linux 内核GPIO 模拟 I2C

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一、应用背景

在许多情况下，我们并没有足够的I2C总线，本文主在介绍

如何利用Linux内核中的i2c-gpio模块，利用2条GPIO线模拟i2c总线，并挂载设备

二、思路

先通过对i2c-gpio所定义的结构体初始化(包括初始化i2c的2条线，频率、timeout等)并将i2c-gpio模块编译进内核，

实现用GPIO_X,GPIO_Y 2条GPIO线注册新的i2c总线。此时这个模块对i2c设备是透明的，及挂在这2条GPIO线的i2c设

备可以直接使用Linux内核通用的i2c设备注册，传输和注销等方法。

三、步骤：

1、首先，确认在注册i2c-gpio模块前，所要用到的2条GPIO口是没有被系统其它地方所调用的。

在每个系统平台启动时，都会打开一系列的设备，他们通常实现在arch/目录下相应的平台子目录中的例如setup.c，devices.c文件中，

在这里我们进行i2c总线的注册以及设备的挂载。

(1) i2c-gpio定义的结构在include/linux/i2c-gpio.h中，代码如下所示：

#ifndef _LINUX_I2C_GPIO_H

#define _LINUX_I2C_GPIO_H

/**

* * struct i2c_gpio_platform_data - Platform-dependent data for i2c-gpio

* * @sda_pin: GPIO pin ID to use for SDA

* * @scl_pin: GPIO pin ID to use for SCL

* * @udelay: signal toggle delay. SCL frequency is (500 / udelay) kHz

* * @timeout: clock stretching timeout in jiffies. If the slave keeps

* * SCL low for longer than this, the transfer will time out.

* * @sda_is_open_drain: SDA is configured as open drain, i.e. the pin

* * isn't actively driven high when setting the output value high.

* * gpio_get_value() must return the actual pin state even if the

* * pin is configured as an output.

* * @scl_is_open_drain: SCL is set up as open drain. Same requirements

* * as for sda_is_open_drain apply.

* * @scl_is_output_only: SCL output drivers cannot be turned off.

* */

struct i2c_gpio_platform_data {

unsigned int sda_pin;

unsigned int scl_pin;

int udelay;

int timeout;

unsigned int sda_is_open_drain:1;

unsigned int scl_is_open_drain:1;

unsigned int scl_is_output_only:1;

};

#endif /* _LINUX_I2C_GPIO_H */

注：其中sda_pin和scl_pin分别是i2c总线的数据线和时钟线，在i2c-gpio中会通过gpio_request函数对这2个口进行申请，

(2) udelay和timeout如果不设初值，i2c-gpio中会自动将其设为默认值。

if (pdata->udelay)

bit_data->udelay = pdata->udelay;

else if (pdata->scl_is_output_only)

bit_data->udelay = 50; /* 10 kHz */

else

bit_data->udelay = 5; /* 100 kHz */

if (pdata->timeout)

bit_data->timeout = pdata->timeout;

else

bit_data->timeout = HZ / 10; /* 100 ms */

bit_data->data = pdata;

2、

(1) 初始化这个结构体后再将其装入platform_device结构体，方便注册。代码：

static struct platform_device i2c1_gpio_device = {

.name = "i2c-gpio",

.id = 1,

.dev = {

.platform_data = &i2c2_gpio_data,

},

};

(2) 注册i2c_gpio设备，将i2c设备挂入我们注册的总线

i2c_register_board_info(0, gps1_i2c0_devs, ARRAY_SIZE(gps1_i2c0_devs));

#if defined(CONFIG_I2C_GPIO)

platform_device_register(&i2c1_gpio_device);

platform_device_register(&i2c2_gpio_device);

platform_device_register(&i2c3_gpio_device);

i2c_register_board_info(1, gps1_gpio_i2c1_devs, ARRAY_SIZE(gps1_gpio_i2c1_devs));

i2c_register_board_info(2, gps1_gpio_i2c2_devs, ARRAY_SIZE(gps1_gpio_i2c2_devs));

i2c_register_board_info(3, gps1_gpio_i2c3_devs, ARRAY_SIZE(gps1_gpio_i2c3_devs));

#endif

注：此时，我们就可以在i2c设备的驱动程序中通过遍历所在i2c总线，得到其所在的地址i2c_device_addr

(3) 在i2c驱动中，需要注册一个i2c_driver的结构体，例如,ssd253x.c 代码如下

static const struct i2c_device_id ssd253x_ts_id[] = {

{ "ssd253x-ts", 0 },

{ }

};

MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, ssd253x_ts_id);

static struct i2c_driver ssd253x_ts_driver = {

.driver = {

.name = "ssd253x-ts",

},

.probe = ssd253x_ts_probe,

.remove = ssd253x_ts_remove,

.suspend = ssd253x_ts_suspend,

.resume = ssd253x_ts_resume,

.id_table = ssd253x_ts_id,

};

static int __init ssd253x_ts_init(void)

{

......

ret=i2c_add_driver(&ssd253x_ts_driver);

......

}

注：在init函数中调用i2c_add_driver，此时将会对所在i2c总线进行遍历并得到该设备的适配器等信息，

主要目的即是使驱动得到自己的i2c_client，在这个i2c_client中，已经有了该i2c设备的地址等信息，

我们在驱动中定义一个新的i2c_client全局变量，

把得到的这个i2c_client传给这个全局变量，以便进行后面的i2c操作

四、总结

直接用GPIO口模拟I2C时序和利用内核模块i2c-gpio虚拟i2c总线的区别

1． 用GPIO口模拟I2C时序不需要在系统启动时注册I2C总线，只需要在I2C设备驱动中单独实现。

用i2c-gpio模块虚拟i2c总线需要在系统启动时注册新的I2C总线，并将i2c设备挂载到新的i2c总线，涉及的范围较广

// CPIO口模拟I2C时序

i2c_register_board_info(0, gps1_i2c0_devs, ARRAY_SIZE(gps1_i2c0_devs));

// 用i2c-gpio模块虚拟i2c总线

#if defined(CONFIG_I2C_GPIO)

platform_device_register(&i2c1_gpio_device);

platform_device_register(&i2c2_gpio_device);

platform_device_register(&i2c3_gpio_device);

i2c_register_board_info(1, gps1_gpio_i2c1_devs, ARRAY_SIZE(gps1_gpio_i2c1_devs));

i2c_register_board_info(2, gps1_gpio_i2c2_devs, ARRAY_SIZE(gps1_gpio_i2c2_devs));

i2c_register_board_info(3, gps1_gpio_i2c3_devs, ARRAY_SIZE(gps1_gpio_i2c3_devs));

#endif

2． 用GPIO口模拟I2C时序，代码操作较繁琐，且不方便挂载多个i2c设备

用i2c-gpio模块可以完全模拟i2c总线，可以挂载多个设备

3． 在i2c读写操作时

(1)用GPIO口模拟I2C时序需要每次根据读/写操作发送器件地址<<1+1/0，然后再发送寄存器地址。

(2)用i2c-gpio模块相当于直接在i2c总线上操作，在系统启动挂载i2c设备时已经告诉了i2c总线它的地址，在该设备自己的驱动中，

只需要通过i2c_add_driver操作即可以得到其地址等诸多信息，读写操作只需要发送寄存器地址即可