用户空间访问I2C设备驱动

关于Linux下如何编写芯片的I2C驱动，本系列第一篇文章《手把手教你写Linux I2C设备驱动》（见 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-01/51289.htm ）对编写I2C Client 设备驱动的关键代码给出了初步的讲述和示例，第二篇文章《Linux下读写芯片的I2C寄存器》（见http://www.linuxidc.com/Linux/2012-01/51290.htm

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）对于具体如何在驱动层封装读写芯片I2C寄存器也进行了详细的描述，这两篇文章的代码整合到一起，就构成了I2C设备驱动的主要部分，本文则致力于将该驱动进一步封装，为用户空间提供访问的接口。
如果希望在用户空间访问我们写的I2C设备驱动，最常用的做法就是为该I2C驱动编写一套字符设备驱动，这样，用户空间则可以通过对字符设备驱动的访问，间接地实现对I2C芯片寄存器的读写控制。下面，我们在前两篇文章的代码的基础上，封装一层字符设备驱动，并给出在用户空间的使用示例。

1. 编写字符设备驱动

关于字符设备驱动的编写，我依然从实例应用的角度来展开描述，关于原理性的东西，网上有许多文章，可以搜索参考。

（1）首先，创建一个包含有cdev对象的结构体及对象，代表着本实例的字符设备对象。

struct tvp5158_dev{
struct cdev cdev;
int    major;
struct semaphore semLock;
};
// global dev object
struct tvp5158_dev g_tvp5158_dev;

cdev即字符设备对象，major为分配的字符设备主设备号，semaphore用于互斥，保护i2c读写过程。

（2）第二步，创建文件操作结构体对象

struct file_operations tvp5158_dev_FileOps = {
.owner   = THIS_MODULE,
.open    = tvp5158_devOpen,
.release = tvp5158_devRelease,
.ioctl   = tvp5158_devIoctl,
};

我们把对I2C寄存器的读写操作放到 ioctl 命令中执行，不需要实现 read 和 write 函数，故这里只实现文件的打开、释放、以及 ioctl 操作。

（3） 实现设备打开和关闭函数

static int tvp5158_devOpen(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk(KERN_INFO "I2C: tvp5158_devOpen, %4d, %2d \n", major, minor);

filp->private_data = NULL;

return 0;
}

static int tvp5158_devRelease(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk(KERN_INFO "I2C: tvp5158_devRelease");

return 0;
}

（4）实现 IOCTL 函数

这里的ioctl 函数的实现很关键，是驱动层与用户层交互的核心部分，这里将会定义相关的I2C读写命令枚举，并且调用前面文章中封装好的I2C读写代码。

#define I2C_CMD_READ       (0x01)
#define I2C_CMD_WRITE      (0x02)

struct I2C_Param{
uint8_t *reg;
uint8_t *value;
};

static int tvp5158_devIoctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
uint8_t reg,data;
struct  I2C_Param param;

down_interruptible(&g_tvp5158_dev.semLock);

// get i2c param from userspace
copy_from_user(¶m, (void *)arg, sizeof(param));

switch(cmd){
case I2C_CMD_WRITE:
{
copy_from_user(®, param.reg,sizeof(uint8_t));
copy_from_user(&data,param.value,sizeof(uint8_t));
tvp5158_i2c_write(&g_tvp5158_obj->client, reg, data);
break;
}
case I2C_CMD_READ:
{
copy_from_user(®, param.reg,sizeof(uint8_t));
tvp5158_i2c_read(&g_tvp5158_obj->client, reg, &data);
copy_to_user(param.value,&data,sizeof(uint8_t));
break;
}
default:
break;
}
up(&g_tvp5158_dev.semLock);

return 0;
}

其中，I2C_Param是与用户空间交互用的参数结构体，用户空间必须定义相同的结构体以保证交互的正确性。g_tvp5158_obj 和 tvp5158_i2c_read/write 均为前面文章中定义的变量和函数。

（5）在__init 代码中注册本字符设备驱动

static int __init tvp5158_i2c_init(void)
{
int result;
dev_t dev = 0;
result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, “tvp5158_dev”);
if (result < 0) {
printk(KERN_WARNING "I2C: can't get device major num \n");
return result;
}
g_tvp5158_dev.major = MAJOR(dev);

sema_init(&g_tvp5158_dev.semLock, 1);
cdev_init(&g_tvp5158_dev.cdev, &tvp5158_dev_FileOps);

g_tvp5158_dev.cdev.owner = THIS_MODULE;
g_tvp5158_dev.cdev.ops   = &tvp5158_dev_FileOps;

cdev_add(&g_tvp5158_dev.cdev, dev, 1);

return i2c_add_driver(&tvp5158_i2c_driver);;
}

（6）在 __exit 代码中注销本字符设备驱动

static void __exit tvp5158_i2c_exit(void)
{
dev_t devno = MKDEV(g_tvp5158_dev.major, 0);

i2c_del_driver(&tvp5158_i2c_driver);

cdev_del(&g_tvp5158_dev.cdev);

unregister_chrdev_region(devno, 1);
}

注意，本初始化代码和逆初始化在第一篇文章中已经出现过，这里补充完整了，将字符设备驱动的代码添加进来了。

2. 用户空间的使用方法

首先，编写Makefile将驱动编译成模块，然后在用户空间对生成的模块(*.ko)进行加载（insmod），然后再 /dev 目录下创建设备节点 /dev/tvp5158_dev ，最后，在用户空间即可编写测试代码，打开该设备文件，通过 ioctl 命令进行访问。

前面几个步骤很容易，不再赘述，只给出最后在用户空间的测试代码示例。

#include <stdio.h>

int main()
{
int status;
struct I2C_Param param;

unit8_t reg   = 0x08;
unit8_t value = 0;

int fd = open("/dev/tvp5158_dev", O_RDWR);
if( fd < 0)
{
return -1;
}

param.reg    = ®
param.value  = &value;
status = ioctl(fd,I2C_CMD_READ,¶m);
if( status < 0)
{
printf("read fail!\n");
return -1;
}
printf("the 0x80 reg 's value = %d\n",value);

close(fd);

return 0;
}

3. 总结

到此为止，Linux下的I2C设备驱动基本编写过程已经讲述完毕，以后凡是拿到新的芯片，需要在Linux下读写I2C寄存器，均可参考本系列的代码进行编写。当然，这里只是讲述了I2C设备驱动编写的一些最基本的方法，关于I2C设备驱动的原理部分并没有涉及，希望自己以后更加深入地了解了Linux设备驱动原理后再进一步阐述。

http://www.linuxidc.com/Linux/2012-01/51291.htm