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TI-AM3359 I2C适配器实例分析

I2C Spec简述

特性：

• 兼容飞利浦I2C 2.1版本规格
• 支持标准模式（100K bits/s）和快速模式（400K bits/s）
• 多路接收、发送模式
• 支持7bit、10bit设备地址模式
• 32字节FIFO缓冲区
• 可编程时钟发生器
• 双DMA通道，一条中断线
• 三个I2C模块实例I2C0\I2C1\I2C2
• 时钟信号能够达到最高48MHz，来自PRCM

不支持

• SCCB协议
• 高速模式（3.4MBPS）

管脚

I2C重置

• 通过系统重置PIRSTNA=0，所有寄存器都会被重置到上电状态
• 软重置，置位I2C_SYSC寄存器的SRST位。
• I2C_CON寄存器的I2C_EN位可以让I2C模块重置。当PIRSTNA=1,I2C_EN=0会让I2C模块功能部分重置，所有寄存器数据会被暂存（不会恢复上电状态）

数据有效性

• SDA在SCL高电平期间必须保持稳定，而只有在SCL低电平期间数据线（SDA）才可以进行高低电平切换

开始位&停止位

当I2C模块被设置为主控制时会产生START和STOP：

• START开始位是SCL高电平期间SDA HIGH->LOW

• STOP停止位是SCL高电平期间SDA LOW->HIGH

• 在START信号后总线就会被认为是busy忙状态，而在STOP后其会被视为空闲状态

串行数据格式

8位数据格式，每个放在SDA线上的都是1个字节即8位长，总共有多少个字节要发送/接收是需要写在DCOUNT寄存器中的。数据是高位先传输，如果I2C模块处于接收模式中，那么一个应答位后跟着一个字节的数据。I2C模块支持两种数据格式：

• 7bit/10bit地址格式
• 带有多个开始位的7bit/10bit地址格式

FIFO控制

I2C模块有两个内部的32字节FIFO，FIFO的深度可以通过控制I2C_IRQSTATUS_RAW.FIFODEPTH寄存器修改。

如何编程I2C

1. 使能模块前先设置

• 使分频器产生约12MHz的I2C模块时钟（设置I2C_PSC=x，x的值需要根据系统时钟频率进行计算）
• 使I2C时钟产生100Kpbs（Standard Mode）或400Kbps（Fast Mode）（SCLL = x 及 SCLH = x，这些值也是需要根据系统时钟频率进行计算）
• 如果是FS模式，则配置自己的地址（I2C_OA = x）
• 重置I2C模块（I2C_CON:I2C_EN=1）

2. 初始化程序

• 设置I2C工作模式寄存器（I2C_CON）
• 若想用传输数据中断则使能中断掩码（I2C_IRQENABLE_SET）
• 如果在FS模式中，使用DMA传输数据的话，使能DMA（I2C_BUF及I2C_DMA/RX/TX/ENABLE_SET）且配置DMA控制器

3. 设置从地址和数据计数器

在主动模式中，设置从地址（I2C_SA = x），设置传输需要的字节数（I2C_CNT = x）

4. 初始化一次传输

在FS模式中。查询一下I2C状态寄存器（I2C_IRQSTATUS_RAW）中总线状态（BB），如果是0则说明总线不是忙状态，设置START/STOP（I2C_CON:STT/STP）初始化一次传输。

5. 接收数据

检查I2C状态寄存器（I2C_IRQSTATUS_RAW）中代表接收数据是否准备好的中断位（RRDY），用这个RRDY中断（I2C_IRQENABLE_SET.RRDY_IE置位）或使用DMA_RX（I2C_BUF.RDMA_EN置位且I2C_DMARXENABLE_SET置位）去数据接收寄存器（I2C_DATA）中去读接收到的数据。

6. 发送数据

查询代表传输数据是否准备好的中断位（XRDY）（还是在状态寄存器I2C_IRQSTATUS_RAW中），用XRDY中断（I2C_IRQENABLE_SET.XRDY_IE置位）或DMA_TX(I2C_BUF.XDMA_EN与I2C_DMATXENABLE_SET置位)去将数据写入到I2C_DATA寄存器中。

I2C寄存器

由于寄存器众多，这里只将上述提到过的几个拿出来（不包含DMA相关）。

适配器代码解读

在Linux内核驱动中，此适配器驱动存在于drivers/i2c/busses/i2c-omap.c。根据前几节对适配器i2c_adapter的理解，在写I2C适配器驱动时，主要集中在对传输、设备初始化、电源管理这几点。

平台设备注册

static struct platform_driver omap_i2c_driver = {
    .probe        = omap_i2c_probe,
    .remove        = omap_i2c_remove,
    .driver        = {
        .name    = "omap_i2c",
        .owner    = THIS_MODULE,
        .pm    = OMAP_I2C_PM_OPS,
        .of_match_table = of_match_ptr(omap_i2c_of_match),
    },
};

可以看到，此适配器的匹配是通过dts（Device Tree）进行匹配的，omap_i2c_of_match为：

static const struct of_device_id omap_i2c_of_match[] = {
    {
        .compatible = "ti,omap4-i2c",
        .data = &omap4_pdata,
    },
    {
        .compatible = "ti,omap3-i2c",
        .data = &omap3_pdata,
    },
    { },
};

通过在查阅相关dts，不难发现有这样的设备节点存在：

     i2c0: i2c@44e0b000 {
         compatible = "ti,omap4-i2c";
         #address-cells = <1>;
         #size-cells = <0>;
         ti,hwmods = "i2c1"; /* TODO: Fix hwmod */
         reg = <0x44e0b000 0x1000>;
         interrupts = <70>;
         status = "disabled";
     };  

     i2c1: i2c@4802a000 {
         compatible = "ti,omap4-i2c";
         #address-cells = <1>;
         #size-cells = <0>;
         ti,hwmods = "i2c2"; /* TODO: Fix hwmod */
         reg = <0x4802a000 0x1000>;
         interrupts = <71>;
         status = "disabled";
     };  

     i2c2: i2c@4819c000 {
         compatible = "ti,omap4-i2c";
         #address-cells = <1>;
         #size-cells = <0>;
         ti,hwmods = "i2c3"; /* TODO: Fix hwmod */
         reg = <0x4819c000 0x1000>;
         interrupts = <30>;
         status = "disabled";
     };

通过查阅AM3359手册168页的内存映射表可以发现，这个dts所描述的3个I2C总线节点是与AM3359完全对应的，而名称（即compatible）也与驱动中所指定的列表项能够匹配。至于中断号的确定可通过手册的212页TABLE 6-1. ARM Cortex-A8 Interrupts得到，这里不再贴图，关于DTS的相关知识也非本问涉及，不做介绍。

下面重点分析此驱动的probe及电源管理。

匹配动作probe

由于DTS的存在，一旦内核检测到匹配的Device Tree节点就会触发probe匹配动作（因为DTS节省了对原本platform_device在板级代码中的存在）。由于probe函数内容较多，此处部分节选：

static int
omap_i2c_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct omap_i2c_dev    *dev;
    struct i2c_adapter    *adap;
    struct resource        *mem;
    const struct omap_i2c_bus_platform_data *pdata =
        pdev->dev.platform_data;
    struct device_node    *node = pdev->dev.of_node;
    const struct of_device_id *match;
    int irq;
    int r;
    u32 rev;
    u16 minor, major, scheme;
    struct pinctrl *pinctrl;

    /* NOTE: driver uses the static register mapping */
    mem = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);  //对应DTS中reg
    if (!mem) {
        dev_err(&pdev->dev, "no mem resource?\n");
        return -ENODEV;
    }

    irq = platform_get_irq(pdev, 0);  //对应DTS中interrupts
    if (irq < 0) {
        dev_err(&pdev->dev, "no irq resource?\n");
        return irq;
    }

    dev = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(struct omap_i2c_dev), GFP_KERNEL);
    if (!dev) {
        dev_err(&pdev->dev, "Menory allocation failed\n");
        return -ENOMEM;
    }

    dev->base = devm_request_and_ioremap(&pdev->dev, mem);  //做内存和IO映射
    if (!dev->base) {
        dev_err(&pdev->dev, "I2C region already claimed\n");
        return -ENOMEM;
    }

    match = of_match_device(of_match_ptr(omap_i2c_of_match), &pdev->dev);  //通过DTS进行匹配
    if (match) {
        u32 freq = 100000; /* default to 100000 Hz */

        pdata = match->data;
        dev->flags = pdata->flags;

        of_property_read_u32(node, "clock-frequency", &freq);  
        /* convert DT freq value in Hz into kHz for speed */
        dev->speed = freq / 1000;  //若成功匹配则设置I2C总线适配器速度为clock-frequency的数值
    } else if (pdata != NULL) {
        dev->speed = pdata->clkrate;  //若没匹配成功，而又有pdata（即通过传统方式注册platform_device）
        dev->flags = pdata->flags;
        dev->set_mpu_wkup_lat = pdata->set_mpu_wkup_lat;
    }

rev = __raw_readw(dev->base + 0x04);  //读取I2C_REVNB_HI寄存器

/*
* #define OMAP_I2C_SCHEME(rev)        ((rev & 0xc000) >> 14)
* 对应spec中描述：4244页，15-14位SCHEME，只读。
*/
    scheme = OMAP_I2C_SCHEME(rev);  
    switch (scheme) {
    case OMAP_I2C_SCHEME_0:
        dev->regs = (u8 *)reg_map_ip_v1;
        dev->rev = omap_i2c_read_reg(dev, OMAP_I2C_REV_REG);
        minor = OMAP_I2C_REV_SCHEME_0_MAJOR(dev->rev);
        major = OMAP_I2C_REV_SCHEME_0_MAJOR(dev->rev);
        break;
    case OMAP_I2C_SCHEME_1:
        /* FALLTHROUGH */
    default:
        dev->regs = (u8 *)reg_map_ip_v2;
        rev = (rev << 16) |
            omap_i2c_read_reg(dev, OMAP_I2C_IP_V2_REVNB_LO);
        minor = OMAP_I2C_REV_SCHEME_1_MINOR(rev);
        major = OMAP_I2C_REV_SCHEME_1_MAJOR(rev);
        dev->rev = rev;
    }

上述代码为版本判断，根据不同版本确定不同的寄存器地图。根据spec能够确定，实际AM3359的I2C总线适配器应该是OMAP_I2C_SCHEME_1类型，其寄存器地图为reg_map_ip_v2：

static const u8 reg_map_ip_v2[] = {
    [OMAP_I2C_REV_REG] = 0x04,
    [OMAP_I2C_IE_REG] = 0x2c,
    [OMAP_I2C_STAT_REG] = 0x28,
    [OMAP_I2C_IV_REG] = 0x34,
    [OMAP_I2C_WE_REG] = 0x34,
    [OMAP_I2C_SYSS_REG] = 0x90,
    [OMAP_I2C_BUF_REG] = 0x94,
    [OMAP_I2C_CNT_REG] = 0x98,
    [OMAP_I2C_DATA_REG] = 0x9c,
    [OMAP_I2C_SYSC_REG] = 0x10,
    [OMAP_I2C_CON_REG] = 0xa4,
    [OMAP_I2C_OA_REG] = 0xa8,
    [OMAP_I2C_SA_REG] = 0xac,
    [OMAP_I2C_PSC_REG] = 0xb0,
    [OMAP_I2C_SCLL_REG] = 0xb4,
    [OMAP_I2C_SCLH_REG] = 0xb8,
    [OMAP_I2C_SYSTEST_REG] = 0xbC,
    [OMAP_I2C_BUFSTAT_REG] = 0xc0,
    [OMAP_I2C_IP_V2_REVNB_LO] = 0x00,
    [OMAP_I2C_IP_V2_REVNB_HI] = 0x04,
    [OMAP_I2C_IP_V2_IRQSTATUS_RAW] = 0x24,
    [OMAP_I2C_IP_V2_IRQENABLE_SET] = 0x2c,
    [OMAP_I2C_IP_V2_IRQENABLE_CLR] = 0x30,
};

与spec能够对应上。不过这个列表不是根据寄存器地址排序的，是根据：

enum {
    OMAP_I2C_REV_REG = 0,
    OMAP_I2C_IE_REG,
    OMAP_I2C_STAT_REG,
    OMAP_I2C_IV_REG,
    OMAP_I2C_WE_REG,
    OMAP_I2C_SYSS_REG,
    OMAP_I2C_BUF_REG,
    OMAP_I2C_CNT_REG,
    OMAP_I2C_DATA_REG,
    OMAP_I2C_SYSC_REG,
    OMAP_I2C_CON_REG,
    OMAP_I2C_OA_REG,
    OMAP_I2C_SA_REG,
    OMAP_I2C_PSC_REG,
    OMAP_I2C_SCLL_REG,
    OMAP_I2C_SCLH_REG,
    OMAP_I2C_SYSTEST_REG,
    OMAP_I2C_BUFSTAT_REG,
    /* only on OMAP4430 */
    OMAP_I2C_IP_V2_REVNB_LO,
    OMAP_I2C_IP_V2_REVNB_HI,
    OMAP_I2C_IP_V2_IRQSTATUS_RAW,
    OMAP_I2C_IP_V2_IRQENABLE_SET,
    OMAP_I2C_IP_V2_IRQENABLE_CLR,
};

共计23个寄存器。接下来是获取FIFO信息：

if (!(dev->flags & OMAP_I2C_FLAG_NO_FIFO)) {
u16 s;

    /*
    * OMAP_I2C_BUFSTAT_REG对应寄存器地图中的寄存器0xc0，即I2C_BUFSTAT寄存器。
    * 其第14~15位代表FIFO大小：0x0-8字节，0x1-16字节，0x2-32字节，0x3-64字节，只读寄存器。
    * 改变RX/TX FIFO可通过改写I2C_BUF 0x94寄存器
    */
        s = (omap_i2c_read_reg(dev, OMAP_I2C_BUFSTAT_REG) >> 14) & 0x3;
        dev->fifo_size = 0x8 << s;
        dev->fifo_size = (dev->fifo_size / 2);  //折半是为了处理潜在事件    
    }

接下来是对I2C适配器的初始化：

/* reset ASAP, clearing any IRQs */ //尽快重置，清除所有中断位
omap_i2c_init(dev);

进入此函数后在对具体硬件操作前还进行了时钟的相关计算，由于代码比较冗长，这里直接根据实际情况提炼出部分代码进行分析：

static int omap_i2c_init(struct omap_i2c_dev *dev)
{
u16 psc = 0, scll = 0, sclh = 0;
u16 fsscll = 0, fssclh = 0, hsscll = 0, hssclh = 0;
unsigned long fclk_rate = 12000000;  //12MHz
unsigned long internal_clk = 0;
struct clk *fclk;
if (!(dev->flags & OMAP_I2C_FLAG_SIMPLE_CLOCK)) {
//上边的代码中表示过，默认为100KHz。即标准模式，而此I2C适配器只能支持标准和快速，对于高速模式并不支持
        internal_clk = 4000;
    fclk = clk_get(dev->dev, "fck");
    fclk_rate = clk_get_rate(fclk) / 1000;
    clk_put(fclk);

    /* Compute prescaler divisor */
    psc = fclk_rate / internal_clk;  //计算分频器系数，0~0xff表示1倍到256倍
    psc = psc - 1;
/*
* SCLL为SCL低电平设置，持续时间tROW = (SCLL + 7) * ICLK，即SCLL = tROW / ICLK - 7
* SCLH为SCL高电平设置，持续时间tHIGH= (SCLH + 5) * ICLK，即SCLH = tHIGH/ ICLK - 5
*/
        /* Standard mode */
        fsscll = internal_clk / (dev->speed * 2) - 7;
        fssclh = internal_clk / (dev->speed * 2) - 5;

    scll = (hsscll << OMAP_I2C_SCLL_HSSCLL) | fsscll;
    sclh = (hssclh << OMAP_I2C_SCLH_HSSCLH) | fssclh;
}
dev->iestate = (OMAP_I2C_IE_XRDY | OMAP_I2C_IE_RRDY |
        OMAP_I2C_IE_ARDY | OMAP_I2C_IE_NACK |
        OMAP_I2C_IE_AL)  | ((dev->fifo_size) ?
            (OMAP_I2C_IE_RDR | OMAP_I2C_IE_XDR) : 0);  //设置传输数据相关中断位

dev->pscstate = psc;
dev->scllstate = scll;
dev->sclhstate = sclh;

__omap_i2c_init(dev);

return 0;
}

对一些最后的必要参数计算或匹配完后，通过最终的__omap_i2c_init(dev)进行最后的写入：

static void __omap_i2c_init(struct omap_i2c_dev *dev)
{
    omap_i2c_write_reg(dev, OMAP_I2C_CON_REG, 0);  //重置控制器

    /* Setup clock prescaler to obtain approx 12MHz I2C module clock: */
    omap_i2c_write_reg(dev, OMAP_I2C_PSC_REG, dev->pscstate);  //设置分频器参数

    /* SCL low and high time values */
    omap_i2c_write_reg(dev, OMAP_I2C_SCLL_REG, dev->scllstate); //设置SCL高低电平参数
    omap_i2c_write_reg(dev, OMAP_I2C_SCLH_REG, dev->sclhstate);
    if (dev->rev >= OMAP_I2C_REV_ON_3430_3530)
        omap_i2c_write_reg(dev, OMAP_I2C_WE_REG, dev->westate);

    /* Take the I2C module out of reset: */
    omap_i2c_write_reg(dev, OMAP_I2C_CON_REG, OMAP_I2C_CON_EN);  //使能I2C适配器

    /*
     * Don‘t write to this register if the IE state is 0 as it can
     * cause deadlock.
     */
    if (dev->iestate)
        omap_i2c_write_reg(dev, OMAP_I2C_IE_REG, dev->iestate);  //设置中断使能位
}

到这里硬件模块的初始化工作就全部完成了。接下来继续，包含了中断处理程序注册、适配器注册等。

r = devm_request_threaded_irq(&pdev->dev, dev->irq,
            omap_i2c_isr, omap_i2c_isr_thread,
            IRQF_NO_SUSPEND | IRQF_ONESHOT,
            pdev->name, dev);
//申请中断，并安装相应的handle及中断工作线程（主要包含传输工作）

if (r) {
    dev_err(dev->dev, "failure requesting irq %i\n", dev->irq);
    goto err_unuse_clocks;
}

adap = &dev->adapter; //开始准备适配器的注册工作
i2c_set_adapdata(adap, dev);  //之前设置、计算的那些参数不能丢掉，要保存在adapter的dev->p->driver_data中。
adap->owner = THIS_MODULE;
adap->class = I2C_CLASS_HWMON;
strlcpy(adap->name, "OMAP I2C adapter", sizeof(adap->name));
adap->algo = &omap_i2c_algo;  //此适配器的通讯算法
adap->dev.parent = &pdev->dev;
adap->dev.of_node = pdev->dev.of_node;

/* i2c device drivers may be active on return from add_adapter() */
adap->nr = pdev->id;  //指定总线号
r = i2c_add_numbered_adapter(adap);  //注册适配器

of_i2c_register_devices(adap); //注册在DTS中声明的I2C设备

至此此I2C适配器成功注册，属于他的I2C设备也即将通过注册。稍做休息，然后分析最最重要的adapter->algo成员。

static const struct i2c_algorithm omap_i2c_algo = {
    .master_xfer    = omap_i2c_xfer,
    .functionality    = omap_i2c_func,
};

先看简单的功能查询接口函数：

static u32
omap_i2c_func(struct i2c_adapter *adap)
{
    return I2C_FUNC_I2C | (I2C_FUNC_SMBUS_EMUL & ~I2C_FUNC_SMBUS_QUICK) |
           I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING;
}

支持I2C、支持仿真SMBUS但不支持快速协议、支持协议编码（自定义协议）。在分析master_xfer成员前先熟悉一下i2c_msg的数据结构：

struct i2c_msg {
    __u16 addr;    /* slave address            */
    __u16 flags;
#define I2C_M_TEN        0x0010    /* this is a ten bit chip address */  //10bit从地址
#define I2C_M_RD        0x0001    /* read data, from slave to master */  //读数据
/*
* 相关资料 https://www.kernel.org/doc/Documentation/i2c/i2c-protocol
*/
#define I2C_M_STOP        0x8000    /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */  //每个消息后都会带有一个STOP位
#define I2C_M_NOSTART        0x4000    /* if I2C_FUNC_NOSTART */ //多消息传输，在第二个消息前设置此位
#define I2C_M_REV_DIR_ADDR    0x2000    /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */ //切换读写标志位
#define I2C_M_IGNORE_NAK    0x1000    /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */ //no ACK位会被视为ACK
#define I2C_M_NO_RD_ACK        0x0800    /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */  //读消息时候，主设备的ACK/no ACK位会被忽略
#define I2C_M_RECV_LEN        0x0400    /* length will be first received byte */
    __u16 len;        /* msg length                */
    __u8 *buf;        /* pointer to msg data            */
};

• addr即从设备地址
• flags可以控制数据、协议格式等
• len代表消息产股的
• buf是指向所传输数据的指针

下面介绍AM3359 I2C适配器的传输机制：

static int
omap_i2c_xfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg msgs[], int num)
{
    struct omap_i2c_dev *dev = i2c_get_adapdata(adap);
    int i;
    int r;

    r = pm_runtime_get_sync(dev->dev);
    if (IS_ERR_VALUE(r))
        goto out;

    r = omap_i2c_wait_for_bb(dev);  //通过读取寄存器I2C_IRQSTATUS的12位BB查询总线状态，等待总线空闲
    if (r < 0)
        goto out;

    if (dev->set_mpu_wkup_lat != NULL)
        dev->set_mpu_wkup_lat(dev->dev, dev->latency);

    for (i = 0; i < num; i++) {
        r = omap_i2c_xfer_msg(adap, &msgs[i], (i == (num - 1)));  //传输消息，最后一条消息接STOP位
        if (r != 0)
            break;
    }

    if (r == 0)
        r = num;

    omap_i2c_wait_for_bb(dev);    
out:
    pm_runtime_mark_last_busy(dev->dev);
    pm_runtime_put_autosuspend(dev->dev);
    return r;
}

omap_i2c_xfer_msg比较长，让我们慢慢分析：

static int omap_i2c_xfer_msg(struct i2c_adapter *adap,
                 struct i2c_msg *msg, int stop)
{
    struct omap_i2c_dev *dev = i2c_get_adapdata(adap);
    unsigned long timeout;
    u16 w;

    dev_dbg(dev->dev, "addr: 0x%04x, len: %d, flags: 0x%x, stop: %d\n",
        msg->addr, msg->len, msg->flags, stop);

    if (msg->len == 0)  //无效长度检测
        return -EINVAL;

    dev->receiver = !!(msg->flags & I2C_M_RD);  //判断是否为读取数据，若是则为receiver模式
    omap_i2c_resize_fifo(dev, msg->len, dev->receiver);  //根据所需发送/接收数据调整并清空对应FIFO，操作I2C_BUF寄存器0x94
//14位，清除接收FIFO，13~8位设置接收FIFO大小，最大64字节
//6位，清除发送FIFO，0~5位设置发送FIFO大小，最大64字节

    omap_i2c_write_reg(dev, OMAP_I2C_SA_REG, msg->addr);  //写入从地址

    /* REVISIT: Could the STB bit of I2C_CON be used with probing? */
    dev->buf = msg->buf; //组装消息
    dev->buf_len = msg->len;

    /* make sure writes to dev->buf_len are ordered */
    barrier();

    omap_i2c_write_reg(dev, OMAP_I2C_CNT_REG, dev->buf_len);  //写入消息数量

    /* Clear the FIFO Buffers */
    w = omap_i2c_read_reg(dev, OMAP_I2C_BUF_REG);
    w |= OMAP_I2C_BUF_RXFIF_CLR | OMAP_I2C_BUF_TXFIF_CLR;
    omap_i2c_write_reg(dev, OMAP_I2C_BUF_REG, w);  //依然是清除FIFO，在omap_i2c_resize_fifo中只清除了RX/TX之一，由dev->receiver决定

    INIT_COMPLETION(dev->cmd_complete);  //初始化等待量，是为中断处理线程准备的
    dev->cmd_err = 0;  //清空错误码

    w = OMAP_I2C_CON_EN | OMAP_I2C_CON_MST | OMAP_I2C_CON_STT;  //使能I2C适配器，并设置master模式，产生开始位。即S-A-D
/* S开始位，A从地址，D数据，P停止位。在I2C适配器发送数据时的序列为：
* S-A-D-(n)-P
* 而即便是I2C适配器从从设备中读取数据，其协议头也是一样的，之后后续发生改变：
* S-A-D-S-A-D-P 关于读写方向，一包含在A中。所以无论是读还是写，第一个S-A-D都会有的。
*/
    /* High speed configuration */
    if (dev->speed > 400)
        w |= OMAP_I2C_CON_OPMODE_HS;

    if (msg->flags & I2C_M_STOP)
        stop = 1;
    if (msg->flags & I2C_M_TEN) //10bit从地址扩展
        w |= OMAP_I2C_CON_XA;
    if (!(msg->flags & I2C_M_RD))
        w |= OMAP_I2C_CON_TRX;  //设置是发送、接收模式

    if (!dev->b_hw && stop)  //在传输最后生成一个STOP位，若flags设置了I2C_M_STOP则每一个消息后都要跟一个STOP位（真的有这样的从设备需求）
        w |= OMAP_I2C_CON_STP;

    omap_i2c_write_reg(dev, OMAP_I2C_CON_REG, w);  //通过设置I2C_CON寄存器初始化一次传输，此处后进入中断程序

    /*
     * Don‘t write stt and stp together on some hardware.
     */
    if (dev->b_hw && stop) {
        unsigned long delay = jiffies + OMAP_I2C_TIMEOUT;
        u16 con = omap_i2c_read_reg(dev, OMAP_I2C_CON_REG);
        while (con & OMAP_I2C_CON_STT) {
            con = omap_i2c_read_reg(dev, OMAP_I2C_CON_REG);

            /* Let the user know if i2c is in a bad state */
            if (time_after(jiffies, delay)) {
                dev_err(dev->dev, "controller timed out "
                "waiting for start condition to finish\n");
                return -ETIMEDOUT;
            }
            cpu_relax();
        }

        w |= OMAP_I2C_CON_STP;
        w &= ~OMAP_I2C_CON_STT;
        omap_i2c_write_reg(dev, OMAP_I2C_CON_REG, w);  //写停止位
    }

    /*
     * REVISIT: We should abort the transfer on signals, but the bus goes
     * into arbitration and we‘re currently unable to recover from it.
     */
    timeout = wait_for_completion_timeout(&dev->cmd_complete,
                        OMAP_I2C_TIMEOUT); //等待中断处理完成
    if (timeout == 0) {
        dev_err(dev->dev, "controller timed out\n");
        omap_i2c_reset(dev);
        __omap_i2c_init(dev);
        return -ETIMEDOUT;
    }

    if (likely(!dev->cmd_err))  //下边是一些错误处理，错误码会在中断处理中出错的时候配置上
        return 0;

    /* We have an error */
    if (dev->cmd_err & (OMAP_I2C_STAT_AL | OMAP_I2C_STAT_ROVR |
                OMAP_I2C_STAT_XUDF)) {
        omap_i2c_reset(dev);
        __omap_i2c_init(dev);
        return -EIO;
    }

    if (dev->cmd_err & OMAP_I2C_STAT_NACK) {
        if (msg->flags & I2C_M_IGNORE_NAK)
            return 0;
        if (stop) {
            w = omap_i2c_read_reg(dev, OMAP_I2C_CON_REG);
            w |= OMAP_I2C_CON_STP;
            omap_i2c_write_reg(dev, OMAP_I2C_CON_REG, w);
        }
        return -EREMOTEIO;
    }
    return -EIO;
}

可见，这里只是对消息的发送、接收做了前期的初始化以及扫尾工作，关键在于中断如何处理：

static irqreturn_t
omap_i2c_isr(int irq, void *dev_id)
{
    struct omap_i2c_dev *dev = dev_id;
    irqreturn_t ret = IRQ_HANDLED;
    u16 mask;
    u16 stat;

    spin_lock(&dev->lock);
    mask = omap_i2c_read_reg(dev, OMAP_I2C_IE_REG);
    stat = omap_i2c_read_reg(dev, OMAP_I2C_STAT_REG);

    if (stat & mask)  //检验中断是否有效，若有效则开启中断线程
        ret = IRQ_WAKE_THREAD;

    spin_unlock(&dev->lock);

    return ret;
}

接下来进入I2C适配器的中断处理线程：

static irqreturn_t
omap_i2c_isr_thread(int this_irq, void *dev_id)
{
    struct omap_i2c_dev *dev = dev_id;
    unsigned long flags;
    u16 bits;
    u16 stat;
    int err = 0, count = 0;

    spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);
    do {
        bits = omap_i2c_read_reg(dev, OMAP_I2C_IE_REG);
        stat = omap_i2c_read_reg(dev, OMAP_I2C_STAT_REG);
        stat &= bits;  //IRQ status和使能寄存器基本是一一对应的（除部分保留位）

        /* If we‘re in receiver mode, ignore XDR/XRDY */ //根据不同模式自动忽略对应寄存器
        if (dev->receiver)
            stat &= ~(OMAP_I2C_STAT_XDR | OMAP_I2C_STAT_XRDY);
        else
            stat &= ~(OMAP_I2C_STAT_RDR | OMAP_I2C_STAT_RRDY);

        if (!stat) {
            /* my work here is done */
            goto out;
        }  //过滤一圈下来发现白扯了~Orz

        dev_dbg(dev->dev, "IRQ (ISR = 0x%04x)\n", stat);
        if (count++ == 100) {  //一次中断可能带有多个事件，如事件过多（100个）直接放弃……
            dev_warn(dev->dev, "Too much work in one IRQ\n");
            break;
        }

        if (stat & OMAP_I2C_STAT_NACK) {  //收到NO ACK位
            err |= OMAP_I2C_STAT_NACK;
            omap_i2c_ack_stat(dev, OMAP_I2C_STAT_NACK);  //记录错误码，清空此位
            break;
        }

        if (stat & OMAP_I2C_STAT_AL) { //在发送模式中，丢失Arbitration后自动置位
            dev_err(dev->dev, "Arbitration lost\n");
            err |= OMAP_I2C_STAT_AL;
            omap_i2c_ack_stat(dev, OMAP_I2C_STAT_AL);
            break;
        }

        /*
         * ProDB0017052: Clear ARDY bit twice
         */
        if (stat & (OMAP_I2C_STAT_ARDY | OMAP_I2C_STAT_NACK |
                    OMAP_I2C_STAT_AL)) {
            omap_i2c_ack_stat(dev, (OMAP_I2C_STAT_RRDY |
                        OMAP_I2C_STAT_RDR |
                        OMAP_I2C_STAT_XRDY |
                        OMAP_I2C_STAT_XDR |
                        OMAP_I2C_STAT_ARDY));
            break;
        }
    //接收数据，不过我没太弄懂RDR和RRDY的关系，应该是一个是FIFO中的数据，一个不是。有高手请帮解读下，不胜感激。
        if (stat & OMAP_I2C_STAT_RDR) {  //RDR有效
            u8 num_bytes = 1;

            if (dev->fifo_size)
                num_bytes = dev->buf_len;

            omap_i2c_receive_data(dev, num_bytes, true); //从I2C_DATA寄存器中读取接收到的数据

            if (dev->errata & I2C_OMAP_ERRATA_I207)
                i2c_omap_errata_i207(dev, stat);

            omap_i2c_ack_stat(dev, OMAP_I2C_STAT_RDR);
            continue;
        }

        if (stat & OMAP_I2C_STAT_RRDY) {  //有新消息待读
            u8 num_bytes = 1;

            if (dev->threshold)
                num_bytes = dev->threshold;

            omap_i2c_receive_data(dev, num_bytes, false);  //接收数据
            omap_i2c_ack_stat(dev, OMAP_I2C_STAT_RRDY);
            continue;
        }
    //发送数据相关
        if (stat & OMAP_I2C_STAT_XDR) {
            u8 num_bytes = 1;
            int ret;

            if (dev->fifo_size)
                num_bytes = dev->buf_len;

            ret = omap_i2c_transmit_data(dev, num_bytes, true);  //将数据写入I2C_DATA寄存器
            if (ret < 0)
                break;

            omap_i2c_ack_stat(dev, OMAP_I2C_STAT_XDR);
            continue;
        }

        if (stat & OMAP_I2C_STAT_XRDY) {
            u8 num_bytes = 1;
            int ret;

            if (dev->threshold)
                num_bytes = dev->threshold;

            ret = omap_i2c_transmit_data(dev, num_bytes, false);
            if (ret < 0)
                    break;

            omap_i2c_ack_stat(dev, OMAP_I2C_STAT_XRDY);
            continue;
        }

        if (stat & OMAP_I2C_STAT_ROVR) { //接收溢出
            dev_err(dev->dev, "Receive overrun\n");
            err |= OMAP_I2C_STAT_ROVR;
            omap_i2c_ack_stat(dev, OMAP_I2C_STAT_ROVR);
            break;
        }

        if (stat & OMAP_I2C_STAT_XUDF) { //发送溢出
            dev_err(dev->dev, "Transmit underflow\n");
            err |= OMAP_I2C_STAT_XUDF;
            omap_i2c_ack_stat(dev, OMAP_I2C_STAT_XUDF);
            break;
        }
    } while (stat);

    omap_i2c_complete_cmd(dev, err);  //通知传输函数完成（可以写STOP位了），并带回错误码

out:
    spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);

    return IRQ_HANDLED;
}

到这里就分析完AM3359的I2C总线适配器的消息传输算法了。关于RDR/RRDY和XDR/XRDY的困惑之后我会去自己分辨，如果有了新的理解会及时更新。若有大牛路过，也希望对此给予指点一二。

总结：

通过对AM3359集成的I2C总线适配器的驱动分析，可以看到对于适配器驱动来说，需要包含一下几点：

• 电源管理
• 初始化（时钟、中断等参数设置）
• 消息传输算法实现

其中最复杂，也最重要的模块就是传输算法的实现，虽然模式中主要就是两种（master/slave），但是对中断状态的检测尤为重要，而且其中还要有必要的判错防御代码来保证在出现异常的情况下I2C适配器能够自矫正进而继续正常工作。

Linux I2C设备驱动编写（三）-实例分析AM3359

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