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从上面的分析可知，虽然I2C硬件体系结构比较简单，但是I2C体系结构在Linux中的实现却相当复杂。当工程师拿到实际的电路板，面对复杂的 Linux
I2C子系统，应该如何下手写驱动呢？究竟有哪些是需要亲自做的，哪些是内核已经提供的呢？理清这个问题非常有意义，可以使我们面对具体问题时迅速地抓住重点。
    一方面，适配器驱动可能是Linux内核本身还不包含的。另一方面，挂接在适配器上的具体设备驱动可能也是Linux不存在的。即便上述设备驱动都存在于Linux内核中，其基于的平台也可能与我们的电路板不一样。因此，工程师要实现的主要工作将包括：
?  提供I2C适配器的硬件驱动，探测、初始化I2C适配器（如申请I2C的I/O地址和中断号）、驱动CPU控制的I2C适配器从硬件上产生各种信号以及处理I2C中断等。
?  提供I2C适配器的algorithm，用具体适配器的xxx_xfer()函数填充i2c_algorithm的master_xfer指针，并把i2c_algorithm指针赋值给i2c_adapter的algo指针。
?  实现I2C设备驱动与i2c_driver接口，用具体设备yyy的yyy_attach_adapter()函数指针、 yyy_detach_client()函数指针和yyy_command()函数指针的赋值给i2c_driver的attach_adapter、 detach_adapter和detach_client指针。
?  实现I2C设备驱动的文件操作接口，即实现具体设备yyy的yyy_read()、yyy_write()和yyy_ioctl()函数等。
上述工作中1、2属于I2C总线驱动，3、4属于I2C设备驱动，做完这些工作，系统会增加两个内核模块。本章第3～4节将详细分析这些工作的实施方法，给出设计模板，而5~6节将给出两个具体的实例。
15.2 Linux I2C核心
I2C核心（drivers/i2c/i2c-core.c）中提供了一组不依赖于硬件平台的接口函数，这个文件一般不需要被工程师修改，但是理解其中的主要函数非常关键，因为I2C总线驱动和设备驱动之间依赖于I2C核心作为纽带。I2C核心中的主要函数包括：
?  增加/删除i2c_adapter
int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adap);
int i2c_del_adapter(struct i2c_adapter *adap);
?  增加/删除i2c_driver
int i2c_register_driver(struct module *owner, struct i2c_driver *driver);
int i2c_del_driver(struct i2c_driver *driver);
inline int i2c_add_driver(struct i2c_driver *driver);
?  i2c_client依附/脱离
int i2c_attach_client(struct i2c_client *client);
int i2c_detach_client(struct i2c_client *client);
当一个具体的client被侦测到并被关联的时候，设备和sysfs文件将被注册。相反地，在client被取消关联的时候，sysfs文件和设备也被注销，如代码清单15.6。
代码清单15.6 I2C核心client attach/detach函数
1  int i2c_attach_client(struct i2c_client *client)
2  {
3    ...
4   device_register(&client->dev);
5   device_create_file(&client->dev, &dev_attr_client_name);
6   
7   return 0;
8  }
9  
10 int i2c_detach_client(struct i2c_client *client)
11 {
12   ...
13  device_remove_file(&client->dev, &dev_attr_client_name);
14  device_unregister(&client->dev);
15   ...
16 }
（4）i2c传输、发送和接收
int i2c_transfer(struct i2c_adapter * adap, struct i2c_msg *msgs, int num);
int i2c_master_send(struct i2c_client *client,const char *buf ,int count);
int i2c_master_recv(struct i2c_client *client, char *buf ,int count);
i2c_transfer ()函数用于进行I2C适配器和I2C设备之间的一组消息交互，i2c_master_send()函数和i2c_master_recv()函数内部会调用i2c_transfer()函数分别完成一条写消息和一条读消息，如代码清单15.7、15.8。
代码清单15.7 I2C核心i2c_master_send函数
1  int i2c_master_send(struct i2c_client *client,const char *buf ,int count)
2  {
3   int ret;
4   struct i2c_adapter *adap=client->adapter;
5   struct i2c_msg msg;
6    /*构造一个写消息*/
7   msg.addr = client->addr;
8   msg.flags = client->flags & I2C_M_TEN;
9   msg.len = count;
10  msg.buf = (char *)buf;
11  /*传输消息*/
12  ret = i2c_transfer(adap, &msg, 1);
13 
14  return (ret == 1) ? count : ret;
15 }
代码清单15.8 I2C核心i 2c_master_recv函数
1  int i2c_master_recv(struct i2c_client *client, char *buf ,int count)
2  {
3   struct i2c_adapter *adap=client->adapter;
4   struct i2c_msg msg;
5   int ret;
6   /*构造一个读消息*/
7   msg.addr = client->addr;
8   msg.flags = client->flags & I2C_M_TEN;
9   msg.flags |= I2C_M_RD;
10  msg.len = count;
11  msg.buf = buf;
12  /*传输消息*/
13  ret = i2c_transfer(adap, &msg, 1);
14 
15  /* 成功（1条消息被处理）， 返回读的字节数 */
16  return (ret == 1) ? count : ret;
17 }
i2c_transfer()函数本身不具备驱动适配器物理硬件完成消息交互的能力，它只是寻找到i2c_adapter对应的i2c_algorithm，并使用i2c_algorithm的master_xfer()函数真正驱动硬件流程，如代码清单15.9。
代码清单15.9 I2C核心i 2c_transfer函数
1  int i2c_transfer(struct i2c_adapter * adap, struct i2c_msg *msgs, int num)
2  {
3   int ret;
4  
5   if (adap->algo->master_xfer) {
6    down(&adap->bus_lock);
7    ret = adap->algo->master_xfer(adap,msgs,num); /* 消息传输 */
8    up(&adap->bus_lock);
9    return ret;
10  } else {
11   dev_dbg(&adap->dev, "I2C level transfers not supported\n");
12   return -ENOSYS;
13  }
14 }
（5）I2C控制命令分派
下面函数有助于将发给I2C适配器设备文件ioctl的命令分派给对应适配器的algorithm的algo_control()函数或i2c_driver的command()函数：
int i2c_control(struct i2c_client *client, unsigned int cmd, unsigned long arg);
void i2c_clients_command(struct i2c_adapter *adap, unsigned int cmd, void *arg);
15.3 Linux I2C总线驱动
15.3.1 I2C适配器驱动加载与卸载
I2C总线驱动模块的加载函数要完成两个工作：
?  初始化I2C适配器所使用的硬件资源，申请I/O地址、中断号等。
?  通过i2c_add_adapter()添加i2c_adapter的数据结构，当然这个i2c_adapter数据结构的成员已经被xxx适配器的相应函数指针所初始化。
I2C总线驱动模块的卸载函数要完成的工作与加载函数的相反：
?  释放I2C适配器所使用的硬件资源，释放I/O地址、中断号等。
?  通过i2c_del_adapter()删除i2c_adapter的数据结构。
代码清单15.10给出了I2C适配器驱动模块加载和卸载函数的模板。
代码清单15.10 I2C总线驱动模块加载和卸载函数模板
1  static int __init i2c_adapter_xxx_init(void)
2  {
3    xxx_adpater_hw_init();
4    i2c_add_adapter(&xxx_adapter);
5  }
6  
7  static void __exit i2c_adapter_xxx_exit(void)
8  {
9    xxx_adpater_hw_free();
10   i2c_del_adapter(&xxx_adapter);
11 }
上述代码中xxx_adpater_hw_init()和xxx_adpater_hw_free()函数的实现都与具体的CPU和I2C设备硬件直接相关。
15.3.2 I2C总线通信方法
我们需要为特定的I2C适配器实现其通信方法，主要实现i2c_algorithm的master_xfer()函数和functionality()函数。
functionality ()函数非常简单，用于返回algorithm所支持的通信协议，如I2C_FUNC_I2C、I2C_FUNC_10BIT_ADDR、I2C_FUNC_SMBUS_READ_BYTE、I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BYTE等。
master_xfer()函数在I2C适配器上完成传递给它的i2c_msg数组中的每个I2C消息，代码清单15.11给出了xxx设备的master_xfer()函数模板。
代码清单15.11 I2C总线驱动master_xfer函数模板
1  static int i2c_adapter_xxx_xfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,
2    int num)
3  {
4    ...
5    for (i = 0; i < num; i++)
6    {
7      i2c_adapter_xxx_start(); /*产生开始位*/
8      /*是读消息*/
9      if (msgs[i]->flags &I2C_M_RD)
10     {
11       i2c_adapter_xxx_setaddr((msg->addr << 1) | 1); /*发送从设备读地址*/
12       i2c_adapter_xxx_wait_ack(); /*获得从设备的ack*/
13       i2c_adapter_xxx_readbytes(msgs[i]->buf, msgs[i]->len); /*读取msgs[i]
14         ->len长的数据到msgs[i]->buf*/
15     }
16     else
17      /*是写消息*/
18     {
19       i2c_adapter_xxx_setaddr(msg->addr << 1); /*发送从设备写地址*/
20       i2c_adapter_xxx_wait_ack(); /*获得从设备的ack*/
21       i2c_adapter_xxx_writebytes(msgs[i]->buf, msgs[i]->len); /*读取msgs[i]
22         ->len长的数据到msgs[i]->buf*/
23     }
24   }
25   i2c_adapter_xxx_stop(); /*产生停止位*/
26 }
上 述代码实际上给出了一个master_xfer()函数处理I2C消息数组的流程，对于数组中的每个消息，判断消息类型，若为读消息，则赋从设备地址为 (msg->addr
<< 1) | 1，否则为msg->addr << 1。对每个消息产生1个开始位，紧接着传送从设备地址，然后开始数据的发送或接收，对最后的消息还需产生1个停止位。图15.3描述了整个master_xfer()完成的时序。

图15.3 algorithm中master_xfer的时序

master_xfer()函 数模板中的i2c_adapter_xxx_start()、i2c_adapter_xxx_setaddr()、i2c_adapter_xxx_wait_ack()、i2c_adapter_xxx_readbytes()、i2c_adapter_xxx_writebytes()和i2c_adapter_xxx_stop()函数用于完成适配器的底层硬件操作，与I2C 适配器和CPU的具体硬件直接相关，需要由工程师根据芯片的数据手册来实现。
i2c_adapter_xxx_readbytes()用于从从设备上接收一串数据，i2c_adapter_xxx_writebytes()用于向从设备写入一串数据，这两个函数的内部也会涉及到I2C总线协议中的ACK应答。
master_xfer ()函数的实现在形式上会很多样，即便是Linux内核源代码中已经给出的一些I2C总线驱动的master_xfer()函数，由于由不同的组织或个人 完成，风格上的差别也非常大，不一定能与模板完全对应，如master_xfer()函数模板给出的消息处理是顺序进行的，而有的驱动以中断方式来完成这 个流程（第5节的实例即是如此）。不管具体怎么实施，流程的本质都是不变的。因为这个流程不以驱动工程师的意志为转移，最终由I2C总线硬件上的通信协议 决定。
多数I2C总线驱动会定义一个xxx_i2c结构体，作为i2c_adapter的algo_data（类似“私有数据”），其中包含 I2C消息数组指针、数组索引及I2C适配器algorithm访问控制用的自旋锁、等待队列等，而master_xfer()函数完成消息数组中消息的 处理也可通过对xxx_i2c结构体相关成员的访问来控制。代码清单15.12给出了xxx_i2c结构体的定义，与图15.2中的xxx_i2c是对应 的。
代码清单15.12 xxx_i2c结构体模板
1  struct xxx_i2c 
2  {
3   spinlock_t  lock;
4   wait_queue_head_t wait;  
5   struct i2c_msg  *msg;
6   unsigned int  msg_num;
7   unsigned int  msg_idx;
8   unsigned int  msg_ptr;
9   ...
10  struct i2c_adapter adap;
11 };
15.4 Linux I2C设备驱动
I2C 设备驱动要使用i2c_driver和i2c_client数据结构并填充其中的成员函数。i2c_client一般被包含在设备的私有信息结构体 yyy_data中，而i2c_driver则适宜被定义为全局变量并初始化，代码清单15.13显示了被初始化的i2c_driver。
代码清单15.13 初始化的i2c_driver 
1  static struct i2c_driver yyy_driver =
2  {
3    .driver =
4    {
5      .name = "yyy",
6    } ,
7    .attach_adapter = yyy_attach_adapter,
8    .detach_client =  yyy_detach_client,
9    .command = yyy_command,
10 };
15.4.1 Linux I2C设备驱动模块加载与卸载
I2C设备驱动模块加载函数通用的方法是在I2C设备驱动模块加载函数中完成两件事：
?  通过register_chrdev()函数将I2C设备注册为一个字符设备。
?  通过I2C核心的i2c_add_driver()函数添加i2c_driver。
在模块卸载函数中需要做相反的两件事：
?  通过I2C核心的i2c_del_driver()函数删除i2c_driver。
?  通过unregister_chrdev()函数注销字符设备。
代码清单15.14给出了I2C设备驱动加载与卸载函数的模板。
代码清单15.14 I2C设备驱动模块加载与卸载函数模板
1  static int __init yyy_init(void)
2  {
3    int res;
4    /*注册字符设备*/
5    res = register_chrdev(YYY_MAJOR, "yyy", &yyy_fops); //老内核接口
6    if (res)
7      goto out;
8    /*添加i2c_driver*/
9    res = i2c_add_driver(&yyy_driver);
10   if (res)
11     goto out_unreg_class;
12   return 0;
13 
14   out_unreg_chrdev: unregister_chrdev(I2C_MAJOR, "i2c");
15   out: printk(KERN_ERR "%s: Driver Initialisation failed\n", __FILE__);
16   return res;
17 }
18 
19 static void __exit yyy_exit(void)
20 {
21   i2c_del_driver(&i2cdev_driver);
22   unregister_chrdev(YYY_MAJOR, "yyy");
23 }
第5行代码说明注册“yyy”这个字符设备时，使用的file_operations结构体为yyy_fops，15.4.3节将讲解这个结构体中成员函数的实现。
15.4.2 Linux I2C设备驱动i2c_driver