用戶空間訪問I2C設備驅動

關於Linux下如何編寫芯片的I2C驅動，本系列第一篇文章《手把手教你寫Linux I2C設備驅動》（見 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-01/51289.htm ）對編寫I2C Client 設備驅動的關鍵代碼給出了初步的講述和示例，第二篇文章《Linux下讀寫芯片的I2C寄存器》（見 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-01/51290.htm ）對於具體如何在驅動層封裝讀寫芯片I2C寄存器也進行了詳細的描述，這兩篇文章的代碼整合到一起，就構成了I2C設備驅動的主要部分，本文則致力於將該驅動進一步封裝，為用戶空間提供訪問的接口。

如果希望在用戶空間訪問我們寫的I2C設備驅動，最常用的做法就是為該I2C驅動編寫一套字符設備驅動，這樣，用戶空間則可以通過對字符設備驅動的訪問，間接地實現對I2C芯片寄存器的讀寫控制。下面，我們在前兩篇文章的代碼的基礎上，封裝一層字符設備驅動，並給出在用戶空間的使用示例。

1. 編寫字符設備驅動

關於字符設備驅動的編寫，我依然從實例應用的角度來展開描述，關於原理性的東西，網上有許多文章，可以搜索參考。

（1）首先，創建一個包含有cdev對象的結構體及對象，代表著本實例的字符設備對象。

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

cdev即字符設備對象，major為分配的字符設備主設備號，semaphore用於互斥，保護i2c讀寫過程。

（2）第二步，創建文件操作結構體對象

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

我們把對I2C寄存器的讀寫操作放到 ioctl 命令中執行，不需要實現 read 和 write 函數，故這裡只實現文件的打開、釋放、以及 ioctl 操作。

（3） 實現設備打開和關閉函數

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）實現 IOCTL 函數

這裡的ioctl 函數的實現很關鍵，是驅動層與用戶層交互的核心部分，這裡將會定義相關的I2C讀寫命令枚舉，並且調用前面文章中封裝好的I2C讀寫代碼。

#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(&param, (void *)arg, sizeof(param));  
      
    switch(cmd){  
    case I2C_CMD_WRITE:  
        {  
            copy_from_user(&reg, 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(&reg, 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是與用戶空間交互用的參數結構體，用戶空間必須定義相同的結構體以保證交互的正確性。g_tvp5158_obj 和 tvp5158_i2c_read/write 均為前面文章中定義的變量和函數。

（5）在__init 代碼中注冊本字符設備驅動

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 代碼中注銷本字符設備驅動

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，本初始化代碼和逆初始化在第一篇文章中已經出現過，這裡補充完整了，將字符設備驅動的代碼添加進來了。

2. 用戶空間的使用方法

首先，編寫Makefile將驅動編譯成模塊，然後在用戶空間對生成的模塊(*.ko)進行加載（insmod），然後再 /dev 目錄下創建設備節點 /dev/tvp5158_dev ，最後，在用戶空間即可編寫測試代碼，打開該設備文件，通過 ioctl 命令進行訪問。

前面幾個步驟很容易，不再贅述，只給出最後在用戶空間的測試代碼示例。

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

3. 總結

到此為止，Linux下的I2C設備驅動基本編寫過程已經講述完畢，以後凡是拿到新的芯片，需要在Linux下讀寫I2C寄存器，均可參考本系列的代碼進行編寫。當然，這裡只是講述了I2C設備驅動編寫的一些最基本的方法，關於I2C設備驅動的原理部分並沒有涉及，希望自己以後更加深入地了解了Linux設備驅動原理後再進一步闡述。