ARM linux 内核gpio模拟I2C

gpio模拟I2C

I2C是由Philips公司发明的一种串行数据通信协议，仅使用两根信号线：SerialClock（简称SCL）和SerialData（简称SDA）。I2C是总线结构，1个Master，1个或多个Slave，各Slave设备以7位地址区分，地址后面再跟1位读写位，表示读（=1）或者写（=0），所以我们有时也可看到8位形式的设备地址，此时每个设备有读、写两个地址，高7位地址其实是相同的。

I2C数据格式如下：

无数据：SCL=1，SDA=1；
开始位（Start）：当SCL=1时，SDA由1向0跳变；
停止位（Stop）：当SCL=1时，SDA由0向1跳变；
数据位：当SCL由0向1跳变时，由发送方控制SDA，此时SDA为有效数据，不可随意改变SDA；
当SCL保持为0时，SDA上的数据可随意改变；
地址位：定义同数据位，但只由Master发给Slave；
应答位（ACK）：当发送方传送完8位时，发送方释放SDA，由接收方控制SDA，且SDA=0；
否应答位（NACK）：当发送方传送完8位时，发送方释放SDA，由接收方控制SDA，且SDA=1。

当数据为单字节传送时，格式为：

开始位，8位地址位（含1位读写位），应答，8位数据，应答，停止位。
当数据为一串字节传送时，格式为：

开始位，8位地址位（含1位读写位），应答，8位数据，应答，8位数据，应答，……，8位数据，应答，停止位。

需要注意的是：

1，SCL一直由Master控制，SDA依照数据传送的方向，读数据时由Slave控制SDA，写数据时由Master控制SDA。当8位数据传送完毕之后，应答位或者否应答位的SDA控制权与数据位传送时相反。
2，开始位“Start”和停止位“Stop”，只能由Master来发出。
3，地址的8位传送完毕后，成功配置地址的Slave设备必须发送“ACK”。否则否则一定时间之后Master视为超时，将放弃数据传送，发送“Stop”。
4，当写数据的时候，Master每发送完8个数据位，Slave设备如果还有空间接受下一个字节应该回答“ACK”，Slave设备如果没有空间接受更多的字节应该回答“NACK”，Master当收到“NACK”或者一定时间之后没收到任何数据将视为超时，此时Master放弃数据传送，发送“Stop”。
5，当读数据的时候，Slave设备每发送完8个数据位，如果Master希望继续读下一个字节，Master应该回答“ACK”以提示Slave准备下一个数据，如果Master不希望读取更多字节，Master应该回答“NACK”以提示Slave设备准备接收Stop信号。
6，当Master速度过快Slave端来不及处理时，Slave设备可以拉低SCL不放（SCL=0将发生“线与”）以阻止Master发送更多的数据。此时Master将视情况减慢或结束数据传送。

在实际应用中，并没有强制规定数据接收方必须对于发送的8位数据做出回应，尤其是在Master和Slave端都是用GPIO软件模拟的方法来实现的情况下，编程者可以事先约定数据传送的长度，不发送ACK，有时可以起到减少系统开销的效果。开发的过程当中，开发板上的I2C总线有限，如果I2C设备太多的话，就需要用GPIO模拟I2C来解决了。

例子1

1，kernel/arch/arm/mach-pxa/board-test.c增加

设置gpio为普通gpio，为输出口

static mfp_cfg_t littleton_sw_i2c_cfg[] __initdata = {
/* gpio output*/
GPIO37, /*_SW_I2C_CLK, */
GPIO38, /*_SW_I2C_SDA, */
};

pxa3xx_mfp_config(ARRAY_AND_SIZE(littleton_sw_i2c_cfg));

gpio_direction_output(GPIO37, 1);

gpio_direction_output(GPIO38, 1);

/* 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),
},
};

第一个结构体中sda_pin和scl_pin是开发板上对应的gpio口（data线和clock线），udelay是与具体芯片时钟相关的参数，需要参考具体的datasheet。下面的两个open_drain是表明两个管脚是否是开漏电路，如果是则填1，否则填0。下面一个机构体中需要注意name应该填写i2c-gpio，另外id要注意设定为2，因为系统当中已经有两个I2C设备了。

添加上需要的头文件：#include<linux/i2c-gpio.h>。在头文件devices.h中添加上设备结构体的声明，externstructplatform_devicegpio_device_i2c;

然后将gpio_device_i2c放在board-XXXX.c的数组devices中，形式请参考该数组中其他的设备。

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));

;

}

然后再用i2c_register_board_info对其进行注册：

i2c_register_board_info(2,i2c_gpio_devices,ARRAY_SIZE(i2c_gpio_devices));

这样就完成了模拟步骤，可以直接用系统的I2C相关的注册等方法对设备进行注册和读写操作。

例子2

设置sda和scl的gpio为普通gpio输出口。

err = gpio_request(EP93XX_GPIO_LINE_EEDAT, dev_name(&pdev->dev));
err = gpio_request(EP93XX_GPIO_LINE_EECLK, dev_name(&pdev->dev));
err = gpio_direction_output(EP93XX_GPIO_LINE_EEDAT,1);
err = gpio_direction_output(EP93XX_GPIO_LINE_EECLK,1);

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);
}