ARM linux kernel gpio模擬I2C

(翻譯文章)
出處：http://blog.csdn.net/zhenwenxian/archive/2011/03/24/6272893.aspx

gpio模擬I2C

    I2C是由 Philips公司發明的一種串行數據通信協議，僅使用兩根信號線：SerialClock（簡稱SCL）和SerialData（簡稱SDA）。I2C 是總線結構，1個Master，1個或多個Slave，各Slave設備以7位地址區分，地址後面再跟1位讀寫位，表示讀（=1）或者寫（=0），所以我 們有時也可看到8位形式的設備地址，此時每個設備有讀、寫兩個地址，高7位地址其實是相同的。
I2C數據格式如下：
      無數據：SCL=1，SDA=1；
      開始位（Start）：當SCL=1時，SDA由1向0跳變；
      停止位（Stop）：當SCL=1時，SDA由0向1跳變；
      數據位：當SCL由0向1跳變時，由發送方控制SDA，此時SDA為有效數據，不可隨意改變SDA；
      當SCL保持為0時，SDA上的數據可隨意改變；
      地址位：定義同數據位，但只由Master發給Slave；
      應答位（ACK）：當發送方傳送完8位時，發送方釋放SDA，由接收方控制SDA，且SDA=0；
      否應答位（NACK）：當發送方傳送完8位時，發送方釋放SDA，由接收方控制SDA，且SDA=1。
當數據為單字節傳送時，格式為：
      開始位，8位地址位（含1位讀寫位），ACK，8位數據，ACK，停止位。
當數據為一串字節傳送時，格式為：
      開始位，8位地址位（含1位讀寫位），ACK，8位數據，應答，8位數據，ACK，……，8位數據，ACK，停止位。
需要注意的是：

1. SCL一直由Master控制，SDA依照數據傳送的方向，讀數據時由Slave控制SDA，寫數據時由Master控制SDA。當8位數據傳送完畢之後，應答位或者否應答位的SDA控制權與數據位傳送時相反。
2. 開始位「Start」和停止位「Stop」，只能由Master來發出。
3. 地址的8位傳送完畢後，成功配置地址的Slave設備必須發送「ACK」。否則否則一定時間之後Master視為超時，將放棄數據傳送，發送「Stop」。
4. 當寫數據的時候，Master每發送完8個數據位，Slave設備如果還有空間接受下一個字節應該回答「ACK」，Slave設備如果沒有空間接受更 多的字節應該回答「NACK」，Master當收到「NACK」或者一定時間之後沒收到任何數據將視為超時，此時Master放棄數據傳送，發送 「Stop」。
5. 當讀數據的時候，Slave設備每發送完8個數據位，如果Master希望繼續讀下一個字節，Master應該回答「ACK」以提示Slave準備下 一個數據，如果Master不希望讀取更多字節，Master應該回答「NACK」以提示Slave設備準備接收Stop信號。
6. 當Master速度過快Slave端來不及處理時，Slave設備可以拉低SCL不放（SCL=0將發生「線與」）以阻止Master發送更多的數據。此時Master將視情況減慢或結束數據傳送。

     在實際應用中，並沒有強制規定數據接收方必須對於發送的8位數據做出回應，尤其是在Master和Slave端都是用GPIO軟件模擬的方法來實現的情況下，編程者可以事先約定數據傳送的長度，不發送ACK，有時可以起到減少系統開銷的效果。開發的過程當中，開發板上的I2C總線有限，如果I2C設備太多的話，就需要用GPIO模擬I2C來解決了。

 例子1
1，kernel\arch\arm\mach-pxa\board-test.c 增加
/* i2c */
static struct i2c_gpio_platform_data i2c_bus_data = {
 .sda_pin = VIPER_RTC_I2C_SDA_GPIO,
 .scl_pin = VIPER_RTC_I2C_SCL_GPIO,
 .udelay  = 10,
 .timeout = 100,
};


static struct platform_device i2c_bus_device = {
 .name  = "i2c-gpio",
 .id  = 1, /* pxa2xx-i2c is bus 0, so start at 1 */
 .dev = {
  .platform_data = &i2c_bus_data,
 }
};


static struct i2c_board_info __initdata viper_i2c_devices[] = {
 {
  I2C_BOARD_INFO("ds1338", 0x68),
 },
};


第一個結構體中sda_pin和scl_pin是開發板上對應的gpio口 （data線和clock線），udelay是與具體芯片時鐘相關的參數，需要參考具體的datasheet。下面的兩個open_drain是表明兩個 管腳是否是開漏電路，如果是則填1，否則填0。下面一個機構體中需要注意name應該填寫i2c-gpio，另外id要注意設定為2，因為系統當中已經有 兩個I2C設備了。




添加上需要的頭文件：#include <linux/i2c-gpio.h>。在頭文件devices.h中添加上設備結構體的聲明，extern struct platform_device gpio_device_i2c;
然後將gpio_device_i2c放在board-XXXX.c的數組devices中，形式請參考該數組中其他的設備。   
static struct platform_device *viper_devs[] __initdata = {
 &smc91x_device,
 &i2c_bus_device,    ///////////////////////////////////////////
 &serial_device,
 &isp116x_device,
 &viper_mtd_devices[0],
 &viper_mtd_devices[1],
 &viper_backlight_device,
};


 static void __init viper_init(void)
{
；
；
；
 i2c_register_board_info(1, ARRAY_AND_SIZE(viper_i2c_devices));
;
}

然後再用i2c_register_board_info對其進行註冊：   

i2c_register_board_info(2, i2c_gpio_devices, ARRAY_SIZE(i2c_gpio_devices));   
這樣就完成了模擬步驟，可以直接用系統的I2C相關的註冊等方法對設備進行註冊和讀寫操作。 



 例子2
static struct i2c_gpio_platform_data ep93xx_i2c_data = {
 .sda_pin  = EP93XX_GPIO_LINE_EEDAT,
 .sda_is_open_drain = 0,
 .scl_pin  = EP93XX_GPIO_LINE_EECLK,
 .scl_is_open_drain = 0,
 .udelay   = 2,
};
static struct platform_device ep93xx_i2c_device = {
 .name   = "i2c-gpio",
 .id   = 0,
 .dev.platform_data = &ep93xx_i2c_data,
};
void __init ep93xx_register_i2c(struct i2c_board_info *devices, int num)
{
 i2c_register_board_info(0, devices, num);
 platform_device_register(&ep93xx_i2c_device);
}