在Linux驱动开发中，理解和正确处理I2C时序对于确保I2C设备正常工作至关重要。本文将详细介绍I2C通信协议的时序特征，并展示如何在Linux内核中处理这些时序。
I2C简介
I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种多主机、两线制、低速串行总线，广泛用于连接低速外围设备到处理器和微控制器。它只需要两条线：一条是串行数据线（SDA），另一条是串行时钟线（SCL）。
I2C时序关键点
I2C通信的核心是其时序，了解以下几个关键时序事件非常重要：
- 起始条件（START）：当SCL保持高电平时，SDA从高到低的跳变定义了起始条件。
- 重复起始条件（REPEATED START）：在一次数据传输未停止前，可以通过再次发送起始条件来开始新的传输。
- 数据位传输：在SCL的高电平期间，SDA线上的数据必须保持稳定。数据的变化只能在SCL为低电平时发生。
- 应答位（ACK/NACK）：每传送完一个字节后，接收方需要在SCL的下一个高电平期间在SDA上输出一个低电平应答位。
- 停止条件（STOP）：当SCL保持高电平时，SDA从低到高的跳变定义了停止条件。
Linux内核中的I2C时序处理
在Linux内核中，I2C设备的驱动通常通过I2C适配器驱动来处理这些时序问题。以下是一些关键的概念和步骤：
I2C适配器
I2C适配器是一种表示I2C总线本身的内核对象。它负责在物理总线上生成正确的时序和电平。
I2C算法
I2C算法定义了在I2C适配器上执行的低级位序列操作，比如发送起始条件、读写数据位、发送应答位等。大多数情况下，开发者不需要直接处理这些算法，除非你在开发一个新的I2C适配器驱动。
I2C核心
I2C核心提供了一个接口，驱动开发者可以通过这个接口与I2C设备通信，而无需担心底层的时序细节。i2c_transfer函数是进行I2C消息传输的核心函数。
代码示例：I2C设备访问
以下是一个简单的例子，展示了如何在Linux驱动中使用I2C核心API发送数据：
#include <linux/i2c.h>
static int i2c_demo_transfer(struct i2c_adapter *adapter)
{
int ret;
struct i2c_msg msg;
unsigned char data[] = {0x00, 0x01}; // 要发送的数据
// 设置I2C消息
msg.addr = I2C_ADDRESS; // I2C设备地址
msg.flags = 0; // 写标志
msg.len = sizeof(data); // 数据长度
msg.buf = data; // 数据缓冲区
// 执行I2C传输
ret = i2c_transfer(adapter, &msg, 1);
if (ret < 0) {
printk(KERN_ERR "I2C transfer error: %d\n", ret);
return ret;
}
return 0;
}
调试I2C时序问题
- 使用示波器：示波器是调试I2C时序问题的最佳工具。您可以观察SDA和SCL线上的电平变化，检查起始、停止条件，和应答位。
- 内核日志：某些I2C适配器驱动支持详细的日志输出，可以通过内核日志来追踪I2C事务。