I2C-DEV接口

###1. i2c-dev

通常，i2c设备由一个内核驱动程序来控制，但是在用户空间，还是能够直接访问某个i2c设备。因为， i2c-dev接口为我们导出了i2c总线驱动的操作接口，位于linux内核i2c驱动目录下的 “i2c-dev.c” 文件

针对每一个I2C适配器，i2c-dev 生成一个主设备号为89的字符设备 “/dev/i2c-x”，它们的次设备号为该i2c总线的总线号（所有的256个次设备号全部可用），可以通过检查“/sys/class/i2c-dev”目录查看具体的i2c总线控制器所对应的总线号。也可以使用”i2c-tool”工具包中的 i2cdetect -l命令来获取系统中所有的i2c适配器的列表，注意，i2c总线的编号可能是动态分配的，有可能在系统重启后变为不同的值。

linux kernel 中的i2c-dev.c中实现了“/dev/i2c-x”的文件操作接口

static const struct file_operations i2cdev_fops = {
	.owner		= THIS_MODULE,
	.llseek		= no_llseek,
	.read		= i2cdev_read,
	.write		= i2cdev_write,
	.unlocked_ioctl	= i2cdev_ioctl,
	.open		= i2cdev_open,
	.release	= i2cdev_release,
};

最主要的是 read()， write()， ioctl()方法，通过它们可以直接在usrespace进行i2c总线上的读写操作,

i2c-dev中的i2cdev-read(), i2cdev-write()有一定的局限性，它不能够支持含有RepStart模式的时序，但是，大多数稍微复杂一点的i2c设备都有可能使用RepStart，因此，i2c-dev的设备文件的read(), write()操作接口不具有通用性，这中情况下，就要使用它的ioctl()接口了

如果需要利用 i2c-dev 接口进行开发，需要包含如下两个头文件

#include<linux/i2c-dev.h>
#include<linux/i2c.h>

另外可以利用 i2c-tools 工具集源码中的 “i2c-dev.h”, “i2cbusses.h”, “i2cbusses.c” 加快开发，这些文件提供了一些封装号的功能

###2. i2cdev read() 接口

i2cdev 的read接口的内核实现间接调用了 i2c_master_recv() 接口，在打开 i2cdev 后，使用ioctl设定要访问的i2c设备的地址，然后调用read()即可完成读操作

int addr = 0x0f;
int fd = 0;
int count = 0;
char buf[128];

/**/
fd = open("/dev/i2c-x/", O_RDWR);

/**/
ioctl(fd, I2C_SLAVE, addr);

/**/
read(fd, buf, count);

read()接口只能支持单一的方向，因此，不能够支持含有RepStart模式的时序，因此， i2cdev的 write()接口很少被用户程序使用

###3. i2cdev write() 接口

i2cdev 的write接口的内核实现间接调用了 i2c_master_send() 接口，在打开i2cdev后，使用ioctl设定要访问的i2c设备的地址，然后调用write()即可完成读操作

int addr = 0x0f;
int fd = 0;
int count = 0;
char cmd[64] = {0x12, 0x43, 0x56};

/**/
fd = open("/dev/i2c-x/", O_RDWR);

/**/
ioctl(fd, I2C_SLAVE, addr);

/**/
write(fd, cmd, 3);

read()接口只能支持单一的方向，因此，不能够支持含有RepStart模式的时序, 因此， i2cdev的 write()接口很少被用户程序使用

###4. i2cdev ioctl()

i2cdev的ioctl()接口几乎能够完成所有的操作，其支持的ioctl cmd如下：

#define I2C_RETRIES		0x0701		/* 设置收不到ACK时的重试次数，默认为1次 */
#define I2C_TIMEOUT		0x0702		/* 设置SMBbus的超时时限的jiffies */
#define I2C_SLAVE			0x0703		/* 设置从机地址 */
#define I2C_SLAVE_FORCE		0x0706		/* 强制设置从机地址 */
#define I2C_TENBIT			0x0704		/* 选择地址位长:=0 for 7bit , != 0 for 10 bit */
#define I2C_FUNCS			0x0705		/* 获取适配器支持的功能*/
#define I2C_RDWR			0x0707		/* Combined R/W transfer (one STOP only) */
#define I2C_PEC			0x0708		/* != 0 to use PEC with SMBus */
#define I2C_SMBUS			0x0720		/* SMBus transfer */                

####4.1 I2C_SLAVE / I2C_SLAVE_FORCE

这两个ioctl cmd 都用于设置从机的地址，区别是 I2C_SLAVE_FORCE 无论内核中是否已有驱动在使用这个地址都会成功，I2C_SLAVE 只在该地址空闲的情况下成功, 由于i2c-dev创建的i2c_client不加入i2c_adapter的client列表，所以不能防止其它线程使用同一地址，也不能防止驱动模块占用同一地址

####4.2 I2C_FUNCS

i2c总线和SMBus等总线兼容，但是，不是所有的i2c adapter都支持所有的特性，有些操作需要i2c adapter支持某些特性才能进行，因此，可以使用 I2C_FUNCS ioctl cmd来检查i2c adapter是否支持某些特性 (使用i2cdetect -F x命令也可以列出某一i2c adapter支持的function),

unsigned long funcs；
int fd = 0;

/**/
fd = open("/dev/i2c-x/", O_RDWR);

/**/
ioctl(file, I2C_FUNCS, &funcs);

返回值的funcs的各bit含义如下：

#define I2C_FUNC_I2C			0x00000001
#define I2C_FUNC_10BIT_ADDR		0x00000002
#define I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING	0x00000004 /* I2C_M_IGNORE_NAK etc. */
#define I2C_FUNC_SMBUS_PEC		0x00000008
#define I2C_FUNC_NOSTART		0x00000010 /* I2C_M_NOSTART */
#define I2C_FUNC_SMBUS_BLOCK_PROC_CALL	0x00008000 /* SMBus 2.0 */
#define I2C_FUNC_SMBUS_QUICK		0x00010000
#define I2C_FUNC_SMBUS_READ_BYTE	0x00020000
#define I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BYTE	0x00040000
#define I2C_FUNC_SMBUS_READ_BYTE_DATA	0x00080000
#define I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BYTE_DATA	0x00100000
#define I2C_FUNC_SMBUS_READ_WORD_DATA	0x00200000
#define I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_WORD_DATA	0x00400000
#define I2C_FUNC_SMBUS_PROC_CALL	0x00800000
#define I2C_FUNC_SMBUS_READ_BLOCK_DATA	0x01000000
#define I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BLOCK_DATA 0x02000000
#define I2C_FUNC_SMBUS_READ_I2C_BLOCK	0x04000000 /* I2C-like block xfer  */
#define I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_I2C_BLOCK	0x08000000 /* w/ 1-byte reg. addr. */

####4.3 I2C_RDWR

这一ioctl cmd用于发起连续的i2c传输操作，使用RepStart标记，操作时，指定 i2c_msg 数组及i2c_msg的数目，然后发起该ioctl cmd，即可进行来连续的传输

需要i2c adapter 支持 I2C_FUNC_I2C 时这一ioctl cmd才有效

使用 struct i2c_msg 来存储一次传输(一个方向的连续传输)的数据

struct i2c_msg {
	__u16 addr;					/* slave address			*/
	__u16 flags;
		#define I2C_M_TEN			0x0010	/* this is a ten bit chip address */
		#define I2C_M_RD			0x0001	/* read data, from slave to master */
		#define I2C_M_STOP			0x8000	/* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
		#define I2C_M_NOSTART		0x4000	/* if I2C_FUNC_NOSTART */
		#define I2C_M_REV_DIR_ADDR		0x2000	/* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
		#define I2C_M_IGNORE_NAK		0x1000	/* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
		#define I2C_M_NO_RD_ACK		0x0800	/* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
		#define I2C_M_RECV_LEN		0x0400	/* length will be first received byte */
	__u16 len;					/* msg length				*/
	__u8 *buf;					/* pointer to msg data			*/
};

使用 struct i2c_rdwr_ioctl_data 来组织一次复合传输(使用RepStart，可改变传输方向，只有一个stop信号)的所有 i2c_msg

struct i2c_rdwr_ioctl_data {
	struct i2c_msg *msgs;	/* i2c_msg */
	int nmsgs;		/* i2c_msg 的数目*/
};

例如

_u8 _buf[] = {0x20, 0x00, 0x01};
_u8 write_buf[16] = {0};

struct i2c_msg[2] = msgs{
	{
		.addr = 0x0f,
		.flags = 0,
		.len = 3,
		.buf = write_buf,
	}

	{
		.addr = 0x0f,
		.flags = 0 | I2C_M_RD,
		.len = 6,
		.buf = read_buf,
};

struct i2c_rdwr_ioctl_data ioctl_data = {
	.msgs = msgs,
	.nmsgs = 2,
};

/**/
fd = open("/dev/i2c-x/", O_RDWR);

/**/
ioctl(fd, I2C_SLAVE, addr);

/**/
ioctl(fd, I2C_RDWR, &ioctl_data);

以上的示例完成了一次i2c复合操作，先写入3byte数据，再读取6byte数据

####4.4 I2C_SMBUS

I2C_RDWR 用于完成 i2c plain data 操作，而I2C_SMBUS则可以用于完成 SMBus 命令集操作，使用来保存SMBus命令操作的数据

struct i2c_smbus_ioctl_data {
	char read_write;			/* 0:read   1:write*/
	__u8 command;			
	int size;				/* SMBus传输的类型 */
	union i2c_smbus_data *data;		/* SMBus传输的数据 */
};

union i2c_smbus_data {
	__u8 byte;
	__u16 word;
	__u8 block[I2C_SMBUS_BLOCK_MAX + 2]; /* block[0] is used for length */
                                            /* and one more for PEC */
};

SMBus的传输类型(即 i2c_smbus_ioctl_data.size 的取值)有：

#define I2C_SMBUS_QUICK         	0
#define I2C_SMBUS_BYTE          	1
#define I2C_SMBUS_BYTE_DATA     	2 
#define I2C_SMBUS_WORD_DATA     	3
#define I2C_SMBUS_PROC_CALL     	4
#define I2C_SMBUS_BLOCK_DATA        	5
#define I2C_SMBUS_I2C_BLOCK_BROKEN  	6
#define I2C_SMBUS_BLOCK_PROC_CALL   	7       /* SMBus 2.0 */
#define I2C_SMBUS_I2C_BLOCK_DATA    	8

例如， i2c-tools 工具集的源码中，i2c_smbus_access() 展示了 I2C_SMBUS ioctl cmd 的用法

__s32 i2c_smbus_access(int file, char read_write, __u8 command,
                                 int size, union i2c_smbus_data *data)
{
	struct i2c_smbus_ioctl_data args;

	args.read_write = read_write;
	args.command = command;
	args.size = size;
	args.data = data;
	return ioctl(file,I2C_SMBUS,&args);
}

另外 i2c-tools 中的“i2c-dev.h”封装了 I2C_SMBUS ioctl cmd, 提供了如下接口用于发起不同传输类型的SMBus命令操作

__s32 i2c_smbus_access(int file, char read_write, __u8 command, int size, union i2c_smbus_data *data)
__s32 i2c_smbus_write_quick(int file, __u8 value)
__s32 i2c_smbus_read_byte(int file)
__s32 i2c_smbus_write_byte(int file, __u8 value)
__s32 i2c_smbus_read_byte_data(int file, __u8 command)
__s32 i2c_smbus_write_byte_data(int file, __u8 command, __u8 value)
__s32 i2c_smbus_read_word_data(int file, __u8 command)
__s32 i2c_smbus_write_word_data(int file, __u8 command, __u16 value)
__s32 i2c_smbus_process_call(int file, __u8 command, __u16 value)
__s32 i2c_smbus_read_block_data(int file, __u8 command, __u8 *values)
__s32 i2c_smbus_write_block_data(int file, __u8 command, __u8 length, const __u8 *values)
__s32 i2c_smbus_read_i2c_block_data(int file, __u8 command, __u8 length, __u8 *values)
__s32 i2c_smbus_write_i2c_block_data(int file, __u8 command, __u8 length, const __u8 *values)
__s32 i2c_smbus_block_process_call(int file, __u8 command, __u8 length, __u8 *values)

可以利用这些接口加快开发

###5. 参考

关于i2c-dev的接口的使用可以参考著名的 i2c-tools 工具集的源码

sven