Linux環(huán)境下基于I2C總線的EEPROM 驅(qū)動程序

　?。病」ぷ髟砀攀?/FONT>

　　在介紹Ｉ２Ｃ總線結(jié)構(gòu)之前。要搞清楚兩個概念：Ｉ２Ｃ總線控制器和Ｉ２Ｃ設(shè)備。Ｉ２Ｃ總線控制器為微控制器或微處理器提供控制Ｉ２Ｃ總線的接口，它控制所有Ｉ２Ｃ總線的特殊序列、協(xié)議、仲裁、時序，這里指ＭＰＣ８２５０提供的Ｉ２Ｃ總線控制接口。Ｉ２Ｃ設(shè)備是指通過Ｉ２Ｃ總線與微控制器或微處理器相連的設(shè)備，如ＥＥＰＲＯＭ、ＬＣＤ驅(qū)動器等，這里指ＥＥＰＲＯＭ。

　　在一個串行數(shù)據(jù)通道中．Ｉ２Ｃ總線控制器可以配置成主模式或從模式。開發(fā)過程中，ＭＰＣ８２５０的Ｉ２Ｃ總線控制器工作在主模式，作為主設(shè)備；與總線相連的Ｉ２Ｃ設(shè)備為ＡＴ２４Ｃ０１Ａ型ＥＥＰＲＯＭ，作為從設(shè)備。主設(shè)備和從設(shè)備都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài)?？偩€必須由主設(shè)備控制，主設(shè)備產(chǎn)生串行時鐘控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。

　?。玻薄。桑玻每偩€控制器

　?。桑玻檬褂糜纱袛?shù)據(jù)線ＳＤＡ　和串線時鐘線ＳＣＬ組成的兩線結(jié)構(gòu)來在外部集成電路與控制器之間交換數(shù)據(jù)。ＭＰＣ８２５０的Ｉ２Ｃ總線控制器包括發(fā)送和接收單元、一個獨立的波特率發(fā)生器和一個控制單元。發(fā)送和接收單元使用相同的時鐘信號，如果Ｉ２Ｃ為主設(shè)備．那么時鐘信號由Ｉ２Ｃ的波特率發(fā)生器產(chǎn)生；如果Ｉ２Ｃ為從設(shè)備，時鐘信號則由外部提供。

　?。樱模梁停樱茫虨殡p向的，通過外部＋３．３　Ｖ上拉電阻連接至正向電壓。當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時，ＳＤＡ和ＳＣＬ都應(yīng)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>

　　Ｉ２Ｃ的接收和發(fā)送單元均為雙緩存，在數(shù)據(jù)發(fā)送時，數(shù)據(jù)從發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器到移位寄存器，以時鐘速率輸出到ＳＤＡ線；在數(shù)據(jù)接收時，數(shù)據(jù)從ＳＤＡ線進(jìn)入移位寄存器，然后進(jìn)入接收寄存器。

　　２．２?。桑玻每偩€控制器和ＥＥＰＲＯＭ　的基本操作

　?。桑玻每偩€在傳送數(shù)據(jù)過程中共有３種類型的信號，分別是：開始信號、結(jié)束信號和應(yīng)答信號。

　　開始信號：ＳＣＬ為高電平時，ＳＤＡ　由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)；

　　結(jié)束信號：ＳＣＬ為高電平時，ＳＤＡ由低電平向高電平跳變，傳送數(shù)據(jù)結(jié)束；

　　應(yīng)答信號：接收數(shù)據(jù)的設(shè)備在接收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，　向發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備發(fā)出特定的低電平脈沖．表示已收到數(shù)據(jù)。

　　當(dāng)ＭＰＣ８２５０的Ｉ２Ｃ總線空閑時，其ＳＤＡ和ＳＣＬ均為高電平，主設(shè)備通過發(fā)送一個開始信號啟動發(fā)送過程。這個信號的時序要求是當(dāng)ＳＣＬ為高時，ＳＤＡ出現(xiàn)一個由高到低的電平跳變。在起始條件之后．必須是從設(shè)備的地址字節(jié)，其中高４位為器件類型識別符（不同的芯片類型有不同的定義，ＥＥＰＲＯＭ一般應(yīng)為１０１０），接著３位為片選，最后１位為讀寫位，當(dāng)為１時為讀操作，為０時為寫操作，如圖２所示。

　　圖２?。牛牛校遥希驮O(shè)備地址字節(jié)結(jié)構(gòu)

　　如果主設(shè)備要向ＥＥＰＲＯＭ　中寫數(shù)據(jù)，在地址字節(jié)中主設(shè)備向ＥＥＰＲＯＭ發(fā)出一個寫請求（Ｒ／Ｗ＝０），發(fā)送的地址字節(jié)之后緊跟著要發(fā)送的數(shù)據(jù)。每發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)后ＥＥＰＲＯＭ就會產(chǎn)生一個應(yīng)答信號，主設(shè)備也會監(jiān)控應(yīng)答信號，如果在發(fā)送一個字節(jié)后ＥＥＰＲＯＭ沒有返回應(yīng)答信號，則主設(shè)備就會停止發(fā)送，并生成一個結(jié)束信號。寫操作的時序如圖３所示。

　　圖３?。桑玻弥髟O(shè)備寫操作時序

　　要從ＥＥＰＲＯＭ　中讀取數(shù)據(jù)時，應(yīng)設(shè)置Ｒ／Ｗ＝１。在ＥＥＰＲＯＭ發(fā)送完一個字節(jié)的數(shù)據(jù)后，主設(shè)備產(chǎn)生一個應(yīng)答信號來響應(yīng)，告知ＥＥＰＲＯＭ主設(shè)備要求更多的數(shù)據(jù)，對應(yīng)主設(shè)備產(chǎn)生的每個應(yīng)答信號ＥＥＰＲＯＭ將發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。當(dāng)主設(shè)備不發(fā)送應(yīng)答信號并隨后發(fā)送結(jié)束信號位時結(jié)束此操作。讀操作的時序如圖４所示。

　　圖４?。桑玻弥髟O(shè)備讀操作時序

　　３?。蹋椋睿酰校桑玻每偩€驅(qū)動體系結(jié)構(gòu)

　　在Ｌｉｎｕｘ系統(tǒng)中，對于一個給定的Ｉ２Ｃ總線硬件配置系統(tǒng)，Ｉ２Ｃ總線驅(qū)動程序體系結(jié)構(gòu)由Ｉ２Ｃ總線驅(qū)動和Ｉ２Ｃ設(shè)備驅(qū)動組成。其中Ｉ２Ｃ總線驅(qū)動包括一個具體的控制器驅(qū)動和Ｉ２Ｃ總線的算法驅(qū)動．一個算法驅(qū)動適用于一類總線控制器．而一個具體的總線控制器驅(qū)動要使用某一種算法。例如，Ｌｉｎｕｘ內(nèi)核中提供的算法ｉ２ｅ－ａｌｇｏ－８２６０可以用在ＭＰＣ８２ｘｘ系列處理器提供的Ｉ２Ｃ總線控制器上。Ｌｉｎｕｘ內(nèi)核中提供了一些常見處理器如ＭＰＣ８２ｘｘ系列的算法驅(qū)動。對于Ｉ２Ｃ設(shè)備，基本上每種具體設(shè)備都有自己的基本特性．其驅(qū)動程序一般都需要特別設(shè)計。

　　在Ｉ２Ｃ總線驅(qū)動程序體系結(jié)構(gòu)中．使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Ｄｒｉｖｅｒ來表示Ｉ２Ｃ設(shè)備驅(qū)動，使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Ｃｌｉｅｎｔ表示一個具體的Ｉ２Ｃ設(shè)備。而對于Ｉ２Ｃ總線

　　控制器，各種總線控制器在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時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總線驅(qū)動程序體系結(jié)構(gòu)中，用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ來表示算法，用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Ａｄａｐｔｅｒ來表示不同的總線控制器。Ｌｉｎｕｘ內(nèi)核的Ｉ２Ｃ總線驅(qū)動程序體系結(jié)構(gòu)如圖５所示。

　　圖５?。蹋椋睿酰鴥?nèi)核Ｉ２Ｃ總線驅(qū)動程序體系結(jié)構(gòu)

　　在圖５中，一個Ｃｌｉｅｎｔ對象對應(yīng)一個具體的Ｉ２Ｃ總線設(shè)備，而一種Ｉ２Ｃ設(shè)備的Ｄｒｉｖｅｒ可以同時支持多個Ｃｌｉｅｎｔ。每個Ａｄａｐｔｅｒ?qū)?yīng)一個具體的Ｉ２Ｃ總線控制器．不同的Ｉ２Ｃ總線控制器可以使用相同的算法Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ。ｉ２ｃ－ｃｏｒｅ是Ｉ２Ｃ總線驅(qū)動程序體系結(jié)構(gòu)的核心，在這個模塊中，除了為總線設(shè)備驅(qū)動提供了一些統(tǒng)一的調(diào)用接口來訪問具體的總線驅(qū)動程序功能，以進(jìn)行讀寫或設(shè)置操作外，還提供了將各種支持的總線設(shè)備驅(qū)動和總線驅(qū)動添加到這個體系中的方法，以及當(dāng)不再使用這些驅(qū)動時將其從體系中刪除的方法。ｉ２ｃ－ｃｏｒｅ將總線驅(qū)動程序體系一分為二，相互獨立。可以針對某個Ｉ２Ｃ總線設(shè)備來設(shè)計一個Ｉ２Ｃ設(shè)備驅(qū)動程序，而不需要關(guān)心系統(tǒng)的Ｉ２Ｃ總線控制器是何種類型，所以提高了其可移植性。另一方面，在設(shè)計Ｉ２Ｃ總線驅(qū)動時也可以不要考慮其將用來支持何種設(shè)備。因為ｉ２ｃ－ｃｏｒｅ提供了統(tǒng)一的接口，所以也為設(shè)計這兩類驅(qū)動

　　提供了方便。

　　４　開發(fā)實例

　?。蹋椋睿酰鴥?nèi)核已經(jīng)提供了Ｉ２Ｃ驅(qū)動中所需要的基本模塊。ｉ２ｃ－ｃｏｒｅ、ｉ２ｃ－ｄｅｖ和ｉ２ｃ－ｐｒｏｃ是總線控制器和Ｉ２Ｃ設(shè)備所需要的核心模塊。對于ＭＰＣ８２５０處理器，內(nèi)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(rèn)條件下是不會被編譯到內(nèi)核里的，所以需要在配置Ｌｉｎｕｘ內(nèi)核時把這些模塊選中。在筆者的開發(fā)中需要實現(xiàn)的是Ｉ２Ｃ總線控制器驅(qū)動和Ｉ２Ｃ設(shè)備ＥＥＰＲＯＭ驅(qū)動。

　?。矗薄。桑玻每偩€控制器驅(qū)動的設(shè)計

　?。停校茫福玻担暗模桑玻每偩€驅(qū)動程序由ｉ２ｃ－ａｌｇｏ－８２６０算法模塊和ＭＰＣ８２５０具體的Ｉ２Ｃ總線控制器驅(qū)動組成。其中ｉ２ｃ－ａｌｇｏ－８２６０算法模塊已經(jīng)在內(nèi)核中實現(xiàn)，所以主要實現(xiàn)ＦＣ總線控制器驅(qū)動。

　　ｉ２ｃ－ａｌｇｏ－８２６０算法模塊主要用來描述ＭＰＣ８２ｘｘ處理器如何在Ｉ２Ｃ總線上傳輸數(shù)據(jù)。該模塊中主要實現(xiàn)了ＭＰＣ８２ｘｘ處理器上Ｉ２Ｃ總線的初始化、讀寫、ｉｏｃｔｌ控制和中斷請求等功能。另外，還有ｉ２ｃ＿８２６０＿ａｄｄ＿ｂｕｓ和ｉ２ｃ＿８２６０＿ｄｅｌ＿ｂｕｓ兩個函數(shù)，它們是使用這個算法的Ａｄａｐｔｅｒ初始化時和退出時調(diào)用的函數(shù)，用來注冊和注銷一個總線控制器，需要從模塊導(dǎo)出。這些函數(shù)功能都被封裝在一個ｉ２ｃ－ａｌｇｏｒｉｔｈｍ結(jié)構(gòu)中，傳遞給使用這個算法的Ａｄａｐｔｅｒ。算法模塊中這些函數(shù)需要調(diào)用特定控制器模塊中的函數(shù)來實現(xiàn)具體的操作。

　　在Ｉ２Ｃ總線控制器驅(qū)動模塊中主要要實現(xiàn)兩個結(jié)構(gòu)體ｉ２ｃ＿ａｄａｐｔｅｒ和ｉ２ｃ＿ａｌｇｏ＿８２６０＿ｄａｔａ，定義這兩個結(jié)構(gòu)中的函數(shù)指針成員．并且用己經(jīng)初始化好的ｉ２ｃ＿ａｌｇｏ＿８２６ｏ＿ｄａｔａ結(jié)構(gòu)來初始化ｓｔｒｕｃｔ　ｉ２ｃ＿ａｄａｐｔｅｒ結(jié)構(gòu)的ａｌｇｏ＿ｄａｔａ成員變量。其中，定義ｉ２ｅ＿ａｌｇｏ＿８２６０＿ｄａｔａ結(jié)構(gòu)為：

　?。螅簦颍酰悖簟。椋玻悖撸幔欤纾铮撸福玻叮埃撸洌幔簦帷。颍鳎福玻担埃撸洌幔簦幔剑?/FONT>

　?。螅澹簦椋螅颍海颍鳎福玻担埃撸椋睿螅簦幔欤欤撸椋螅?/FONT>

　?。?/FONT>

　　這里的成員變量ｒｗ８２５０＿ｉｎｓｔａｌｌ＿＿ｉｓｒ提供了ＭＰＣ８２５０的Ｉ２Ｃ總線控制器向內(nèi)核申請中端請求的功能。結(jié)構(gòu)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ⅲ桑玻茫撸龋祝?/FONT>

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

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

　　另外，該模塊還要完成一個注冊模塊時的初始化函數(shù)ｒｗ８２５０＿ｉｉｃ＿ｉｎｉｔ，在該函數(shù)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(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分配空間。函數(shù)ｒｗ８２５０＿ｉｉｃ＿ｉｎｉｔ在進(jìn)行模塊初始化時將被ｉｎｉｔ＿ｍｏｄｕｌｅ調(diào)用。

　　總之。Ｉ２Ｃ控制器模塊中設(shè)計的這些函數(shù)都是為ｉ２ｃ＿ａｌｇｏ＿８６５０算法模塊服務(wù)的．最后需要封裝在ｉ２ｃ－ａｄａｐｔｅｒ結(jié)構(gòu)中．通過ｉ２ｃ＿ａｌｇｏ＿８２６０＿ｄａｔａ算法模塊中輸出的接口函數(shù)傳遞給算法模塊。

　?。矗病。桑玻迷O(shè)備驅(qū)動的設(shè)計

　?。桑玻迷O(shè)備ＥＥＰＲＯＭ　驅(qū)動除了要根據(jù)ＥＥＰＲＯＭ的具體特性進(jìn)行設(shè)計外．還要考慮Ｉ２Ｃ總線驅(qū)動程序體系結(jié)構(gòu)的特性。在ＥＥＰＲＯＭ設(shè)備驅(qū)動程序中需要實現(xiàn)一個ｉ２ｃ＿ｄｒｉｖｅｒ結(jié)構(gòu)．每個對應(yīng)于具體設(shè)備的Ｃｌｉｅｎｔ都從這個結(jié)構(gòu)來構(gòu)造。在ｉ２ｃ＿ｄｒｉｖｅｒ結(jié)構(gòu)中有兩個函數(shù)ａｔｔａｃｈ＿ａｄａｐｔｅｒ和ｄｅｔａｃｈ＿ｃｌｉｅｎｔ必須要實現(xiàn)。ｉ２ｃ＿ｄｒｉｖｅｒ結(jié)構(gòu)的定義如下：

　?。螅簦颍酰悖簟。椋玻悖撸洌颍椋觯澹颉。澹澹穑颍铮恚撸洌颍椋觯澹颉。健。?/FONT>

　　／＊ｎａｍｅ＊／?。ⅲ桑玻茫撸牛牛校遥希停撸模遥桑郑牛遥ⅲ椋洌桑玻茫撸模遥桑郑牛遥桑模撸牛牛校遥希?，

　　／＊ｆｌａｇｓ＊／?。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颍洌澹簦幔悖瑁撸悖欤椋澹睿簟。Γ澹澹穑颍铮恚撸洌澹簦幔悖瑁撸悖欤椋澹睿簦?/FONT>

　?。悖铮恚恚幔睿洌Γ澹澹穑颍铮恚撸悖铮恚恚幔睿洌椋睿悖撸酰螅澹。Γ澹澹穑颍铮恚撸椋睿悖撸酰螅?，／＊ｄｅｃ＿ｕｓｅ＊／　＆ｅｅｐｒｏｍ＿ｄｅｃ＿ｕｓｅ

　?。?；

　　在設(shè)備驅(qū)動中。向ＥＥＰＲＯＭ　寫數(shù)據(jù)通過調(diào)用ｉ２ｃ－ｃｏｒｅ提供的ｉ２ｃ＿ｍａｓｔｅｒ＿ｓｅｎｄ函數(shù)來完成。從ＥＥＰＲＯＭ　讀取數(shù)據(jù)通過另一個函數(shù)ｉ２ｃ＿ｍａｓｔｅｒ＿ｒｅａｄ來完成。與一般設(shè)備驅(qū)動不同的地方就是在ＥＥＰＲＯＭ驅(qū)動模塊初始函數(shù)中要調(diào)用ｉ２ｃ－ｃｏｒｅ提供的ｉ２ｃ＿ａｄｄ＿ｄｒｉｖｅｒ函數(shù)來注冊該設(shè)備。在模塊退出函數(shù)中調(diào)用ｉ２ｃ＿ｄｅｌ＿ｄｒｉｖｅｒ函數(shù)來注銷該設(shè)備。

　　５　結(jié)束語

　?。桑玻每偩€具有控制簡單、通信速率高等優(yōu)點，作為一種２線雙向同步串行數(shù)據(jù)總線，它為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計提供了一種完善的集成電路間的串行總線擴(kuò)展技術(shù)，大大簡化了應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計，為實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的模塊化設(shè)計創(chuàng)造了極為有利的條件。同時，在很多情況下需要對系統(tǒng)中的某些動態(tài)信息進(jìn)行掉電保護(hù)。在數(shù)據(jù)量不太大的場合下，通過Ｉ２Ｃ總線連接的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(tǒng)，目前在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛。其發(fā)展前景無法估量。由于Ｌｉｎｕｘ源碼開放，且非常易于移植，為其編寫設(shè)備驅(qū)動程序相對容易。本文介紹了Ｌｉｎｕｘ下Ｉ２Ｃ總線ＥＥＰＲＯＭ驅(qū)動程序的一般設(shè)計方法。