用户空间使用i2c_dev

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作者：yuanlulu
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第1章 用户空间使用i2c_dev

对于注册的i2c适配器，用户空间也可以使用它们。在Linux内核代码文件/include/linux/i2c-dev.c中针对每个适配器生成一个主设备号为89的设备节点，实现了文件操作接口，用户空间可以通过i2c设备节点访问i2c适配器。适配器的编号从0开始，和适配器的设备节点的次设备号相同。
i2c适配器的设备节点是/dev/i2c-x，其中x是数字，代表适配器的编号。由于适配器编号是动态分配的（和注册次序有关），所以想了解哪一个适配器对应什么编号，可以查看/sys/class/i2c-dev/目录下的文件内容。

1.1 前期准备

为了在用户空间的程序当中操作i2c适配器，必须在程序中包含以下两句：
#include<linux/i2c-dev.h>
#include<linux/i2c.h>
这两个头文件中定义了之后需要用到的结构体和宏。
然后就可以打开设备节点了。但是打开哪一个呢？因为适配器的编号并不固定。为此我们在中端中运行以下命令：
[root@zlg /]# cat /sys/class/i2c-dev/i2c-0/name
PNX4008-I2C0
[root@zlg /]# cat /sys/class/i2c-dev/i2c-1/name
PNX4008-I2C1
[root@zlg /]# cat /sys/class/i2c-dev/i2c-2/name
USB-I2C
如果我们想打开第二个适配器，刚好它的编号是1，对应的设备节点是/dev/i2c-1。那么可以用下面的方法打开它：
int fd;
if ((fd = open(＂/dev/i2c-1＂,O_RDWR))< 0) {
/* 错误处理 */
exit(1);
}
打开适配器对应的设备节点，i2c-dev为打开的线程建立一个i2c_client，但是这个i2c_client并不加到i2c_adapter的client链表当中。当用户关闭设备节点时，它自动被释放。

1.2 IOCTL控制

查看include/linux/i2c-dev.h文件，可以看到i2c-dev支持的IOCTL命令。如<!--[if supportFields]>
REF _Ref283302932 /h <![endif]-->程序清单
3.1<!--[if gte mso 9]><![endif]--><!--[if supportFields]><![endif]-->所示。
程序清单 <!--[if supportFields]> STYLEREF 1 /s
<![endif]-->3<!--[if supportFields]><![endif]-->.<!--[if supportFields]>
SEQ 程序清单 /* ARABIC /s 1
<![endif]-->1<!--[if supportFields]><![endif]-->
i2c-dev IOCTL命令
#define I2C_RETRIES
0x0701 /*设置收不到ACK时的重试次数
*/
#define I2C_TIMEOUT
0x0702 /*
设置超时时限的jiffies
*/
#define I2C_SL***E
0x0703 /*设置从机地址
*/
#define I2C_SL***E_FORCE 0x0706
/* 强制设置从机地址
*/
#define I2C_TENBIT
0x0704 /*选择地址位长:=0 for 7bit , != 0 for 10 bit */
#define I2C_FUNCS
0x0705 /*获取适配器支持的功能
*/
#define I2C_RDWR
0x0707 /*Combined R/W transfer (one STOP only)
*/
#define I2C_PEC
0x0708
/* != 0 to use PEC with SMBus */
#define I2C_SMBUS
0x0720 /*SMBus transfer
*/
下面进行一一解释。

1． 设置重试次数

ioctl(fd, I2C_RETRIES,m);
这句话设置适配器收不到ACK时重试的次数为m。默认的重试次数为1。

2． 设置超时

ioctl(fd, I2C_TIMEOUT,m);
设置SMBus的超时时间为m，单位为jiffies。

3． 设置从机地址

ioctl(fd, I2C_SL***E,addr);
ioctl(fd, #defineI2C_SL***E_FORCE, addr);
在调用read()和write()函数之前必须设置从机地址。这两行都可以设置从机的地址，区别是第二行无论内核中是否已有驱动在使用这个地址都会成功，第一行则只在该地址空闲的情况下成功。由于i2c-dev创建的i2c_client不加入i2c_adapter的client列表，所以不能防止其它线程使用同一地址，也不能防止驱动模块占用同一地址。

4． 设置地址模式

ioctl(file,I2C_TENBIT,select)
如果select不等于0选择10比特地址模式，如果等于0选择7比特模式，默认7比特。只有适配器支持I2C_FUNC_10BIT_ADDR，这个请求才是有效的。

5． 获取适配器功能

ioctl(file,I2C_FUNCS,（unsignedlong *）funcs)
获取的适配器功能保存在funcs中。各比特的含义如<!--[if supportFields]>REF _Ref283305554 /h
<![endif]-->程序清单 3.2<!--[if gte mso 9]><![endif]--><!--[if supportFields]><![endif]-->所示。具体的含义可以参考<!--[if
supportFields]>REF _Ref283456550 /r /h
<![endif]-->第4章<!--[if gte mso 9]><![endif]--><!--[if supportFields]><![endif]-->。
程序清单 <!--[if supportFields]> STYLEREF 1 /s
<![endif]-->3<!--[if supportFields]><![endif]-->.<!--[if supportFields]>
SEQ 程序清单 /* ARABIC /s 1
<![endif]-->2<!--[if supportFields]><![endif]-->
I2C FUNCTIONALILTY
/* include/linux/i2c.h */
#define I2C_FUNC_I2C
0x00000001
#define I2C_FUNC_10BIT_ADDR
0x00000002
#define I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING
0x00000004/*I2C_M_{REV_DIR_ADDR,NOSTART,..}*/
#define I2C_FUNC_SMBUS_PEC
0x00000008
#define I2C_FUNC_SMBUS_BLOCK_PROC_CALL
0x00008000 /* SMBus 2.0
*/
#define I2C_FUNC_SMBUS_QUICK
0x00010000
#define I2C_FUNC_SMBUS_READ_BYTE
0x00020000
#define I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BYTE
0x00040000
#define I2C_FUNC_SMBUS_READ_BYTE_DATA
0x00080000
#define I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BYTE_DATA
0x00100000
#define I2C_FUNC_SMBUS_READ_WORD_DATA
0x00200000
#define I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_WORD_DATA
0x00400000
#define I2C_FUNC_SMBUS_PROC_CALL
0x00800000
#define I2C_FUNC_SMBUS_READ_BLOCK_DATA
0x01000000
#define I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BLOCK_DATA 0x02000000
#define I2C_FUNC_SMBUS_READ_I2C_BLOCK
0x04000000/* I2C-like block xfer
*/
#define I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_I2C_BLOCK
0x08000000 /* w/ 1-byte reg. addr.
*/
#define I2C_FUNC_SMBUS_READ_I2C_BLOCK_2
0x10000000 /* I2C-like block xfer
*/
#define I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_I2C_BLOCK_2
0x20000000 /* w/ 2-byte reg. addr.
*/

6． I2C层通信

ioctl(file,I2C_RDWR,(structi2c_rdwr_ioctl_data *)msgset);
这一行代码可以使用I2C协议和设备进行通信。它进行连续的读写，中间没有间歇。只有当适配器支持I2C_FUNC_I2C此命令才有效。参数是一个指针，指向一个结构体，它的定义如<!--[if supportFields]>REF
_Ref283305956 /h <![endif]-->程序清单
3.3<!--[if gte mso 9]><![endif]--><!--[if supportFields]><![endif]-->所示。其中i2c_msg的定义参考<!--[if
supportFields]> REF _Ref283227534 /h
<![endif]-->程序清单 1.7<!--[if gte mso 9]><![endif]--><!--[if supportFields]><![endif]-->。
程序清单 <!--[if supportFields]> STYLEREF 1 /s
<![endif]-->3<!--[if supportFields]><![endif]-->.<!--[if supportFields]>
SEQ 程序清单 /* ARABIC /s 1
<![endif]-->3<!--[if supportFields]><![endif]-->
i2c_rdwr_ioctl_data
struct i2c_rdwr_ioctl_data {
structi2c_msg __user *msgs;
/*
指向i2c_msgs数组
*/
__u32nmsgs;

/* 消息的个数
*/
};
msgs[] 数组成员包含了指向各自缓冲区的指针。这个函数会根据是否在消息中的flags置位I2C_M_RD来对缓冲区进行读写。从机的地址以及是否使用10比特地址模式记录在每个消息中，忽略之前ioctl设置的结果。

7． 设置SMBus PEC

ioctl(file,I2C_PEC,(long )select);
如果select不等于0选择SMBus PEC (packet error checking)，等于零则关闭这个功能，默认是关闭的。
这个命令只对SMBus传输有效。这个请求只在适配器支持I2C_FUNC_SMBUS_PEC时有效；如果不支持这个命令也是安全的，它不做任何工作。

8． SMBus通信

ioctl(file, I2C_SMBUS, (i2c_smbus_ioctl_data*)msgset);
这个函数和I2C_RDWR类似，参数的指针指向i2c_smbus_ioctl_data类型的变量，它的定义如<!--[if supportFields]> REF _Ref283308161 /h
<![endif]-->程序清单 3.4<!--[if gte mso 9]><![endif]--><!--[if supportFields]><![endif]-->所示。如何填写i2c_smbus_ioctl_data的各个成员，参考<!--[if
supportFields]> REF _Ref283455290 /r/h
<![endif]-->4.3<!--[if gte mso 9]><![endif]--><!--[if supportFields]><![endif]-->节。
程序清单 <!--[if supportFields]> STYLEREF 1 /s
<![endif]-->3<!--[if supportFields]><![endif]-->.<!--[if supportFields]>
SEQ 程序清单 /* ARABIC /s 1
<![endif]-->4<!--[if supportFields]><![endif]-->
i2c_smbus_ioctl_data
struct i2c_smbus_ioctl_data {
__u8read_write;
__u8command;
__u32size;
unioni2c_smbus_data __user *data;
};

1.3 i2c_dev使用例程

要想在用户空间使用i2c适配器，首先要如3.1<!--[if gte mso 9]><![endif]-->节所示，选择某个适配器的设备节点打开，然后才能进行通信。

1.3.1 read()/write()

通信的方式有两种，一种是使用操作普通文件的接口read()和write()。这两个函数间接调用了i2c_master_recv和i2c_master_send。但是在使用之前需要使用I2C_SL***E设置从机地址，设置可能失败，需要检查返回值。这种通信过程进行I2C层的通信，一次只能进行一个方向的传输。

下面的程序是ARM与E2PROM芯片通信的例子，如<!--[if supportFields]> REF _Ref283651035 /h
<![endif]-->程序清单 3.5<!--[if gte mso 9]><![endif]--><!--[if supportFields]><![endif]-->所示。
程序清单 <!--[if supportFields]> STYLEREF 1 /s
<![endif]-->3<!--[if supportFields]><![endif]-->.<!--[if supportFields]>
SEQ 程序清单 /* ARABIC /s 1
<![endif]-->5<!--[if supportFields]><![endif]-->
使用read()/write()与i2c设备通信
#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <linux/i2c.h>

#define CHIP "/dev/i2c-0"
#define CHIP_ADDR 0x50

int main()
{
printf("hello,this is i2c tester/n");
int fd =open(CHIP, O_RDWR);
if (fd< 0) {
printf("open"CHIP"failed/n");
gotoexit;
}

if (ioctl(fd,I2C_SL***E_FORCE, CHIP_ADDR) < 0) {
/*设置芯片地址
*/
printf("oictl:setslave address failed/n");
gotoclose;
}

struct
i2c_msg msg;
unsignedchar
rddata;
unsignedchar
rdaddr[2] = {0, 0}; /*
将要读取的数据在芯片中的偏移量 */
unsignedchar
wrbuf[3] = {0, 0, 0x3c};
/* 要写的数据，头两字节为偏移量 */

printf("inputa char you want to write to E2PROM/n");
wrbuf[2]= getchar();
printf("writereturn:%d, write data:%x/n", write(fd, wrbuf, 3), wrbuf[2]);
sleep(1);
printf("writeaddress return: %d/n",write(fd, rdaddr, 2));
/* 读取之前首先设置读取的偏移量 */
printf("readdata return:%d/n", read(fd, &rddata, 1));
printf("rddata:%c/n", rddata);

close:
close(fd);
exit:
return0;
}

1.3.2 I2C_RDWR

还可以使用I2C_RDWR实现同样的功能，如<!--[if supportFields]> REF _Ref283651333 /h
<![endif]-->程序清单 3.6<!--[if gte mso 9]><![endif]--><!--[if supportFields]><![endif]-->所示。此时ioctl返回的值为执行成功的消息数。
程序清单 <!--[if supportFields]> STYLEREF 1 /s
<![endif]-->3<!--[if supportFields]><![endif]-->.<!--[if supportFields]>
SEQ 程序清单 /* ARABIC /s 1
<![endif]-->6<!--[if supportFields]><![endif]-->
使用I2C_RDWR与I2C设备通信
#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <linux/i2c.h>

#define CHIP "/dev/i2c-0"
#define CHIP_ADDR 0x50

int main()
{
printf("hello,this is i2c tester/n");
int fd =open(CHIP, O_RDWR);
if (fd< 0) {
printf("open"CHIP"failed/n");
gotoexit;
}

struct
i2c_msg msg;
unsignedchar
rddata;
unsignedchar
rdaddr[2] = {0, 0};
unsignedchar
wrbuf[3] = {0, 0, 0x3c};

printf("inputa char you want to write to E2PROM/n");
wrbuf[2]= getchar();

structi2c_rdwr_ioctl_data ioctl_data;
structi2c_msg msgs[2];

msgs[0].addr= CHIP_ADDR;
msgs[0].len= 3;
msgs[0].buf= wrbuf;
ioctl_data.nmsgs= 1;
ioctl_data.msgs= &msgs[0];

printf("ioctlwrite,return :%d/n", ioctl(fd, I2C_RDWR, &ioctl_data));
sleep(1);

msgs[0].addr= CHIP_ADDR;
msgs[0].len= 2;
msgs[0].buf= rdaddr;
msgs[1].addr= CHIP_ADDR;
msgs[1].flags|= I2C_M_RD;
msgs[1].len= 1;
msgs[1].buf= &rddata;
ioctl_data.nmsgs= 1;
ioctl_data.msgs= msgs;

printf("ioctlwrite address, return :%d/n", ioctl(fd, I2C_RDWR, &ioctl_data));
ioctl_data.msgs= &msgs[1];
printf("ioctlread, return :%d/n", ioctl(fd, I2C_RDWR, &ioctl_data));

printf("rddata:%c/n", rddata);

close:
close(fd);
exit:
return0;
}