式
主機(jī)接收模式
從機(jī)發(fā)送模式
從機(jī)接收模式
下面將描述這些操作模式之間的功能關(guān)系：
0、數(shù)據(jù)有效性
SDA線上的數(shù)據(jù)必須在時(shí)鐘的高電平周期保持穩(wěn)定。數(shù)據(jù)線的高或低電平狀態(tài)IIC位傳輸數(shù)據(jù)的有效性在SCL線的時(shí)鐘信號(hào)是低電平才能改變。
1. 開始和停止條件
當(dāng)4412的I2C接口空閑時(shí)，它往往工作在從機(jī)模式?；蛘哒f，4412的的i2c接口在SDA線上察覺到一個(gè)起始信號(hào)之前它應(yīng)該工作在從機(jī)模式。當(dāng)控制器改變4412的i2c接口的工作模式為主機(jī)模式后，SDA線上發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸并且控制器會(huì)產(chǎn)生SCL時(shí)鐘信號(hào)。
開始條件通過SDA線進(jìn)行串行的字節(jié)傳輸，一個(gè)停止信號(hào)終止數(shù)據(jù)傳輸，停止信號(hào)是指SCL在高電平器件SDA線有從低到高電平的跳變，主機(jī)端產(chǎn)生起始和停止條件。當(dāng)主、從設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)起始信號(hào)后，I2C總線將進(jìn)入忙狀態(tài)。這里需要說明的是上述主從設(shè)備都有可能作為主機(jī)端。
當(dāng)一個(gè)主機(jī)發(fā)送了一個(gè)起始信號(hào)后，它也應(yīng)該發(fā)送一個(gè)從機(jī)地址以通知總線上的從設(shè)備。這個(gè)地址字節(jié)的低7位表示從設(shè)備地址，最高位表示傳輸數(shù)據(jù)的方向，即主機(jī)將要進(jìn)行讀還是寫。當(dāng)最高位是0時(shí)，它將發(fā)起一個(gè)寫操作（發(fā)送操作）；當(dāng)最高位是1時(shí)，它將發(fā)起一個(gè)讀數(shù)據(jù)的請(qǐng)求（接收操作）。
主機(jī)端發(fā)起一個(gè)結(jié)束信號(hào)以完成傳輸操作，如果主機(jī)端想在總線上繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，它將發(fā)出另外一個(gè)起始信號(hào)和從設(shè)備地址。用這樣的方式，它們可以用各種各樣的格式進(jìn)行讀寫操作。
下圖為起始和停止信號(hào)：
2. 數(shù)據(jù)傳輸格式
放到SDA線上的所有字節(jié)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度應(yīng)該為8位，在每次傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)傳輸數(shù)據(jù)量沒有限制。在起始信號(hào)后的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)應(yīng)該包含地址字段，當(dāng)4412的I2C接口被設(shè)置為主模式時(shí)，地址字節(jié)應(yīng)該由控制器端發(fā)出。在每個(gè)字節(jié)后，應(yīng)該有一個(gè)應(yīng)答位。
如果從機(jī)要完成一些其他功能后（例如一個(gè)內(nèi)部中斷服務(wù)程序）才能繼續(xù)接收或發(fā)送下一個(gè)字節(jié)，從機(jī)可以拉低SCL迫使主機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好接收下一個(gè)數(shù)據(jù)并釋放SCL后，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)。如果主機(jī)在傳輸數(shù)據(jù)期間也需要完成一些其他功能（例如一個(gè)內(nèi)部中斷服務(wù)程序）也可以拉低SCL以占住總線。
下面的圖中將說明數(shù)據(jù)傳輸格式：
上圖中說明，在傳輸完每個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，都會(huì)有一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，這個(gè)應(yīng)答信號(hào)在第9個(gè)時(shí)鐘周期。具體過程如下（注意下面描述的讀寫過程都是針對(duì) 4412處理器而言，當(dāng)有具體的I2C設(shè)備與4412相連時(shí)，數(shù)據(jù)表示什么需要看具體的I2C設(shè)備，4412是不知道數(shù)據(jù)的含義的）：
寫過程：主機(jī)發(fā)送一個(gè)起始信號(hào)S→發(fā)送從機(jī)7位地址和1位方向，方向位表示寫→主機(jī)釋放SDA線方便從機(jī)給回應(yīng)→有從機(jī)匹配到地址，拉低SDA線作為ACK→主機(jī)重新獲得SDA傳輸8位數(shù)據(jù)→主機(jī)釋放SDA線方便從機(jī)給回應(yīng)→從機(jī)收到數(shù)據(jù)拉低SDA線作為ACK告訴主機(jī)數(shù)據(jù)接收成功→主機(jī)發(fā)出停止信號(hào)。
讀過程：主機(jī)發(fā)送一個(gè)起始信號(hào)S→發(fā)送從機(jī)7位地址和1位方向，方向位表示讀→主機(jī)釋放SDA線方便從機(jī)給回應(yīng)→有從機(jī)匹配到地址，拉低SDA線作為ACK→從機(jī)繼續(xù)占用SDA線，用SDA傳輸8位數(shù)據(jù)給主機(jī)→從機(jī)釋放SDA線（拉高）方便主機(jī)給回應(yīng)→主機(jī)接收到數(shù)據(jù)→主機(jī)獲得SDA線控制并拉低SDA線作為ACK告訴從機(jī)數(shù)據(jù)接收成功→主機(jī)發(fā)出停止信號(hào)。
注意：在具體的I2C通信時(shí)，要看I2C設(shè)備才能確定讀寫時(shí)序，比如下面即將描述的第七大點(diǎn)中的示例，讀寫EEPROM中就會(huì)說道具體的數(shù)據(jù)含義，讀寫過程。
3. 應(yīng)答信號(hào)的傳輸
為了完成一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸，接收方將發(fā)送一個(gè)應(yīng)答位給發(fā)送方。應(yīng)答信號(hào)出現(xiàn)在SCL線上的時(shí)鐘周期中的第九個(gè)時(shí)鐘周期，為了發(fā)送或接收1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，主機(jī)端會(huì)產(chǎn)生8個(gè)時(shí)鐘周期，為了傳輸一個(gè)ACK位，主機(jī)端需要產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖。
ACK時(shí)鐘脈沖到來之際，發(fā)送方會(huì)在SDA線上設(shè)置高電平以釋放SDA線。在ACK時(shí)鐘脈沖之間，接收方會(huì)驅(qū)動(dòng)和保持SDA線為低電平，這發(fā)生在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖為高電平期間。應(yīng)答信號(hào)為低電平時(shí)，規(guī)定為有效應(yīng)答位（ACK簡(jiǎn)稱應(yīng)答位），表示接收器已經(jīng)成功地接收了該字節(jié)；應(yīng)答信號(hào)為高電平時(shí)，規(guī)定為非應(yīng)答位（NACK），一般表示接收器接收該字節(jié)沒有成功。對(duì)于反饋有效應(yīng)答位ACK的要求是，接收器在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖之前的低電平期間將SDA線拉低，并且確保在該時(shí)鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。如果接收器是主控器，則在它收到最后一個(gè)字節(jié)后，發(fā)送一個(gè)NACK信號(hào)（即不發(fā)出ACK信號(hào)），以通知被控發(fā)送器結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送，并釋放SDA線，以便主控接收器發(fā)送一個(gè)停止信號(hào)P。
4. 讀寫操作
當(dāng)I2C控制器在發(fā)送模式下發(fā)送數(shù)據(jù)后，I2C總線接口將等待直到移位寄存器（I2CDS）接收到一個(gè)數(shù)據(jù)。在往此寄存器寫入一個(gè)新數(shù)據(jù)前，SCL線應(yīng)該保持為低電平，寫完數(shù)據(jù)后，I2C控制器將釋放SCL線。當(dāng)前正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸完成后，4412會(huì)捕捉到一個(gè)中斷，然后cpu將開始往I2CDS寄存器中寫入一個(gè)新的數(shù)據(jù)。
當(dāng)I2C控制器在接收模式下接收到數(shù)據(jù)后，I2C總線接口將等待直到I2CDS寄存器被讀。在讀到新數(shù)據(jù)之前，SCL線會(huì)被保持為低電平，讀到數(shù)據(jù)后I2C控制器將釋放掉SCL線。一個(gè)新數(shù)據(jù)接收完成后，4412將收到一個(gè)中斷，cpu收到這個(gè)中斷請(qǐng)求后，它將從I2CDS寄存器中讀取數(shù)據(jù)。
5. 總線仲裁機(jī)制
總線上可能掛接有多個(gè)器件，有時(shí)會(huì)發(fā)生兩個(gè)或多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線的情況，這種情況叫做總線競(jìng)爭(zhēng)。I2C總線具有多主控能力，可以對(duì)發(fā)生在SDA線上的總線競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)行仲裁，其仲裁原則是這樣的：當(dāng)多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線時(shí)，如果某個(gè)主器件發(fā)送高電平，而另一個(gè)主器件發(fā)送低電平，則發(fā)送電平與此時(shí)SDA總線電平不符的那個(gè)器件將自動(dòng)關(guān)閉其輸出級(jí)?？偩€競(jìng)爭(zhēng)的仲裁是在兩個(gè)層次上進(jìn)行的。首先是地址位的比較，如果主器件尋址同一個(gè)從器件，則進(jìn)入數(shù)據(jù)位的比較，從而確保了競(jìng)爭(zhēng)仲裁的可靠性。由于是利用I2C總線上的信息進(jìn)行仲裁，因此不會(huì)造成信息的丟失。
6. 終止條件
當(dāng)一個(gè)從接收者不能識(shí)別從地址時(shí)，它將保持SDA線為高電平。在這樣的情況下，主機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)停止信號(hào)并且取消數(shù)據(jù)的傳輸。當(dāng)終止傳輸產(chǎn)生后，主機(jī)端接收器會(huì)通過取消ACK的產(chǎn)生以告訴從機(jī)端發(fā)送器結(jié)束發(fā)送操作。這將在主機(jī)端接收器接收到從機(jī)端發(fā)送器發(fā)送的最后一個(gè)字節(jié)之后發(fā)生，為了讓主機(jī)端產(chǎn)生一個(gè)停止條件，從機(jī)端發(fā)送者將釋放SDA線。
7. 配置I2C總線
如果要設(shè)置I2C總線中SCL時(shí)鐘信號(hào)的頻率，可以在I2CCON寄存器中設(shè)置4位分頻器的值。I2C總線接口地址值存放在I2C總線地址寄存器（I2CADD）中，默認(rèn)值未知。
8. 每種模式下的操作流程圖
在I2C總線上執(zhí)行任何的收發(fā)Tx/Rx操作前，應(yīng)該做如下配置：
（1）在I2CADD寄存器中寫入從設(shè)備地址
?。?）設(shè)置I2CCON控制寄存器
a. 使能中斷
b. 定義SCL頻率
?。?）設(shè)置I2CSTAT寄存器以使能串行輸出
下圖為主設(shè)備發(fā)送模式
下圖為主設(shè)備接收模式
下圖為從設(shè)備發(fā)送模式
下圖為從設(shè)備接收
I2C控制器寄存器
I2C控制器用到的寄存器如下所示：
1-- I2C總線控制寄存器
IICCON寄存器用于控制是否發(fā)出ACK信號(hào)、設(shè)置發(fā)送器的時(shí)鐘、開啟I2C中斷，并標(biāo)識(shí)中斷是否發(fā)生
使用IICCON寄存器時(shí)，有如下注意事項(xiàng)
發(fā)送模式的時(shí)鐘頻率由位[6]、位[3:0]聯(lián)合決定。另外，當(dāng) IICCON[6]=0時(shí)，IICCON[3:0]不能取0或1。
位[4]用來標(biāo)識(shí)是否有I2C中斷發(fā)生，讀出為0時(shí)標(biāo)識(shí)沒有中斷發(fā)生，讀出為1時(shí)標(biāo)識(shí)有中斷發(fā)生。當(dāng)此位為1時(shí)，SCL線被拉低，此時(shí)所以I2C傳輸停止；如果要繼續(xù)傳輸，需寫入0清除它。
中斷在以下3種情況下發(fā)生：
1 -- 當(dāng)發(fā)送地址信息或接收到一個(gè)從機(jī)地址并且吻合時(shí)；
2 -- 當(dāng)總線仲裁失敗時(shí)；
3 -- 當(dāng)發(fā)送/接收完一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)（包括響應(yīng)位）時(shí)；
基于SDA、SCL線上時(shí)間特性的考慮，要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先將數(shù)據(jù)寫入IICDS寄存器，然后再清除中斷。
如果IICCON[5]=0，IICCON[4]將不能正常工作，所以，即使不使用I2C中斷，也要將IICCON[5]設(shè)為1.
2 -- I2C狀態(tài)寄存器
IICSTAT寄存器用于選擇I2C接口的工作模式，發(fā)出S信號(hào)、P信號(hào)，使能接收/發(fā)送功能，并標(biāo)識(shí)各種狀態(tài)，比如總線仲裁是否成功、作為從機(jī)時(shí)是否被尋址、是否接收到0地址、是否接收到ACK信號(hào)等。
3 -- I2C數(shù)據(jù)發(fā)送/接收移位寄存器
fs4412的i2c總線上掛載了mpu6050
mpu6050每次讀取或者要寫入數(shù)據(jù)時(shí)，必須先告知從設(shè)備要操作的內(nèi)部寄存器地址（RA），然后緊跟著讀取或者寫入數(shù)據(jù)（DATA），內(nèi)部寄存器的配置和讀取一次最多1個(gè)data，交互時(shí)序如下：
【注意】上述兩個(gè)時(shí)序非常重要，下面我們編寫基于linux的驅(qū)動(dòng)編寫i2c_msg還要再依賴他。
上述簡(jiǎn)化時(shí)序的術(shù)語(yǔ)解釋如下
【寄存器使用規(guī)則】
下面先提前講一下具體應(yīng)用中如何啟動(dòng)和恢復(fù)IIC的傳輸
啟動(dòng)或恢復(fù)4412的I2C傳輸有以下兩種方法。
1） 當(dāng)IICCON[4]即中斷狀態(tài)位為0時(shí)，通過寫IICSTAT寄存器啟動(dòng)I2C操作。有以下兩種情況。
1--在主機(jī)模式，
令I(lǐng)ICSTAT[5:4]等于0b11，將發(fā)出S信號(hào)和IICDS寄存器的數(shù)據(jù)（尋址），
令I(lǐng)ICSTAT[5:4]等于0b01，將發(fā)出P信號(hào)。
2--在從機(jī)模式，令I(lǐng)ICSTAT[4]等于1將等待其他主機(jī)發(fā)出S信號(hào)及地址信息。
2）當(dāng)IICCON[4]即中斷狀態(tài)為1時(shí)，表示I2C操作被暫停。在這期間設(shè)置好其他寄存器之后，向IICCON[4]寫入0即可恢復(fù)I2C操作。所謂“設(shè)置其他寄存器”，有以下三種情況：
1--對(duì)于主機(jī)模式，可以按照上面1的方法寫IICSTAT寄存器，恢復(fù)I2C操作后即可發(fā)出S信號(hào)和IICDS寄存器的值（尋址），或發(fā)出P信號(hào)。
2--對(duì)于發(fā)送器，可以將下一個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入IICDS寄存器中，恢復(fù)I2C操作后即可發(fā)出這個(gè)數(shù)據(jù)。
3--對(duì)于接收器，可以從IICDS寄存器讀出接收到的數(shù)據(jù)。最后向IICCON[4]寫入0的同時(shí)，設(shè)置IICCON[7]以決定是否在接收到下一個(gè)數(shù)據(jù)后是否發(fā)出ACK信號(hào)。
MPU6050
MPU-6000（6050）為全球首例整合性6軸運(yùn)動(dòng)處理組件，相較于多組件方案，免除了組合陀螺儀與加速器時(shí)間軸之差的問題，減少了大量的封裝空間。當(dāng)連接到三軸磁強(qiáng)計(jì)時(shí)，MPU-60X0提供完整的9軸運(yùn)動(dòng)融合輸出到其主I2C或SPI端口（SPI僅在MPU-6000上可用）。
MPU-6000（6050）的角速度全格感測(cè)范圍為±250、±500、±1000與±2000°/sec （dps），可準(zhǔn)確追蹤快速與慢速動(dòng)作，并且，用戶可程式控制的加速器全格感測(cè)范圍為±2g、±4g±8g與±16g。產(chǎn)品傳輸可透過最高至400kHz的IIC或最高達(dá)20MHz的SPI（MPU-6050沒有SPI）。
電路圖
【MPU6050硬件電路圖】（實(shí)際板子電路圖不一定和下面一樣，具體問題具體分析，本例參考exynos-fs4412開發(fā)板）
1 AD0接地的 值為 0
所以從設(shè)備地址為0x68；
2 SCL、SDA連接的i2c_SCL5、i2c_SDA5
由此可得這兩個(gè)信號(hào)線復(fù)用了GPIO的GPB的2、3引腳；
3 查閱exynos4412 datasheet 6.2.2 Part 1可得
所以設(shè)置GPIO 的 GPB 【15：8】= 0x33 即可。
MPU6050內(nèi)部寄存器
mpu6050內(nèi)部寄存器的使用，參考datasheet《MPU-6000 and MPU-6050
Register Map and Descriptions Revision 4.0 》。
Mpu6050內(nèi)部有100多個(gè)寄存器。比如：
這個(gè)寄存器是用來設(shè)置加速度屬性的，當(dāng)bit[4:3] 設(shè)置為0，表示3個(gè)軸的加速度量程最大為±2g。
mpu6050的內(nèi)部寄存器非常多，并不需要每一個(gè)寄存器都需要搞懂，在如下代碼實(shí)例中，我已經(jīng)列舉出常用的寄存器以及他們的典型值，其他的寄存器不再一一介紹。
下面是個(gè)IIC總線實(shí)例：
用IIC總線實(shí)現(xiàn)CPU與MPU-6050的數(shù)據(jù)查詢
具體代碼如下：
//****************************************
// MPU6050常用內(nèi)部地址，以下地址在mpu6050內(nèi)部
//****************************************
#define SMPLRT_DIV 0x19 //陀螺儀采樣率，典型值：0x07（125Hz）
#define CONFIG 0x1A //低通濾波頻率，典型值：0x06（5Hz）
#define GYRO_CONFIG 0x1B //陀螺儀自檢及測(cè)量范圍，典型值：0x18（不自檢，2000deg/s）
#define ACCEL_CONFIG 0x1C //加速計(jì)自檢、測(cè)量范圍及高通濾波頻率，典型值：0x01（不自檢，2G，5Hz）
#define ACCEL_XOUT_H 0x3B
#define ACCEL_XOUT_L 0x3C
#define ACCEL_YOUT_H 0x3D
#define ACCEL_YOUT_L 0x3E
#define ACCEL_ZOUT_H 0x3F
#define ACCEL_ZOUT_L 0x40
#define TEMP_OUT_H 0x41
#define TEMP_OUT_L 0x42
#define GYRO_XOUT_H 0x43
#define GYRO_XOUT_L 0x44
#define GYRO_YOUT_H 0x45
#define GYRO_YOUT_L 0x46
#define GYRO_ZOUT_H 0x47
#define GYRO_ZOUT_L 0x48
#define PWR_MGMT_1 0x6B //電源管理，典型值：0x00（正常啟用）
#define WHO_AM_I 0x75 //IIC地址寄存器（默認(rèn)數(shù)值0x68，只讀）
#define SlaveAddress 0xD0 //IIC寫入時(shí)的地址字節(jié)數(shù)據(jù)，+1為讀取
typedef struct {
unsigned int CON;
unsigned int DAT;
unsigned int PUD;
unsigned int DRV;
unsigned int CONPDN;
unsigned int PUDPDN;
}gpb;
#define GPB （* （volatile gpb *）0x11400040）
typedef struct {
unsigned int I2CCON;
unsigned int I2CSTAT;
unsigned int I2CADD;
unsigned int I2CDS;
unsigned int I2CLC;
}i2c5;
#define I2C5 （* （volatile i2c5 *）0x138B0000 ）
void mydelay_ms（int time）
{
int i, j;
while（time--）
{
for （i = 0; i < 5; i++）
for （j = 0; j < 514; j++）；
}
}
/**********************************************************************
* @brief iic read a byte program body
* @param[in] slave_addr, addr, &data
* @return None
**********************************************************************/
void iic_read（unsigned char slave_addr, unsigned char addr, unsigned char *data）
{
/*根據(jù)mpu6050的datasheet，要讀取數(shù)據(jù)必須先執(zhí)行寫操作：寫入一個(gè)從設(shè)備地址，
然后執(zhí)行讀操作，才能讀取到該內(nèi)部寄存器的內(nèi)容*/
I2C5.I2CDS = slave_addr; //將從機(jī)地址寫入I2CDS寄存器中
I2C5.I2CCON = （1 《 7）|（1 《 6）|（1 《 5）； //設(shè)置時(shí)鐘并使能中斷
I2C5.I2CSTAT = 0xf0; //[7:6]設(shè)置為0b11，主機(jī)發(fā)送模式；
//往[5：4]位寫0b11，即產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)，發(fā)出IICDS寄存器中的地址
while（?。↖2C5.I2CCON & （1 《 4）））； // 等待傳輸結(jié)束，傳輸結(jié)束后，I2CCON [4]位為1，標(biāo)識(shí)有中斷發(fā)生；
// 此位為1時(shí)，SCL線被拉低，此時(shí)I2C傳輸停止；
I2C5.I2CDS = addr; //寫命令值
I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & （~（1 《 4））；// I2CCON [4]位清0，繼續(xù)傳輸
while（?。↖2C5.I2CCON & （1 《 4）））；// 等待傳輸結(jié)束
I2C5.I2CSTAT = 0xD0; // I2CSTAT[5:4]位寫0b01,發(fā)出停止信號(hào)
I2C5.I2CDS = slave_addr | 1; //表示要讀出數(shù)據(jù)
I2C5.I2CCON = （1 《 7）|（1 《 6） |（1 《 5） ; //設(shè)置時(shí)鐘并使能中斷
I2C5.I2CSTAT = 0xb0;//[7:6]位0b10,主機(jī)接收模式；
//往[5：4]位寫0b11，即產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)，發(fā)出IICDS寄存器中的地址
// I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & （~（1 《 4））； 如果強(qiáng)行關(guān)閉，將讀取不到數(shù)據(jù)
while（?。↖2C5.I2CCON & （1 《 4）））；//等待傳輸結(jié)束，接收數(shù)據(jù)
I2C5.I2CCON &= ~（（1《7）|（1 《 4））；/* Resume the operation & no ack*/
// I2CCON [4]位清0，繼續(xù)傳輸，接收數(shù)據(jù)，
// 主機(jī)接收器接收到最后一字節(jié)數(shù)據(jù)后，不發(fā)出應(yīng)答信號(hào) no ack
// 從機(jī)發(fā)送器釋放SDA線，以允許主機(jī)發(fā)出P信號(hào)，停止傳輸；
while（?。↖2C5.I2CCON & （1 《 4）））；// 等待傳輸結(jié)束
I2C5.I2CSTAT = 0x90;
*data = I2C5.I2CDS;
I2C5.I2CCON &= ~（1《4）； /*clean interrupt pending bit */
mydelay_ms（10）；
*data = I2C5.I2CDS;
}
/**************************************************************
* @brief iic write a byte program body
* @param[in] slave_addr, addr, data
* @return None
*************************************************************/
void iic_write （unsigned char slave_addr, unsigned char addr, unsigned char data）
{
I2C5.I2CDS = slave_addr;
I2C5.I2CCON = （1 《 7）|（1 《 6）|（1 《 5） ;
I2C5.I2CSTAT = 0xf0;
while（！（I2C5.I2CCON & （1 《 4）））；
I2C5.I2CDS = addr;
I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & （~（1 《 4））；
while（?。↖2C5.I2CCON & （1 《 4）））；
I2C5.I2CDS = data;
I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & （~（1 《 4））；
while（?。↖2C5.I2CCON & （1 《 4）））；
I2C5.I2CSTAT = 0xd0;
I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & （~（1 《 4））；
mydelay_ms（10）；
}
void MPU6050_Init （）
{
iic_write（SlaveAddress, PWR_MGMT_1, 0x00）；
iic_write（SlaveAddress, SMPLRT_DIV, 0x07）；
iic_write（SlaveAddress, CONFIG, 0x06）；
iic_write（SlaveAddress, GYRO_CONFIG, 0x18）；
iic_write（SlaveAddress, ACCEL_CONFIG, 0x01）；
}
/*讀取mpu6050某個(gè)內(nèi)部寄存器的內(nèi)容*/
int get_data（unsigned char addr）
{
char data_h, data_l;
iic_read（SlaveAddress, addr, &data_h）；
iic_read（SlaveAddress, addr+1, &data_l）；
return （data_h《8）|data_l;
}
/*
* 裸機(jī)代碼，不同于LINUX 應(yīng)用層， 一定加循環(huán)控制
*/
int main（void）
{
int data;
unsigned char zvalue;
GPB.CON = （GPB.CON & ~（0xff《8）） | 0x33《8; // GPBCON[3], I2C_5_SCL GPBCON[2], I2C_5_SDAmydelay_ms（100）；
uart_init（）；
/*---------------------------------------------------------------*/
I2C5.I2CSTAT = 0xD0;
I2C5.I2CCON &= ~（1《4）； /*clean interrupt pending bit */
/*--------------------------------------------------------------*/
mydelay_ms（100）；
MPU6050_Init（）；
mydelay_ms（100）；
printf（"\n********** I2C test!! ***********\n"）；
while（1）
{
data = get_data（GYRO_ZOUT_H）；
printf（" GYRO --> Z <---:Hex: %x", data）；
data = get_data（GYRO_XOUT_H）；
printf（" GYRO --> X <---:Hex: %x", data）；
printf（"\n"）；
mydelay_ms（1000）；
}
return 0;
}
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
********** I2C test!! ***********
GYRO --> Z <---:Hex: 1c GYRO --> X <---:Hex: feda
GYRO --> Z <---:Hex: fefc GYRO --> X <---:Hex: fed6
GYRO --> Z <---:Hex: fefe GYRO --> X <---:Hex: fed6
GYRO --> Z <---:Hex: fefe GYRO --> X <---:Hex: fedc
GYRO --> Z <---:Hex: fefe GYRO --> X <---:Hex: feda
GYRO --> Z <---:Hex: fefc GYRO --> X <---:Hex: fed6
GYRO --> Z <---:Hex: fefe GYRO --> X <---:Hex: feda
GYRO --> Z <---:Hex: fcf2 GYRO --> X <---:Hex: 202
GYRO --> Z <---:Hex: ec GYRO --> X <---:Hex: faa0
GYRO --> Z <---:Hex: 4c GYRO --> X <---:Hex: e
GYRO --> Z <---:Hex: fe GYRO --> X <---:Hex: fed8
GYRO --> Z <---:Hex: 0 GYRO --> X <---:Hex: fede
GYRO --> Z <---:Hex: 0 GYRO --> X <---:Hex: feda
讀寫操作代碼解析：
寫入一個(gè)數(shù)據(jù)流程：
讀數(shù)據(jù)流程：
上圖閱讀注意點(diǎn)：
從設(shè)備地址是在用的時(shí)候應(yīng)該左移一位|讀寫位，比如寫reg=0x68<1|0,即0xD0;
主設(shè)備發(fā)出S信號(hào)，需要將I2CSTATn 的bite：5設(shè)置為1；
主設(shè)備發(fā)出p信號(hào)，需要將I2CSTATn 的bite：5設(shè)置為0；
主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)需要將寄存器I2CCONn的bit:4置0，to reume the operation；
主機(jī)等待從設(shè)備發(fā)送的ack或者data，需要輪訓(xùn)判斷I2CCONn的bit:4是否置1；
代碼的理解除了結(jié)合功能流程圖、時(shí)序圖、源代碼還要結(jié)合寄存器說明；
代碼的編寫順序必須嚴(yán)格按照時(shí)序和模塊流程圖執(zhí)行；
時(shí)序中的每一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)（包括ack、data、reg）的產(chǎn)生或者發(fā)送對(duì)應(yīng)的代碼都用箭頭以及相同的顏色框處；
對(duì)于read操作，NACK的回復(fù)需要在接收最后一個(gè)data之前設(shè)置I2CCONn ：7位為0，這樣在收到從設(shè)備的data后，才會(huì)將SDA拉低。
I2C Linux驅(qū)動(dòng)篇
本篇講解mpu6050基于Linux的驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。
Linux I2C架構(gòu)
Linux內(nèi)核已經(jīng)為我們編寫好了I2C的架構(gòu)，從設(shè)備信息可以在內(nèi)核文件中直接寫死，也可以通過設(shè)備樹來提供，我們只需要實(shí)現(xiàn)i2c_driver,然后注冊(cè)到i2c架構(gòu)中即可。
i2c的內(nèi)核架構(gòu)源碼位于：
\drivers\i2c
I2C核心（i2c_core）
I2C核心維護(hù)了i2c_bus結(jié)構(gòu)體，提供了I2C總線驅(qū)動(dòng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)的注冊(cè)、注銷方法，維護(hù)了I2C總線的驅(qū)動(dòng)、設(shè)備鏈表，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備、驅(qū)動(dòng)的匹配探測(cè)。此部分代碼由Linux內(nèi)核提供。
I2C總線驅(qū)動(dòng)
I2C總線驅(qū)動(dòng)維護(hù)了I2C適配器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（i2c_adapter）和適配器的通信方法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（i2c_algorithm）。所以I2C總線驅(qū)動(dòng)可控制I2C適配器產(chǎn)生start、stop、ACK等。此部分代碼由具體的芯片廠商提供，比如Samsung、高通。
I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)
I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)主要維護(hù)兩個(gè)結(jié)構(gòu)體：i2c_driver和i2c_client，實(shí)現(xiàn)和用戶交互的文件操作集合fops、cdev等。此部分代碼就是驅(qū)動(dòng)開發(fā)者需要完成的。
Linux內(nèi)核中描述I2C的四個(gè)核心結(jié)構(gòu)體
1）i2c_client—掛在I2C總線上的I2C從設(shè)備
每一個(gè)i2c從設(shè)備都需要用一個(gè)i2c_client結(jié)構(gòu)體來描述，i2c_client對(duì)應(yīng)真實(shí)的i2c物理設(shè)備device。
但是i2c_client不是我們自己寫程序去創(chuàng)建的，而是通過以下常用的方式自動(dòng)創(chuàng)建的：
方法一： 分配、設(shè)置、注冊(cè)i2c_board_info
方法二： 獲取adapter調(diào)用i2c_new_device
方法三： 通過設(shè)備樹（devicetree）創(chuàng)建
方法1和方法2通過platform創(chuàng)建，這兩種方法在內(nèi)核3.0版本以前使用所以在這不詳細(xì)介紹；方法3是最新的方法，3.0版本之后的內(nèi)核都是通過這種方式創(chuàng)建的，文章后面的案例就按方法3。
2）i2c_adapter
I2C總線適配器，即soc中的I2C總線控制器，硬件上每一對(duì)I2C總線都對(duì)應(yīng)一個(gè)適配器來控制它。在Linux內(nèi)核代碼中，每一個(gè)adapter提供了一個(gè)描述它的結(jié)構(gòu)（struct i2c_adapter），再通過i2c core層將i2c設(shè)備與i2c adapter關(guān)聯(lián)起來。主要用來完成i2c總線控制器相關(guān)的數(shù)據(jù)通信，此結(jié)構(gòu)體在芯片廠商提供的代碼中維護(hù)。
3）i2c_algorithm
I2C總線數(shù)據(jù)通信算法，通過管理I2C總線控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)I2C總線上數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等操作。亦可以理解為I2C總線控制器（適配器adapter）對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，每一個(gè)適配器對(duì)應(yīng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，用來描述適配器和設(shè)備之間的通信方法，由芯片廠商去實(shí)現(xiàn)的。
4）i2c_driver
用于管理I2C的驅(qū)動(dòng)程序和i2c設(shè)備（client）的匹配探測(cè)，實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用層交互的文件操作集合fops、cdev等。
設(shè)備樹
1. 硬件電路圖如下：
由上圖所示硬件使用的是I2C通道5，
2. 查找exnos4412的datasheet 29.6.1節(jié)，對(duì)應(yīng)的基地址為0x138B0000。
3. 由上圖可知中斷引腳復(fù)用的是GPX3_3。
4. 在上一篇中，我們已經(jīng)得到mpu6050從設(shè)備地址為0x68。
linux內(nèi)核中三星已經(jīng)為I2C控制器和設(shè)備節(jié)點(diǎn)的編寫提供了說明手冊(cè)：
G:\linux-3.14-fs4412\Documentation\devicetree\bindings\i2c\i2c-s3c2410.txt
該文檔提供了一個(gè)具體范例，如下：
Example:
i2c@13870000 {
compatible = "samsung,s3c2440-i2c";
reg = <0x13870000 0x100>;
interrupts = <345>;
samsung,i2c-sda-delay = <100>;
samsung,i2c-max-bus-freq = <100000>;
/* Samsung GPIO variant begins here */
gpios = <&gpd1 2 0 /* SDA */
&gpd1 3 0 /* SCL */>;
/* Samsung GPIO variant ends here */
/* Pinctrl variant begins here */
pinctrl-0 = <&i2c3_bus>;
pinctrl-names = "default";
/* Pinctrl variant ends here */
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
wm8994@1a {
compatible = "wlf,wm8994";
reg = <0x1a>;
};
};
注意：三星的exynos4412的i2c控制器驅(qū)動(dòng)仍然沿用了s3c2410的驅(qū)動(dòng)。
綜上，最終I2C設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)編寫如下：
i2c@138B0000 { 基地址是 138B0000
samsung,i2c-sda-delay = <100>;
samsung,i2c-max-bus-freq = <20000>;
pinctrl-0 =<&i2c5_bus>; 通道5
pinctrl-names = "default";
status = "okay";
mpu6050-3-asix@68 {
compatible = "invensense,mpu6050";
reg= <0x68>; 從設(shè)備地址
interrupt-parent = <&gpx3>; 中斷父節(jié)點(diǎn)
interrupts= <3 2>; 中斷index=3，中斷觸發(fā)方式：下降沿觸發(fā)
};
};
其中 外面節(jié)點(diǎn) i2c@138B0000{}是i2c控制器設(shè)備樹信息，子節(jié)點(diǎn)
mpu6050-3-asix@68{}是從設(shè)備mpu6050的設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)信息。
【注意】關(guān)于設(shè)備樹的編譯燒錄，本篇不做詳細(xì)說明，后續(xù)會(huì)開一篇詳細(xì)講述設(shè)備樹的使用。
結(jié)構(gòu)體之間關(guān)系如下：
1. 設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)分為控制器和從設(shè)備兩部分，控制器節(jié)點(diǎn)信息會(huì)通過platform總線與控制器驅(qū)動(dòng)匹配，控制器驅(qū)動(dòng)已經(jīng)由內(nèi)核提供，結(jié)構(gòu)體如下：
static struct platform_driver s3c24xx_i2c_driver = {
.probe = s3c24xx_i2c_probe,
.remove = s3c24xx_i2c_remove,
.id_table = s3c24xx_driver_ids,
.driver = {
.owner = THIS_MODULE,
.name = "s3c-i2c",
.pm = S3C24XX_DEV_PM_OPS,
.of_match_table = of_match_ptr（s3c24xx_i2c_match），
},
};
#ifdef CONFIG_OF
static const struct of_device_id s3c24xx_i2c_match[] = {
{ .compatible = "samsung,s3c2410-i2c", .data = （void *）0 },
{ .compatible = "samsung,s3c2440-i2c", .data = （void *）QUIRK_S3C2440 },
{ .compatible = "samsung,s3c2440-hdmiphy-i2c",
.data = （void *）（QUIRK_S3C2440 | QUIRK_HDMIPHY | QUIRK_NO_GPIO） },
{ .compatible = "samsung,exynos5440-i2c",
.data = （void *）（QUIRK_S3C2440 | QUIRK_NO_GPIO） },
{ .compatible = "samsung,exynos5-sata-phy-i2c",
.data = （void *）（QUIRK_S3C2440 | QUIRK_POLL | QUIRK_NO_GPIO） },
{},
};
MODULE_DEVICE_TABLE（of, s3c24xx_i2c_match）；
#endif
2. 從設(shè)備節(jié)點(diǎn)信息最終會(huì)通過i2c_bus與i2c_driver匹配，i2c_driver需要由開發(fā)者自己注冊(cè)，并實(shí)現(xiàn)字符設(shè)備接口和創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)/dev/mpu6050；
3. 用戶通過字符設(shè)備節(jié)點(diǎn)/dev/mpu6050調(diào)用內(nèi)核的注冊(cè)的接口函數(shù)mpu6050_read_byte、mpu6050_write_byte；
4. 內(nèi)核的i2c core模塊提供了i2c協(xié)議相關(guān)的核心函數(shù)，在實(shí)現(xiàn)讀寫操作的時(shí)候，需要通過一個(gè)重要的函數(shù)i2c_transfer（），這個(gè)函數(shù)是i2c核心提供給設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，通過它發(fā)送的數(shù)據(jù)需要被打包成i2c_msg結(jié)構(gòu)，這個(gè)函數(shù)最終會(huì)回調(diào)相應(yīng)i2c_adapter->i2c_algorithm->master_xfer（）接口將i2c_msg對(duì)象發(fā)送到i2c物理控制器。
【注】實(shí)例所用soc是exynos4412，為三星公司所出品，所以i2c控制器設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)信息可以參考linux內(nèi)核根目錄以下件：
Documentation\devicetree\bindings\i2c\i2c-s3c2410.txt。
不同的公司設(shè)計(jì)的i2c控制器設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)信息填寫格式不盡相同，需要根據(jù)具體產(chǎn)品填寫。
編寫驅(qū)動(dòng)代碼
分配、設(shè)置、注冊(cè)i2c_driver結(jié)構(gòu)體
i2c總線驅(qū)動(dòng)模型屬于設(shè)備模型中的一類，同樣struct i2c_driver結(jié)構(gòu)體繼承于struct driver，匹配方法和設(shè)備模型中講的一樣，這里要去匹配設(shè)備樹，所以必須實(shí)現(xiàn)i2c_driver結(jié)構(gòu)體中的driver成員中的of_match_table成員：
如果和設(shè)備樹匹配成功，那么就會(huì)調(diào)用probe函數(shù)
實(shí)現(xiàn)文件操作集合
如何填充i2c_msg？
根據(jù)mpu6050的datasheet可知，向mpu6050寫入1個(gè)data和讀取1個(gè)值的時(shí)序分別如下圖所示。
基于Linux的i2c架構(gòu)編寫驅(qū)動(dòng)程序，我們需要用struct i2c_msg結(jié)構(gòu)體來表示上述所有信息。
編寫i2c_msg信息原則如下：
有幾個(gè)S信號(hào)，msg數(shù)組就要有幾個(gè)元素；
addr為從設(shè)備地址，通過i2c總線調(diào)用注冊(cè)的probe函數(shù)的參數(shù)i2c_client傳遞下來；
len的長(zhǎng)度不包括S、AD、ACK、P；
buf為要發(fā)送或者要讀取的DATA的內(nèi)存地址。
綜上所述：
Single-Byte Write Sequence時(shí)序只需要1個(gè)i2c_msg,len值為2，buf內(nèi)容為是RA、DATA；
Single-Byte Read Sequence時(shí)序需要2個(gè)i2c_msg,len值分別都為1，第1個(gè)msg的buf是RA，第2個(gè)msg的buf緩沖區(qū)用于存取從設(shè)備發(fā)送的DATA。
I2C內(nèi)核架構(gòu)分析
本章以linux3.14.0為參考， 討論Linux中的i2c控制器驅(qū)動(dòng)是如何實(shí)現(xiàn)的。
驅(qū)動(dòng)入口
三星的i2c控制器驅(qū)動(dòng)是基于platform總線實(shí)現(xiàn)的，struct platform_driver定義如下：
當(dāng)設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)信息的compatible信息和注冊(cè)的platform_driver.driver. of_match_table字符串會(huì)通過platform總線的macth方法進(jìn)行配對(duì)，匹配成功后會(huì)調(diào)用probe函數(shù)s3c24xx_i2c_probe（）。
驅(qū)動(dòng)核心結(jié)構(gòu)
要理解i2c的內(nèi)核架構(gòu)首先必須了解一下這幾個(gè)機(jī)構(gòu)體：
s3c24xx_i2c
該結(jié)構(gòu)體是三星i2c控制器專用結(jié)構(gòu)體，描述了控制器的所有資源，包括用于等待中斷喚醒的等待隊(duì)列、傳輸i2c_msg的臨時(shí)指針、記錄與硬件通信的狀態(tài)、中斷號(hào)、控制器基地址、時(shí)鐘、i2c_adapter、設(shè)備樹信息pdata等。i2c控制器初始化的時(shí)候會(huì)為該控制器創(chuàng)建該結(jié)構(gòu)體變量，并初始化之。
i2c_adapter
對(duì)象實(shí)現(xiàn)了一組通過一個(gè)i2c控制器發(fā)送消息的所有信息， 包括時(shí)序， 地址等等， 即封裝了i2c控制器的"控制信息"。它被i2c主機(jī)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建， 通過clien域和i2c_client和i2c_driver相連， 這樣設(shè)備端驅(qū)動(dòng)就可以通過其中的方法以及i2c物理控制器來和一個(gè)i2c總線的物理設(shè)備進(jìn)行交互。
i2c_algorithm
描述一個(gè)i2c主機(jī)的發(fā)送時(shí)序的信息，該類的對(duì)象algo是i2c_adapter的一個(gè)域，其中注冊(cè)的函數(shù)master_xfer（）最終被設(shè)備驅(qū)動(dòng)端的i2c_transfer（）回調(diào)。
i2c_msg
描述一個(gè)在設(shè)備端和主機(jī)端之間進(jìn)行流動(dòng)的數(shù)據(jù)， 在設(shè)備驅(qū)動(dòng)中打包并通過i2c_transfer（）發(fā)送。相當(dāng)于skbuf之于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，urb之于USB設(shè)備。
這幾個(gè)結(jié)構(gòu)體之間關(guān)系：
i2c_client
描述一個(gè)掛接在硬件i2c總線上的設(shè)備的設(shè)備信息，即i2c設(shè)備的設(shè)備對(duì)象，與i2c_driver對(duì)象匹配成功后通過detected和i2c_driver以及i2c_adapter相連，在控制器驅(qū)動(dòng)與控制器設(shè)備匹配成功后被控制器驅(qū)動(dòng)通過i2c_new_device（）創(chuàng)建。從設(shè)備所掛載的i2c控制器會(huì)在初始化的時(shí)候保存到成員adapter。
i2c_driver
描述一個(gè)掛接在硬件i2c總線上的設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法，即i2c設(shè)備的驅(qū)動(dòng)對(duì)象，通過i2c_bus_type和設(shè)備信息i2c_client匹配，匹配成功后通過clients和i2c_client對(duì)象以及i2c_adapter對(duì)象相連。
如上圖所示：Linux內(nèi)核維護(hù)了i2c bus總線，所有的i2c從設(shè)備信息都會(huì)轉(zhuǎn)換成i2c_client,并注冊(cè)到i2c總線，沒有設(shè)備的情況下一般填寫在一下文件中：
linux-3.14-fs4412\arch\arm\mach-s5pc100\ Mach-smdkc100.c
內(nèi)核啟動(dòng)會(huì)將i2c_board_info結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)換成i2c_client。
有設(shè)備樹的情況下，內(nèi)核啟動(dòng)會(huì)自動(dòng)將設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成i2c_client。
i2c_adapter
我首先說i2c_adapter, 并不是編寫一個(gè)i2c設(shè)備驅(qū)動(dòng)需要它， 通常我們?cè)谂渲脙?nèi)核的時(shí)候已經(jīng)將i2c控制器的設(shè)備信息和驅(qū)動(dòng)已經(jīng)編譯進(jìn)內(nèi)核了， 就是這個(gè)adapter對(duì)象已經(jīng)創(chuàng)建好了， 但是了解其中的成員對(duì)于理解i2c驅(qū)動(dòng)框架非常重要， 所有的設(shè)備驅(qū)動(dòng)都要經(jīng)過這個(gè)對(duì)象的處理才能和物理設(shè)備通信
//include/linux/i2c.h
428-->這個(gè)i2c控制器需要的控制算法， 其中最重要的成員是master_xfer（）接口， 這個(gè)接口是硬件相關(guān)的， 里面的操作都是基于具體的SoC i2c寄存器的， 它將完成將數(shù)據(jù)發(fā)送到物理i2c控制器的"最后一公里"
436-->表示這個(gè)一個(gè)device, 會(huì)掛接到內(nèi)核中的鏈表中來管理， 其中的
443-->這個(gè)節(jié)點(diǎn)將一個(gè)i2c_adapter對(duì)象和它所屬的i2c_client對(duì)象以及相應(yīng)的i2c_driver對(duì)象連接到一起
下面是2個(gè)i2c-core.c提供的i2c_adapter直接相關(guān)的操作API, 通常也不需要設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)中使用。
Adapter初始化
i2c控制器設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)信息通過platform總線傳遞下來，即參數(shù)pdev。probe函數(shù)主要功能是初始化adapter，申請(qǐng)i2c控制器需要的各種資源，同時(shí)通過設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)初始化該控制器下的所有從設(shè)備，創(chuàng)建i2c_client結(jié)構(gòu)體。
static int s3c24xx_i2c_probe（struct platform_device *pdev）
{
struct s3c24xx_i2c *i2c;//最重要的結(jié)構(gòu)體
//保存設(shè)備樹信息
struct s3c2410_platform_i2c *pdata = NULL;
struct resource *res;
int ret;
if （！pdev->dev.of_node） {
pdata = dev_get_platdata（&pdev->dev）；
if （！pdata） {
dev_err（&pdev->dev, "no platform data\n"）；
return -EINVAL;
}
}
/*為結(jié)構(gòu)體變量i2c分配內(nèi)存*/
i2c = devm_kzalloc（&pdev->dev, sizeof（struct s3c24xx_i2c）， GFP_KERNEL）；
if （！i2c） {
dev_err（&pdev->dev, "no memory for state\n"）；
return -ENOMEM;
}
i2c->pdata = devm_kzalloc（&pdev->dev, sizeof（*pdata）， GFP_KERNEL）；
if （！i2c->pdata） {
dev_err（&pdev->dev, "no memory for platform data\n"）；
return -ENOMEM;
}
/*i2c控制器的一些特殊行為
#define QUIRK_S3C2440 （1 《 0）
#define QUIRK_HDMIPHY （1 《 1）
#define QUIRK_NO_GPIO （1 《 2）
#define QUIRK_POLL （1 《 3）
其中bite：3如果采用輪訓(xùn)方式與底層硬件通信值為1，中斷方式值為0*/
i2c->quirks = s3c24xx_get_device_quirks（pdev）；
if （pdata）
memcpy（i2c->pdata, pdata, sizeof（*pdata））；
else
s3c24xx_i2c_parse_dt（pdev->dev.of_node, i2c）；
strlcpy（i2c->adap.name, "s3c2410-i2c", sizeof（i2c->adap.name））；
i2c->adap.owner = THIS_MODULE;
/*為i2c_msg傳輸方法賦值，*/
i2c->adap.algo = &s3c24xx_i2c_algorithm;
i2c->adap.retries = 2;
i2c->adap.class = I2C_CLASS_HWMON | I2C_CLASS_SPD;
i2c->tx_setup = 50;
//初始化等待隊(duì)列，該等待隊(duì)列用于喚醒讀寫數(shù)據(jù)的進(jìn)程
init_waitqueue_head（&i2c->wait）；
/* find the clock and enable it */
i2c->dev = &pdev->dev;
//獲取時(shí)鐘
i2c->clk = devm_clk_get（&pdev->dev, "i2c"）；
if （IS_ERR（i2c->clk）） {
dev_err（&pdev->dev, "cannot get clock\n"）；
return -ENOENT;
}
dev_dbg（&pdev->dev, "clock source %p\n", i2c->clk）；
/* map the registers */
//通過pdev得到i2c控制器的寄存器地址資源
res = platform_get_resource（pdev, IORESOURCE_MEM, 0）；
//映射i2c控制器的物理基地址為虛擬基地址
i2c->regs = devm_ioremap_resource（&pdev->dev, res）；
if （IS_ERR（i2c->regs））
return PTR_ERR（i2c->regs）；
dev_dbg（&pdev->dev, "registers %p （%p）\n",
i2c->regs, res）；
/* setup info block for the i2c core */
/*將結(jié)構(gòu)體變量i2c保存到i2c_adapter的私有變量指針algo_data，
編寫i2c設(shè)備驅(qū)動(dòng)可以通過adapter指針找到結(jié)構(gòu)體i2c*/
i2c->adap.algo_data = i2c;
i2c->adap.dev.parent = &pdev->dev;
i2c->pctrl = devm_pinctrl_get_select_default（i2c->dev）；
/* inititalise the i2c gpio lines */
//得到i2c復(fù)用的gpio引腳并初始化
if （i2c->pdata->cfg_gpio） {
i2c->pdata->cfg_gpio（to_platform_device（i2c->dev））；
} else if （IS_ERR（i2c->pctrl） && s3c24xx_i2c_parse_dt_gpio（i2c）） {
return -EINVAL;
}
/* initialise the i2c controller */
clk_prepare_enable（i2c->clk）；
/*將從設(shè)備地址寫入寄存器S3C2410_IICADD，同時(shí)初始化時(shí)鐘頻率*/
ret = s3c24xx_i2c_init（i2c）；
clk_disable_unprepare（i2c->clk）；
if （ret != 0） {
dev_err（&pdev->dev, "I2C controller init failed\n"）；
return ret;
}
/* find the IRQ for this unit （note, this relies on the init call to
* ensure no current IRQs pending
*/
if （！（i2c->quirks & QUIRK_POLL）） {
/*從plat_device中獲得中斷號(hào)*/
i2c->irq = ret = platform_get_irq（pdev, 0）；
if （ret <= 0） {
dev_err（&pdev->dev, "cannot find IRQ\n"）；
return ret;
}
/*注冊(cè)中斷處理函數(shù)s3c24xx_i2c_irq（）*/
ret = devm_request_irq（&pdev->dev, i2c->irq, s3c24xx_i2c_irq, 0,
dev_name（&pdev->dev）， i2c）；
if （ret != 0） {
dev_err（&pdev->dev, "cannot claim IRQ %d\n", i2c->irq）；
return ret;
}
}
ret = s3c24xx_i2c_register_cpufreq（i2c）；
if （ret < 0） {
dev_err（&pdev->dev, "failed to register cpufreq notifier\n"）；
return ret;
}
/* Note, previous versions of the driver used i2c_add_adapter（）
* to add the bus at any number. We now pass the bus number via
* the platform data, so if unset it will now default to always
* being bus 0.
*/
/*保存i2c控制器的通道號(hào)，本例是bus 5*/
i2c->adap.nr = i2c->pdata->bus_num;
i2c->adap.dev.of_node = pdev->dev.of_node;
//注冊(cè)adapter
ret = i2c_add_numbered_adapter（&i2c->adap）；
if （ret < 0） {
dev_err（&pdev->dev, "failed to add bus to i2c core\n"）；
s3c24xx_i2c_deregister_cpufreq（i2c）；
return ret;
}
/*保存私有變量i2c到pdev->dev->p->driver_data*/
platform_set_drvdata（pdev, i2c）；
pm_runtime_enable（&pdev->dev）；
pm_runtime_enable（&i2c->adap.dev）；
dev_info（&pdev->dev, "%s: S3C I2C adapter\n", dev_name（&i2c->adap.dev））；
return 0;
}
老版本的注冊(cè)函數(shù)為i2c_add_adapter（）新的版本對(duì)該函數(shù)做了封裝，將i2c控制的通道號(hào)做了注冊(cè)，默認(rèn)情況下nr值為0.
i2c_add_numbered_adapter->__i2c_add_numbered_adapter-> i2c_register_adapter
int i2c_add_numbered_adapter（struct i2c_adapter *adap）
{
if （adap->nr == -1） /* -1 means dynamically assign bus id */
return i2c_add_adapter（adap）；
return __i2c_add_numbered_adapter（adap）；
}
static int i2c_register_adapter（struct i2c_adapter *adap）
{
int res = 0;
/* Can't register until after driver model init */
if （unlikely（WARN_ON（！i2c_bus_type.p））） {
res = -EAGAIN;
goto out_list;
}
/* Sanity checks */
if （unlikely（adap->name[0] == '\0'）） {
pr_err（"i2c-core: Attempt to register an adapter with "
"no name!\n"）；
return -EINVAL;
}
if （unlikely（！adap->algo）） {
pr_err（"i2c-core: Attempt to register adapter '%s' with "
"no algo!\n", adap->name）；
return -EINVAL;
}
rt_mutex_init（&adap->bus_lock）；
mutex_init（&adap->userspace_clients_lock）；
INIT_LIST_HEAD（&adap->userspace_clients）；
/* Set default timeout to 1 second if not already set */
if （adap->timeout == 0）
adap->timeout = HZ;
//設(shè)置adapter名字，本例注冊(cè)后會(huì)生成以下節(jié)點(diǎn)/dev/i2c-5
dev_set_name（&adap->dev, "i2c-%d", adap->nr）；
adap->dev.bus = &i2c_bus_type;
adap->dev.type = &i2c_adapter_type;
res = device_register（&adap->dev）；
if （res）
goto out_list;
dev_dbg（&adap->dev, "adapter [%s] registered\n", adap->name）；
#ifdef CONFIG_I2C_COMPAT
res = class_compat_create_link（i2c_adapter_compat_class, &adap->dev,
adap->dev.parent）；
if （res）
dev_warn（&adap->dev,
"Failed to create compatibility class link\n"）；
#endif
/* bus recovery specific initialization */
/*初始化sda、scl，通常這兩個(gè)引腳會(huì)復(fù)用gpio引腳*/
if （adap->bus_recovery_info） {
struct i2c_bus_recovery_info *bri = adap->bus_recovery_info;
if （！bri->recover_bus） {
dev_err（&adap->dev, "No recover_bus（） found, not using recovery\n"）；
adap->bus_recovery_info = NULL;
goto exit_recovery;
}
/* Generic GPIO recovery */
if （bri->recover_bus == i2c_generic_gpio_recovery） {
if （！gpio_is_valid（bri->scl_gpio）） {
dev_err（&adap->dev, "Invalid SCL gpio, not using recovery\n"）；
adap->bus_recovery_info = NULL;
goto exit_recovery;
}
if （gpio_is_valid（bri->sda_gpio））
bri->get_sda = get_sda_gpio_value;
else
bri->get_sda = NULL;
/*sda、scl資源賦值*/
bri->get_scl = get_scl_gpio_value;
bri->set_scl = set_scl_gpio_value;
} else if （！bri->set_scl || !bri->get_scl） {
/* Generic SCL recovery */
dev_err（&adap->dev, "No {get|set}_gpio（） found, not using recovery\n"）；
adap->bus_recovery_info = NULL;
}
}
exit_recovery:
/* create pre-declared device nodes */
/*通過設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)注冊(cè)所有該控制器下的所有從設(shè)備*/
of_i2c_register_devices（adap）；
acpi_i2c_register_devices（adap）；
/*與動(dòng)態(tài)分配的總線號(hào)相關(guān)，動(dòng)態(tài)分配的總線號(hào)應(yīng)該是從已經(jīng)現(xiàn)有最大總線號(hào)基礎(chǔ)上+1的，
這樣能夠保證動(dòng)態(tài)分配出的總線號(hào)與板級(jí)總線號(hào)不會(huì)產(chǎn)生沖突
在沒有設(shè)備樹情況下，會(huì)基于隊(duì)列__i2c_board_list, 創(chuàng)建i2c_client
其中節(jié)點(diǎn)struct i2c_board_info手動(dòng)填寫*/
if （adap->nr < __i2c_first_dynamic_bus_num）
i2c_scan_static_board_info（adap）；
/* Notify drivers */
mutex_lock（&core_lock）；
bus_for_each_drv（&i2c_bus_type, NULL, adap, __process_new_adapter）；
mutex_unlock（&core_lock）；
return 0;
out_list:
mutex_lock（&core_lock）；
idr_remove（&i2c_adapter_idr, adap->nr）；
mutex_unlock（&core_lock）；
return res;
}
該函數(shù)用于將從設(shè)備節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成i2c_client，并注冊(cè)到i2c總線上。
static void of_i2c_register_devices（struct i2c_adapter *adap）
{
void *result;
struct device_node *node;
/* Only register child devices if the adapter has a node pointer set */
if （！adap->dev.of_node）
return;
dev_dbg（&adap->dev, "of_i2c: walking child nodes\n"）；
for_each_available_child_of_node（adap->dev.of_node, node） {
struct i2c_board_info info = {};
struct dev_archdata dev_ad = {};
const __be32 *addr;
int len;
dev_dbg（&adap->dev, "of_i2c: register %s\n", node->full_name）；
if （of_modalias_node（node, info.type, sizeof（info.type）） < 0） {
dev_err（&adap->dev, "of_i2c: modalias failure on %s\n",
node->full_name）；
continue;
}
/*獲取從設(shè)備的地址*/
addr = of_get_property（node, "reg", &len）；
if （！addr || （len < sizeof（int））） {
dev_err（&adap->dev, "of_i2c: invalid reg on %s\n",
node->full_name）；
continue;
}
/*存儲(chǔ)從設(shè)備地址*/
info.addr = be32_to_cpup（addr）；
if （info.addr > （1 《 10） - 1） {
dev_err（&adap->dev, "of_i2c: invalid addr=%x on %s\n",
info.addr, node->full_name）；
continue;
}
/*獲取中斷號(hào)*/
info.irq = irq_of_parse_and_map（node, 0）；
info.of_node = of_node_get（node）；
info.archdata = &dev_ad;
/*獲取設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)wakeup-source信息*/
if （of_get_property（node, "wakeup-source", NULL））
info.flags |= I2C_CLIENT_WAKE;
request_module（"%s%s", I2C_MODULE_PREFIX, info.type）；
/*將i2c_board_info轉(zhuǎn)換成i2c_client并注冊(cè)到i2c總線*/
result = i2c_new_device（adap, &info）；
if （result == NULL） {
dev_err（&adap->dev, "of_i2c: Failure registering %s\n",
node->full_name）；
of_node_put（node）；
irq_dispose_mapping（info.irq）；
continue;
}
}
}
將i2c_board_info轉(zhuǎn)換成i2c_client并注冊(cè)到Linux核心。
{
struct i2c_client *client;
int status;
/*給i2c_client分配內(nèi)存*/
client = kzalloc（sizeof *client, GFP_KERNEL）；
if （！client）
return NULL;
/*將adapter的地址保存到i2c_client->adapter，
在驅(qū)動(dòng)函數(shù)中可以通過i2c_client找到adapter*/
client->adapter = adap;
client->dev.platform_data = info->platform_data;
if （info->archdata）
client->dev.archdata = *info->archdata;
/*保存從設(shè)備地址類型*/
client->flags = info->flags;
/*保存從設(shè)備地址*/
client->addr = info->addr;
/*保存從設(shè)備中斷號(hào)*/
client->irq = info->irq;
strlcpy（client->name, info->type, sizeof（client->name））；
/* Check for address validity */
/*檢測(cè)從設(shè)備地址是否合法，主要檢查位數(shù)*/
status = i2c_check_client_addr_validity（client）；
if （status） {
dev_err（&adap->dev, "Invalid %d-bit I2C address 0x%02hx\n",
client->flags & I2C_CLIENT_TEN ? 10 : 7, client->addr）；
goto out_err_silent;
}
/* Check for address business */
/*檢測(cè)從設(shè)備地址是否被占用，同一個(gè)控制器下同一個(gè)從設(shè)備地址只能注冊(cè)一次*/
status = i2c_check_addr_busy（adap, client->addr）；
if （status）
goto out_err;
/*建立從設(shè)備與適配器的父子關(guān)系*/
client->dev.parent = &client->adapter->dev;
client->dev.bus = &i2c_bus_type;
client->dev.type = &i2c_client_type;
client->dev.of_node = info->of_node;
ACPI_COMPANION_SET（&client->dev, info->acpi_node.companion）；
i2c_dev_set_name（adap, client）；
/*注冊(cè)到Linux核心*/
status = device_register（&client->dev）；
if （status）
goto out_err;
dev_dbg（&adap->dev, "client [%s] registered with bus id %s\n",
client->name, dev_name（&client->dev））；
return client;
out_err:
dev_err（&adap->dev, "Failed to register i2c client %s at 0x%02x "
"（%d）\n", client->name, client->addr, status）；
out_err_silent:
kfree（client）；
return NULL;
}
i2c_msg如何傳遞？
l i2c_transfer（）是i2c核心提供給設(shè)備驅(qū)動(dòng)的發(fā)送方法， 通過它發(fā)送的數(shù)據(jù)需要被打包成i2c_msg, 這個(gè)函數(shù)最終會(huì)回調(diào)相應(yīng)i2c_adapter->i2c_algorithm->master_xfer（）接口將i2c_msg對(duì)象發(fā)送到i2c物理控制器，
i2c_adapte->algo在函數(shù)s3c24xx_i2c_probe（）中賦值：
該變量定義如下：
i2c_transfer（）最終會(huì)調(diào)用函數(shù)s3c24xx_i2c_xfer（）；
以下是一次i2c_msg傳輸?shù)闹袛嗄Ｊ降拇蟾挪襟E：
1. i2c_transfer（）首先通過函數(shù)i2c_trylock_adapter（）嘗試獲得adapter的控制權(quán)。如果adapter正在忙則返回錯(cuò)誤信息；
2. __i2c_transfer（）通過調(diào)用方法adap->algo->master_xfer（adap, msgs, num）傳輸i2c_msg,如果失敗會(huì)嘗試重新傳送，重傳次數(shù)最多adap->retries；
3. adap->algo->master_xfer（）就是函數(shù)s3c24xx_i2c_xfer（），該函數(shù)最終調(diào)用 s3c24xx_i2c_doxfer（i2c, msgs, num）傳輸信息；
4. s3c24xx_i2c_doxfer（）通過函數(shù) s3c24xx_i2c_message_start（i2c, msgs）產(chǎn)生S和AD+W的信號(hào)，然后通過函數(shù)wait_event_timeout（ ）阻塞在等待隊(duì)列i2c->wait上；
5. 右上角時(shí)序mpu6050的寫和讀的時(shí)序，從設(shè)備回復(fù)ACK和DATA都會(huì)發(fā)送中斷信號(hào)給CPU。每次中斷都會(huì)調(diào)用s3c24xx_i2c_irq->i2c_s3c_irq_nextbyte,
6. 最后一次中斷，所有數(shù)據(jù)發(fā)送或讀取完畢會(huì)調(diào)用s3c24xx_i2c_stop->s3c24xx_i2c_master_complete，通過wake_up喚醒阻塞在等待隊(duì)列i2c->wait上的任務(wù)。
詳細(xì)的代碼流程如下：
i2c_transfer（）首先通過函數(shù)i2c_trylock_adapter（）嘗試獲得adapter的控制權(quán)。如果adapter正在忙則返回錯(cuò)誤信息；
__i2c_transfer（）通過調(diào)用方法adap->algo->master_xfer（adap,msgs, num）傳輸i2c_msg,如果失敗會(huì)嘗試重新傳送，重傳次數(shù)最多adap->retries；
adap->algo->master_xfer（）就是函數(shù)s3c24xx_i2c_xfer（），該函數(shù)最終調(diào)用 s3c24xx_i2c_doxfer（i2c, msgs, num）傳輸信息；
s3c24xx_i2c_doxfer（）通過函數(shù) s3c24xx_i2c_message_start（i2c, msgs）產(chǎn)生S和AD+W的信號(hào)，然后通過函數(shù)wait_event_timeout（）阻塞在等待隊(duì)列i2c->wait上；
右上角時(shí)序mpu6050的寫和讀的時(shí)序，從設(shè)備回復(fù)ACK和DATA都會(huì)發(fā)送中斷信號(hào)給CPU。每次中斷都會(huì)調(diào)用s3c24xx_i2c_irq->i2c_s3c_irq_nextbyte,
最后一次中斷，所有數(shù)據(jù)發(fā)送或讀取完畢會(huì)調(diào)用s3c24xx_i2c_stop->s3c24xx_i2c_master_complete，通過wake_up喚醒阻塞在等待隊(duì)列i2c->wait上的任務(wù)。
詳細(xì)的代碼流程如下：
對(duì)著可以根據(jù)上圖代碼行號(hào)一步步去跟代碼，涉及到寄存器設(shè)置可以參考第一章的寄存器使用截圖。
更多信息可以來這里獲取==>>電子技術(shù)應(yīng)用-AET<<
