用戶空間訪問I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)

    關(guān)于Linux下如何編寫芯片的I2C驅(qū)動(dòng)，本系列第一篇文章《手把手教你寫Linux I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)》對(duì)編寫I2C Client 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的關(guān)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》對(duì)于具體如何在驅(qū)動(dòng)層封裝讀寫芯片I2C寄存器也進(jìn)行了詳細(xì)的描述，這兩篇文章的代碼整合到一起，就構(gòu)成了I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)的主要部分，本文則致力于將該驅(qū)動(dòng)進(jìn)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(shè)備驅(qū)動(dòng)，最常用的做法就是為該I2C驅(qū)動(dòng)編寫一套字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)，這樣，用戶空間則可以通過對(duì)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)的訪問，間接地實(shí)現(xiàn)對(duì)I2C芯片寄存器的讀寫控制。下面，我們?cè)谇皟善恼碌拇a的基礎(chǔ)上，封裝一層字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)，并給出在用戶空間的使用示例。

1.  編寫字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)

    關(guān)于字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)的編寫，我依然從實(shí)例應(yīng)用的角度來展開描述，關(guān)于原理性的東西，網(wǎng)上有許多文章，可以搜索參考。

    （1）首先，創(chuàng)建一個(gè)包含有cdev對(duì)象的結(jié)構(gòu)體及對(duì)象，代表著本實(shí)例的字符設(shè)備對(duì)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(shè)備對(duì)象，major為分配的字符設(shè)備主設(shè)備號(hào)，semaphore用于互斥，保護(hù)i2c讀寫過程。

    （2）第二步，創(chuàng)建文件操作結(jié)構(gòu)體對(duì)象

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

    我們把對(duì)I2C寄存器的讀寫操作放到 ioctl 命令中執(zhí)行，不需要實(shí)現(xiàn) read 和 write 函數(shù)，故這里只實(shí)現(xiàn)文件的打開、釋放、以及 ioctl 操作。

    （3） 實(shí)現(xiàn)設(shè)備打開和關(guān)閉函數(shù)

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(shí)現(xiàn) IOCTL 函數(shù)

    這里的ioctl 函數(shù)的實(shí)現(xiàn)很關(guān)鍵，是驅(qū)動(dòng)層與用戶層交互的核心部分，這里將會(huì)定義相關(guān)的I2C讀寫命令枚舉，并且調(diào)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(shù)結(jié)構(gòu)體，用戶空間必須定義相同的結(jié)構(gòu)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(shù)。

    （5）在__init 代碼中注冊(cè)本字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)

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(shè)備驅(qū)動(dòng)

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(jīng)出現(xiàn)過，這里補(bǔ)充完整了，將字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)的代碼添加進(jìn)來了。

2.  用戶空間的使用方法

    首先，編寫Makefile將驅(qū)動(dòng)編譯成模塊，然后在用戶空間對(duì)生成的模塊(*.ko)進(jìn)行加載（insmod），然后再 /dev 目錄下創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn) /dev/tvp5158_dev ，最后，在用戶空間即可編寫測(cè)試代碼，打開該設(shè)備文件，通過 ioctl 命令進(jìn)行訪問。

    上面這個(gè)過程示例如下：

// 假設(shè)生成的模塊.ko名稱為 tvp5158.ko 
第一步：insmod tvp5158.ko 
 
// 假設(shè)上面tvp5158_i2c_init函數(shù)中 g_tvp5158_dev.major 的值為 74 
第二步：mknod /dev/tvp5158_dev c 74 0 

    下面給出最后在用戶空間的測(cè)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(jié)

    到此為止，Linux下的I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)基本編寫過程已經(jīng)講述完畢，以后凡是拿到新的芯片，需要在Linux下讀寫I2C寄存器，均可參考本系列的代碼進(jìn)行編寫。當(dāng)然，這里只是講述了I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)編寫的一些最基本的方法，關(guān)于I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)的原理部分并沒有涉及，希望自己以后更加深入地了解了Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)原理后再進(jìn)一步闡述。本文希望對(duì)初學(xué)者有所幫助，文中有什么講述不正確的地方，歡迎留言或者來信lujun.hust@gmail.com交流。

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