Linux環(huán)境下基于I2C總線(xiàn)的EEPROM 驅動(dòng)程序

　?。病」ぷ髟砀攀?/FONT>

　　在介紹Ｉ２Ｃ總線(xiàn)結構之前。要搞清楚兩個(gè)概念：Ｉ２Ｃ總線(xiàn)控制器和Ｉ２Ｃ設備。Ｉ２Ｃ總線(xiàn)控制器為微控制器或微處理器提供控制Ｉ２Ｃ總線(xiàn)的接口，它控制所有Ｉ２Ｃ總線(xiàn)的特殊序列、協(xié)議、仲裁、時(shí)序，這里指ＭＰＣ８２５０提供的Ｉ２Ｃ總線(xiàn)控制接口。Ｉ２Ｃ設備是指通過(guò)Ｉ２Ｃ總線(xiàn)與微控制器或微處理器相連的設備，如ＥＥＰＲＯＭ、ＬＣＤ驅動(dòng)器等，這里指ＥＥＰＲＯＭ。

　　在一個(gè)串行數據通道中．Ｉ２Ｃ總線(xiàn)控制器可以配置成主模式或從模式。開(kāi)發(fā)過(guò)程中，ＭＰＣ８２５０的Ｉ２Ｃ總線(xiàn)控制器工作在主模式，作為主設備；與總線(xiàn)相連的Ｉ２Ｃ設備為ＡＴ２４Ｃ０１Ａ型ＥＥＰＲＯＭ，作為從設備。主設備和從設備都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài)?？偩€(xiàn)必須由主設備控制，主設備產(chǎn)生串行時(shí)鐘控制總線(xiàn)的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。

　?。玻薄。桑玻每偩€(xiàn)控制器

　?。桑玻檬褂糜纱袛祿€(xiàn)ＳＤＡ　和串線(xiàn)時(shí)鐘線(xiàn)ＳＣＬ組成的兩線(xiàn)結構來(lái)在外部集成電路與控制器之間交換數據。ＭＰＣ８２５０的Ｉ２Ｃ總線(xiàn)控制器包括發(fā)送和接收單元、一個(gè)獨立的波特率發(fā)生器和一個(gè)控制單元。發(fā)送和接收單元使用相同的時(shí)鐘信號，如果Ｉ２Ｃ為主設備．那么時(shí)鐘信號由Ｉ２Ｃ的波特率發(fā)生器產(chǎn)生；如果Ｉ２Ｃ為從設備，時(shí)鐘信號則由外部提供。

　?。樱模梁停樱茫虨殡p向的，通過(guò)外部＋３．３?。稚侠娮柽B接至正向電壓。當總線(xiàn)處于空閑狀態(tài)時(shí)，ＳＤＡ和ＳＣＬ都應是高電平，Ｉ２Ｃ通常的配置模式如圖１所示。

　　圖１?。桑玻门渲媚Ｊ?/FONT>

　?。桑玻玫慕邮蘸桶l(fā)送單元均為雙緩存，在數據發(fā)送時(shí)，數據從發(fā)送數據寄存器到移位寄存器，以時(shí)鐘速率輸出到ＳＤＡ線(xiàn)；在數據接收時(shí)，數據從ＳＤＡ線(xiàn)進(jìn)入移位寄存器，然后進(jìn)入接收寄存器。

　?。玻病。桑玻每偩€(xiàn)控制器和ＥＥＰＲＯＭ　的基本操作

　?。桑玻每偩€(xiàn)在傳送數據過(guò)程中共有３種類(lèi)型的信號，分別是：開(kāi)始信號、結束信號和應答信號。

　　開(kāi)始信號：ＳＣＬ為高電平時(shí)，ＳＤＡ　由高電平向低電平跳變，開(kāi)始傳送數據；

　　結束信號：ＳＣＬ為高電平時(shí)，ＳＤＡ由低電平向高電平跳變，傳送數據結束；

　　應答信號：接收數據的設備在接收到一個(gè)字節數據后，　向發(fā)送數據的設備發(fā)出特定的低電平脈沖．表示已收到數據。

　　當ＭＰＣ８２５０的Ｉ２Ｃ總線(xiàn)空閑時(shí)，其ＳＤＡ和ＳＣＬ均為高電平，主設備通過(guò)發(fā)送一個(gè)開(kāi)始信號啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程。這個(gè)信號的時(shí)序要求是當ＳＣＬ為高時(shí)，ＳＤＡ出現一個(gè)由高到低的電平跳變。在起始條件之后．必須是從設備的地址字節，其中高４位為器件類(lèi)型識別符（不同的芯片類(lèi)型有不同的定義，ＥＥＰＲＯＭ一般應為１０１０），接著(zhù)３位為片選，最后１位為讀寫(xiě)位，當為１時(shí)為讀操作，為０時(shí)為寫(xiě)操作，如圖２所示。

　　圖２?。牛牛校遥希驮O備地址字節結構

　　如果主設備要向ＥＥＰＲＯＭ　中寫(xiě)數據，在地址字節中主設備向ＥＥＰＲＯＭ發(fā)出一個(gè)寫(xiě)請求（Ｒ／Ｗ＝０），發(fā)送的地址字節之后緊跟著(zhù)要發(fā)送的數據。每發(fā)送一個(gè)字節的數據后ＥＥＰＲＯＭ就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)應答信號，主設備也會(huì )監控應答信號，如果在發(fā)送一個(gè)字節后ＥＥＰＲＯＭ沒(méi)有返回應答信號，則主設備就會(huì )停止發(fā)送，并生成一個(gè)結束信號。寫(xiě)操作的時(shí)序如圖３所示。

　　圖３?。桑玻弥髟O備寫(xiě)操作時(shí)序

　　要從ＥＥＰＲＯＭ　中讀取數據時(shí)，應設置Ｒ／Ｗ＝１。在ＥＥＰＲＯＭ發(fā)送完一個(gè)字節的數據后，主設備產(chǎn)生一個(gè)應答信號來(lái)響應，告知ＥＥＰＲＯＭ主設備要求更多的數據，對應主設備產(chǎn)生的每個(gè)應答信號ＥＥＰＲＯＭ將發(fā)送一個(gè)字節的數據。當主設備不發(fā)送應答信號并隨后發(fā)送結束信號位時(shí)結束此操作。讀操作的時(shí)序如圖４所示。

　　圖４?。桑玻弥髟O備讀操作時(shí)序

　?。场。蹋椋睿酰校桑玻每偩€(xiàn)驅動(dòng)體系結構

　　在Ｌｉｎｕｘ系統中，對于一個(gè)給定的Ｉ２Ｃ總線(xiàn)硬件配置系統，Ｉ２Ｃ總線(xiàn)驅動(dòng)程序體系結構由Ｉ２Ｃ總線(xiàn)驅動(dòng)和Ｉ２Ｃ設備驅動(dòng)組成。其中Ｉ２Ｃ總線(xiàn)驅動(dòng)包括一個(gè)具體的控制器驅動(dòng)和Ｉ２Ｃ總線(xiàn)的算法驅動(dòng)．一個(gè)算法驅動(dòng)適用于一類(lèi)總線(xiàn)控制器．而一個(gè)具體的總線(xiàn)控制器驅動(dòng)要使用某一種算法。例如，Ｌｉｎｕｘ內核中提供的算法ｉ２ｅ－ａｌｇｏ－８２６０可以用在ＭＰＣ８２ｘｘ系列處理器提供的Ｉ２Ｃ總線(xiàn)控制器上。Ｌｉｎｕｘ內核中提供了一些常見(jiàn)處理器如ＭＰＣ８２ｘｘ系列的算法驅動(dòng)。對于Ｉ２Ｃ設備，基本上每種具體設備都有自己的基本特性．其驅動(dòng)程序一般都需要特別設計。

　　在Ｉ２Ｃ總線(xiàn)驅動(dòng)程序體系結構中．使用數據結構Ｄｒｉｖｅｒ來(lái)表示Ｉ２Ｃ設備驅動(dòng)，使用數據結構Ｃｌｉｅｎｔ表示一個(gè)具體的Ｉ２Ｃ設備。而對于Ｉ２Ｃ總線(xiàn)

　　控制器，各種總線(xiàn)控制器在進(jìn)行數據傳輸時(shí)采用的算法有好多種，使用相同算法的控制器提供的控制接口也可能不同。在Ｉ２Ｃ總線(xiàn)驅動(dòng)程序體系結構中，用數據結構Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ來(lái)表示算法，用數據結構Ａｄａｐｔｅｒ來(lái)表示不同的總線(xiàn)控制器。Ｌｉｎｕｘ內核的Ｉ２Ｃ總線(xiàn)驅動(dòng)程序體系結構如圖５所示。

　　圖５?。蹋椋睿酰鴥群耍桑玻每偩€(xiàn)驅動(dòng)程序體系結構

　　在圖５中，一個(gè)Ｃｌｉｅｎｔ對象對應一個(gè)具體的Ｉ２Ｃ總線(xiàn)設備，而一種Ｉ２Ｃ設備的Ｄｒｉｖｅｒ可以同時(shí)支持多個(gè)Ｃｌｉｅｎｔ。每個(gè)Ａｄａｐｔｅｒ對應一個(gè)具體的Ｉ２Ｃ總線(xiàn)控制器．不同的Ｉ２Ｃ總線(xiàn)控制器可以使用相同的算法Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ。ｉ２ｃ－ｃｏｒｅ是Ｉ２Ｃ總線(xiàn)驅動(dòng)程序體系結構的核心，在這個(gè)模塊中，除了為總線(xiàn)設備驅動(dòng)提供了一些統一的調用接口來(lái)訪(fǎng)問(wèn)具體的總線(xiàn)驅動(dòng)程序功能，以進(jìn)行讀寫(xiě)或設置操作外，還提供了將各種支持的總線(xiàn)設備驅動(dòng)和總線(xiàn)驅動(dòng)添加到這個(gè)體系中的方法，以及當不再使用這些驅動(dòng)時(shí)將其從體系中刪除的方法。ｉ２ｃ－ｃｏｒｅ將總線(xiàn)驅動(dòng)程序體系一分為二，相互獨立?？梢葬槍δ硞€(gè)Ｉ２Ｃ總線(xiàn)設備來(lái)設計一個(gè)Ｉ２Ｃ設備驅動(dòng)程序，而不需要關(guān)心系統的Ｉ２Ｃ總線(xiàn)控制器是何種類(lèi)型，所以提高了其可移植性。另一方面，在設計Ｉ２Ｃ總線(xiàn)驅動(dòng)時(shí)也可以不要考慮其將用來(lái)支持何種設備。因為ｉ２ｃ－ｃｏｒｅ提供了統一的接口，所以也為設計這兩類(lèi)驅動(dòng)

　　提供了方便。

　?。础￠_(kāi)發(fā)實(shí)例

　?。蹋椋睿酰鴥群艘呀?jīng)提供了Ｉ２Ｃ驅動(dòng)中所需要的基本模塊。ｉ２ｃ－ｃｏｒｅ、ｉ２ｃ－ｄｅｖ和ｉ２ｃ－ｐｒｏｃ是總線(xiàn)控制器和Ｉ２Ｃ設備所需要的核心模塊。對于ＭＰＣ８２５０處理器，內核中還有ＭＰＣ８２６０的算法模塊ｉ２ｃ－ａｌｇｏ－８２６０，它也適用于ＭＰＣ８２５０的Ｉ２Ｃ控制接口。這些模塊程序在默認條件下是不會(huì )被編譯到內核里的，所以需要在配置Ｌｉｎｕｘ內核時(shí)把這些模塊選中。在筆者的開(kāi)發(fā)中需要實(shí)現的是Ｉ２Ｃ總線(xiàn)控制器驅動(dòng)和Ｉ２Ｃ設備ＥＥＰＲＯＭ驅動(dòng)。

　?。矗薄。桑玻每偩€(xiàn)控制器驅動(dòng)的設計

　?。停校茫福玻担暗模桑玻每偩€(xiàn)驅動(dòng)程序由ｉ２ｃ－ａｌｇｏ－８２６０算法模塊和ＭＰＣ８２５０具體的Ｉ２Ｃ總線(xiàn)控制器驅動(dòng)組成。其中ｉ２ｃ－ａｌｇｏ－８２６０算法模塊已經(jīng)在內核中實(shí)現，所以主要實(shí)現ＦＣ總線(xiàn)控制器驅動(dòng)。

　?。椋玻悖幔欤纾铮福玻叮八惴K主要用來(lái)描述ＭＰＣ８２ｘｘ處理器如何在Ｉ２Ｃ總線(xiàn)上傳輸數據。該模塊中主要實(shí)現了ＭＰＣ８２ｘｘ處理器上Ｉ２Ｃ總線(xiàn)的初始化、讀寫(xiě)、ｉｏｃｔｌ控制和中斷請求等功能。另外，還有ｉ２ｃ＿８２６０＿ａｄｄ＿ｂｕｓ和ｉ２ｃ＿８２６０＿ｄｅｌ＿ｂｕｓ兩個(gè)函數，它們是使用這個(gè)算法的Ａｄａｐｔｅｒ初始化時(shí)和退出時(shí)調用的函數，用來(lái)注冊和注銷(xiāo)一個(gè)總線(xiàn)控制器，需要從模塊導出。這些函數功能都被封裝在一個(gè)ｉ２ｃ－ａｌｇｏｒｉｔｈｍ結構中，傳遞給使用這個(gè)算法的Ａｄａｐｔｅｒ。算法模塊中這些函數需要調用特定控制器模塊中的函數來(lái)實(shí)現具體的操作。

　　在Ｉ２Ｃ總線(xiàn)控制器驅動(dòng)模塊中主要要實(shí)現兩個(gè)結構體ｉ２ｃ＿ａｄａｐｔｅｒ和ｉ２ｃ＿ａｌｇｏ＿８２６０＿ｄａｔａ，定義這兩個(gè)結構中的函數指針成員．并且用己經(jīng)初始化好的ｉ２ｃ＿ａｌｇｏ＿８２６ｏ＿ｄａｔａ結構來(lái)初始化ｓｔｒｕｃｔ?。椋玻悖撸幔洌幔穑簦澹蚪Y構的ａｌｇｏ＿ｄａｔａ成員變量。其中，定義ｉ２ｅ＿ａｌｇｏ＿８２６０＿ｄａｔａ結構為：

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　　這里的成員變量ｒｗ８２５０＿ｉｎｓｔａｌｌ＿＿ｉｓｒ提供了ＭＰＣ８２５０的Ｉ２Ｃ總線(xiàn)控制器向內核申請中端請求的功能。結構體ｉ２ｃ＿ａｄａｐｔｅｒ定義如下：

　?。螅簦颍酰悖簟。椋玻悖撸幔洌幔穑簦澹颉。颍鳎福玻担埃撸铮穑螅剑ⅲ颍鳎福玻担埃?，Ｉ２Ｃ＿ＨＷ＿

　?。停校茫福玻担埃撸遥祝福玻担?，ＮＵＬＬ，＆ｒｗ８２５０＿ｄａｔａ，ｒｗ８２５０＿ｉｎｃ＿ｕｓｅ，ｒｗ８２５０＿ｄｅｃ＿ｕｓｅ，ｒｗ８２５０＿ｒｅｇ，ｒｗ８２５０＿ｕｎｒｅｇ，｝；

　　其中，＂ｒｗ８２５０＂是該總線(xiàn)控制器的標識名，宏名Ｉ２Ｃ＿ＨＷ＿ＭＰＣ８２５０＿ＲＷ８２５０定義了內核中注冊該適配器的ＩＤ號，而成員函數ｒｗ８２５０＿ｉｎｃ＿ｕｓｅ和ｒｗ８２５０＿ｄｅｃ＿ｕｓｅ用來(lái)增加和減少內核使用該模塊的次數。

　　另外，該模塊還要完成一個(gè)注冊模塊時(shí)的初始化函數ｒｗ８２５０＿ｉｉｃ＿ｉｎｉｔ，在該函數中要初始化Ｉ２Ｃ控制器使用的通用端口號ＰｏｒｔＤ１４、ＰｏｒｔＤ１５，并在雙端口ＲＡＭ　中為發(fā)送和接受數據的緩沖區分配空間。函數ｒｗ８２５０＿ｉｉｃ＿ｉｎｉｔ在進(jìn)行模塊初始化時(shí)將被ｉｎｉｔ＿ｍｏｄｕｌｅ調用。

　　總之。Ｉ２Ｃ控制器模塊中設計的這些函數都是為ｉ２ｃ＿ａｌｇｏ＿８６５０算法模塊服務(wù)的．最后需要封裝在ｉ２ｃ－ａｄａｐｔｅｒ結構中．通過(guò)ｉ２ｃ＿ａｌｇｏ＿８２６０＿ｄａｔａ算法模塊中輸出的接口函數傳遞給算法模塊。

　?。矗病。桑玻迷O備驅動(dòng)的設計

　?。桑玻迷O備ＥＥＰＲＯＭ　驅動(dòng)除了要根據ＥＥＰＲＯＭ的具體特性進(jìn)行設計外．還要考慮Ｉ２Ｃ總線(xiàn)驅動(dòng)程序體系結構的特性。在ＥＥＰＲＯＭ設備驅動(dòng)程序中需要實(shí)現一個(gè)ｉ２ｃ＿ｄｒｉｖｅｒ結構．每個(gè)對應于具體設備的Ｃｌｉｅｎｔ都從這個(gè)結構來(lái)構造。在ｉ２ｃ＿ｄｒｉｖｅｒ結構中有兩個(gè)函數ａｔｔａｃｈ＿ａｄａｐｔｅｒ和ｄｅｔａｃｈ＿ｃｌｉｅｎｔ必須要實(shí)現。ｉ２ｃ＿ｄｒｉｖｅｒ結構的定義如下：

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　?。妫欤幔纾螅。桑玻茫撸模疲撸危希裕桑疲?，／＊ａｔｔａｃｈ＿?。幔洌幔穑簦澹颍Γ澹澹穑颍铮恚撸幔簦簦幔悖瑁撸幔洌幔穑簦澹?，／＊ｄｅｔａｃｈ＿ｃｌｉｅｎｔ?。Γ澹澹穑颍铮恚撸洌澹簦幔悖瑁撸悖欤椋澹睿?，

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　　在設備驅動(dòng)中。向ＥＥＰＲＯＭ　寫(xiě)數據通過(guò)調用ｉ２ｃ－ｃｏｒｅ提供的ｉ２ｃ＿ｍａｓｔｅｒ＿ｓｅｎｄ函數來(lái)完成。從ＥＥＰＲＯＭ　讀取數據通過(guò)另一個(gè)函數ｉ２ｃ＿ｍａｓｔｅｒ＿ｒｅａｄ來(lái)完成。與一般設備驅動(dòng)不同的地方就是在ＥＥＰＲＯＭ驅動(dòng)模塊初始函數中要調用ｉ２ｃ－ｃｏｒｅ提供的ｉ２ｃ＿ａｄｄ＿ｄｒｉｖｅｒ函數來(lái)注冊該設備。在模塊退出函數中調用ｉ２ｃ＿ｄｅｌ＿ｄｒｉｖｅｒ函數來(lái)注銷(xiāo)該設備。

　?。怠〗Y束語(yǔ)

　?。桑玻每偩€(xiàn)具有控制簡(jiǎn)單、通信速率高等優(yōu)點(diǎn)，作為一種２線(xiàn)雙向同步串行數據總線(xiàn)，它為嵌入式系統設計提供了一種完善的集成電路間的串行總線(xiàn)擴展技術(shù)，大大簡(jiǎn)化了應用系統的硬件設計，為實(shí)現應用系統的模塊化設計創(chuàng )造了極為有利的條件。同時(shí)，在很多情況下需要對系統中的某些動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行掉電保護。在數據量不太大的場(chǎng)合下，通過(guò)Ｉ２Ｃ總線(xiàn)連接的ＥＥＰＲＯＭ在這方面就比較能發(fā)揮作用。而Ｌｉｎｕｘ作為一種新的操作系統，目前在嵌入式系統中的應用非常廣泛。其發(fā)展前景無(wú)法估量。由于Ｌｉｎｕｘ源碼開(kāi)放，且非常易于移植，為其編寫(xiě)設備驅動(dòng)程序相對容易。本文介紹了Ｌｉｎｕｘ下Ｉ２Ｃ總線(xiàn)ＥＥＰＲＯＭ驅動(dòng)程序的一般設計方法。