[Linux] Build Linux i2c-gpio module 標準Linux i2c interface[bit-banging]

I2C是在IC之間，常被使用的data bus，而在目前的MCU之中，很多時候都會用GPIO來做模擬，也稱作bit-banging，而且Linux kernel也有support這個部分的driver，以下為研究的小心得：

詳細的I2C protocol可以參考

http://www.takobear.tw/201702608526356260322804024687/bear-i2c1

http://zh.wikipedia.org/wiki/I%C2%B2C

這次的I2C detail information:

7 bits address / not open-drain / 100kHz

實作流程

1.增加"ARCH_REQUIRE_GPIOLIB"選項來support I2C & GPIO

\arch\mips\Kconfig

config  MACH_XXXX <---根據板子MUC chip及指令集

        select ARCH_REQUIRE_GPIOLIB   <--- 增加此選項，讓硬體support GPIOLIB

2.然後就會在menuconfig的Device Drivers選項中，看到GPIO Support的選項

3.選擇I2C Support，進去後就會看到有I2C Hardware Bus support中有了GPIO_based bitbanging I2C的選項了

設定完之後，就把Linux kernel的I2C & GPIO support給enable了，在build kernel就可以把這部分給編譯進去使用。

4.整個i2c-gpio driver的架構

i2c-core.c à i2c-algo-bit.c à i2c-gpio.c à gpiolib.c

i2c的standard function都定義在i2c-core.c的檔案中，其中用來傳輸的是i2c_master_send，宜路往下追會發現根據設定的algo不同，最後會呼叫連結到master_xfer的function來做傳送，以此次的例子對應到的是在i2c-algo-bit.c之中的bit_xfer()來傳送data，在這之中定義了getsda()、getscl()、setsda()和setscl()，來控制I2C的SCL和SDA的動作，完成I2C的data傳送。

然後往下還可以發現，採用i2c-gpio.c來實作時，一開始i2c-gpio dreiver註冊的時候，就有i2c-g[op_probe，定義了getsda()、getscl()、setsda()和setscl()這四個function的連結對應到i2c_gpio_setsda_dir()和i2c_gpio_setscl_dir() [這部分會根據一開始設定的sda_is_open_drain & scl_is_open_drain的結果連結到不同的function定義]。最後再往下trace，就會看到i2c_gpio_setsda_dir()和i2c_gpio_setscl_dir()定義在gpiolib.c之中。

附註：在gpiolib.c之中的function，這次是根據所使用的MCU的gpio控制function來定義，而不是用Linux本身寫好的。

以此次的case來說，因為GPIO並不是open-drain的設計，GPIO設定output 0，i2c為high訊號；GPIO設定input，i2c為low訊號。因此在sda_is_open_drain & scl_is_open_drain這兩個部分都要設定為0。

5. Linux i2c gpio driver設定

把I2C platform_device add到linux

#if defined(CONFIG_I2C_GPIO)
static struct i2c_gpio_platform_data foo_i2c_data = {
    .sda_pin           = CHIP_I2C_SDA,
    .sda_is_open_drain = 0,
    .scl_pin            = CHIP_I2C_SCL,
    .scl_is_open_drain  = 0,
    .udelay                    = 5,          /* ~100 kHz */
};

static struct platform_device foo_i2c_device = {
    .name                      = "i2c-gpio",
    .id                    = -1,
    .dev.platform_data = &foo_i2c_data,
};
#endif

static struct platform_device *chip_platform_devices[] __initdata = {
#ifdef CONFIG_SERIAL_8250
    &chip_uart,
#endif
#if defined(CONFIG_I2C_GPIO)
    &foo_i2c_device,
#endif
    &chip_usb_ehci_device_1,
    &chip_usb_ehci_device_2,
#ifdef CONFIG_CHIP_HAS_PCI_EP
    &chip_pci_ep_device
#endif

};

int chip_platform_init(void)
{
    int ret;

#ifdef CONFIG_SERIAL_8250
    chip_uart_data[0].uartclk = chip_uart_freq;
#endif

    ret = platform_add_devices(chip_platform_devices,
    ARRAY_SIZE(chip_platform_devices));

    if (ret < 0) {
        printk("%s: failed %d\n", __func__, ret);
        return ret;
    }

    return 0;
}

開機後應該可以看到i2c device的訊息

接著試著來使用i2c_master_send來傳送data，寫一個kernel module來執行，其中slave的addr為0x70。

#include <linux/module.h> /* Needed by all modules */
#include <linux/kernel.h> /* Needed for KERN_INFO */
#include <linux/init.h> /* Needed for the macros */
#include <linux/proc_fs.h> /* Needed for the proc_entry */
#include <linux/uaccess.h> /* Needed for copy_from_user */
#include <linux/delay.h>

#if defined(CONFIG_I2C_GPIO)
#include <linux/i2c.h>
struct i2c_adapter *adap;
struct i2c_client *client;
struct i2c_board_info info;
unsigned char I2C_SLAVE_cmd[5];
#endif

int foo_i2c_init_module(void)
{
#if defined(CONFIG_I2C_GPIO)
    adap = i2c_get_adapter(0);
    if (!adap) {
        printk(KERN_INFO "can't get i2c_get_adapter\n");
    }

    memset(&info, 0, sizeof(info));
    strlcpy(info.type, "I2C_SLAVE", sizeof(info.type));
    info.addr = 0x70;


    /* Create the i2c client */
    client = i2c_new_device(adap, &info);
    if (client == NULL)
        printk(KERN_INFO "can't open i2c_new_device\n");


    I2C_SLAVE_cmd[0]=0xC0;
    I2C_SLAVE_cmd[1]=0x01;
    I2C_SLAVE_cmd[2]=0x00;
    I2C_SLAVE_cmd[3]=0x03;
    I2C_SLAVE_cmd[4]=0xE8;

    i2c_master_send(client, I2C_SLAVE_cmd, 5);
    mdelay(30);
#endif

    return 0;
}

最後i2c的結果

就可以看到i2c的訊號了，有任何問題歡迎討論！