I2C總線在Linux系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

1 引言
    Linux操作系統(tǒng)因具有源代碼公開、便于裁減、有廣泛的處理器支持等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)的熱門選擇?；?strong>I2C總線的鍵盤擴(kuò)展設(shè)備主要用于滿足嵌入式設(shè)備中對(duì)多按鍵的需求，驅(qū)動(dòng)程序在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)對(duì)硬件進(jìn)行初始化。在系統(tǒng)啟動(dòng)后實(shí)現(xiàn)硬件和應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交互。針對(duì)S3C2410微處理器和鍵盤掃描管理器件，深入討論如何在嵌入式操作系統(tǒng)ARM Linux中實(shí)現(xiàn)ZLG7290的驅(qū)動(dòng)。

2 I2C總線
    I2C總線是器件間串行傳輸總線，以其規(guī)范和帶I2C接口的外圍器件獲得廣泛應(yīng)用。S3C2410處理器內(nèi)置有I2C總線接口。I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的地址識(shí)別。I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有3種信號(hào)：(1)開始信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。(2)結(jié)束信號(hào)：SCL為低電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。(3)應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的IC接收到8 bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個(gè)信號(hào)后，等待受控單元發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，CPU接收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際情況做出是否繼續(xù)傳遞信號(hào)的判斷。若未收到應(yīng)答信號(hào)，則判斷為受控單元出現(xiàn)故障。圖1為S3C2410和ZLG7290的連接圖。

3 驅(qū)動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)
    S3C2410A內(nèi)嵌一個(gè)I2C總線控制器。在Linux操作系統(tǒng)中，該控制器的字符型驅(qū)動(dòng)包括4個(gè)模塊：(1)i2c-dev：源程序?yàn)閕2c-dev．c，I2C總線字符型驅(qū)動(dòng)，與具體使用的I2C控制器無關(guān)。(2)i2c-core：源程序?yàn)閕2c-core．c，I2C總線操作核心函數(shù)，與具體使用的I2C控制器無關(guān)。(3)i2c-algo-s3c2410：源程序?yàn)閕2c-algo-s3c2410．c，I2C總線控制器I2C驅(qū)動(dòng)算法，與具體的控制器相關(guān)。(4)i2c-s3c2410：源程序?yàn)閕2c-s3c2410．c，I2C總線控制器硬件抽象層，與具體的控制器相關(guān)。以上4個(gè)模塊依次是底層與上層的關(guān)系，I2C驅(qū)動(dòng)模塊的層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4 驅(qū)動(dòng)源文件的編譯
    驅(qū)動(dòng)源文件包括i2c-algo-s3c2410．c，i2c-dev．c，i2c-core．c，i2c-s3c2410．c4個(gè)源文件。將其編譯為模塊，則產(chǎn)生4個(gè)模塊文件，編譯工作由Makefile文件完成,其文件內(nèi)容如下：

    [!--empirenews.page--]當(dāng)需要使用I2C總線控制器驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)，可以使用I2C總線控制器驅(qū)動(dòng)的設(shè)備管理文件loadi2c。該管理文件運(yùn)行后，將自動(dòng)在Linux的／dev／目錄下創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)i2c。loadi2c文件內(nèi)容如下：

    由于各模塊間有上下層關(guān)系，則加載模塊順序應(yīng)是從上到下，最先加載i2c-core，最后加載i2c-s3c2410。而卸載則順序相反。加載模塊i2c-algo-s3c2410時(shí)，必須延時(shí)1 s以等待該模塊初始化完成，否則無法加載下一個(gè)模塊i2c-s3c2410。

5 對(duì)驅(qū)動(dòng)文件的使用
    Linux的／dev／目錄下創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)i2c成功后，就可使用LINUX提供的一系列函數(shù)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，這些函數(shù)包括ioctl()，open()，close()，read()與write()等。
5．1 ioctl()函數(shù)的使用
    I2C總線控制器驅(qū)動(dòng)(字符型)提供ioctl()函數(shù)用于設(shè)定I2C總線控制器的一些參數(shù)，該函數(shù)常用命令有：
    (1)I2C_SLAVE第2參數(shù)取值為I2C從機(jī)地址，用來設(shè)定I2C從機(jī)地址；I2C_SLAVE_FORCE：第2參數(shù)取值為I2C從機(jī)地址，用來修改I2C從機(jī)地址；I2C_TENBIT：第2參數(shù)取值為0：從機(jī)地址為7 bit；第2參數(shù)取值為1：從機(jī)地址為10bit。用來指定I2C從機(jī)地址的位數(shù)；I2C_S3C2410_SET_SPEED：第2參數(shù)取值為I2C總線控制器分頻值。用來設(shè)置I2C總線控制器時(shí)鐘頻率；
    (2)常用設(shè)置設(shè)置I2c從機(jī)地址為0xA0，由于是7 bit地址，所以要右移1位：ret=ioctl(fd，I2C_SLAVE，0xA0>>1)；指定從機(jī)地址為7 bit，ret=ioctl(fd，I2C_TENBIT，0)。
5．2 open(),close()的使用
    應(yīng)用程序要使用本驅(qū)動(dòng)來訪問外部I2C器件，首先要通過open()來打開其驅(qū)動(dòng)，使用完畢后使用close()將其關(guān)閉。打開與關(guān)閉I2C總線控制器驅(qū)動(dòng)：

5．3 read()與write()函數(shù)的使用
    用read()與write()函數(shù)讀／寫I2C總線，常用設(shè)置如下：

    write(fd，&data，1)；向I2C總線發(fā)送1字節(jié)數(shù)據(jù)data；
    假設(shè)子地址為0，向有子地址的FC器件寫入8個(gè)字節(jié)：unsigned char sendbuf[9]={0，1，2，3，4，5，6，7，8)；/*第1個(gè)字節(jié)0為子地址*/write(fd，sendbuf，9)；／*寫入8個(gè)字節(jié)，第1個(gè)字節(jié)為子地址*／從有子地址的I2C器件讀取8個(gè)字節(jié)，假設(shè)子地址為0：
unsigned char suba=0；recbuf[8]；
write(fd，&suba，1)；/*發(fā)送子地址0*／
read(fd，recbuf，8)；/*從子地址0開始讀取8個(gè)字節(jié)*／

6 結(jié)束語
    設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機(jī)器硬件之間的接口，通過它可使設(shè)備文件化。本文首先介紹I2C總線接口的工作模式和特點(diǎn)，簡(jiǎn)要介紹I2C字符型驅(qū)動(dòng)模塊的特點(diǎn)，研究ARM Linux下的鍵盤擴(kuò)展器件ZLG7290驅(qū)動(dòng)程序，詳細(xì)描述了基于I2C總線通信的鍵值讀取過程，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。