I2C驱动框架分析（3）：DW_I2C驱动分析

I2C驱动框架分析（1）：I2C重要概念与数据结构
I2C驱动框架分析（2）：I2C框架源码分析
I2C驱动框架分析（3）：DW_I2C驱动分析

第三章：DW_I2C驱动

其驱动文件在drivers/i2c/busses/i2c-designware-platdrv.c。

3.1 I2C_platform驱动

dw_i2c的platform驱动定义为：

static struct platform_driver dw_i2c_driver = {.probe = dw_i2c_plat_probe,.remove = dw_i2c_plat_remove,.driver		= {.name	= "i2c_designware",.of_match_table = of_match_ptr(dw_i2c_of_match),.acpi_match_table = ACPI_PTR(dw_i2c_acpi_match),.pm	= DW_I2C_DEV_PMOPS,},
};

调用platform_driver_register(&dw_i2c_driver)函数注册到platform总线上，platform_driver_register函数流程（矢量图可放大查看）：

以上流程主要工作是，将I2C_platform驱动进行注册，并进行device与driver匹配，最后执行probe函数。上述流程适用与所有的paltform驱动。

3.2 DW_I2C probe函数

当device与driver匹配完成后，执行probe函数，DW_I2C probe函数为dw_i2c_plat_probe，函数主要流程为：

通过调用i2c_detect_slave_mode函数来判断控制器主从模式，其内容主要为：

//读取i2c设备树子节点reg属性
of_property_read_u32(child, "reg", &reg)//地址高bit30为1，即为从
reg & I2C_OWN_SLAVE_ADDRESS

【关于dw_i2c速率】

dw_i2c速率赋值有两种方法：

第一种是通过struct dw_i2c_platform_data *pdata = dev_get_platdata(&pdev->dev)来赋值

第二种是调用i2c_parse_fw_timings函数，从设备树解析clock-frequency属性来赋值

3.3 DW_I2C主从模式设置

从之前的内容得知，通过从i2c设备树子节点地址来判断i2c控制器的主从设置。

3.3.1DW_I2C主机模式设置

调用i2c_dw_configure_master函数完成，其函数内容为:

static void i2c_dw_configure_master(struct dw_i2c_dev *dev)
{struct i2c_timings *t = &dev->timings;dev->functionality = I2C_FUNC_10BIT_ADDR | DW_IC_DEFAULT_FUNCTIONALITY;dev->master_cfg = DW_IC_CON_MASTER | DW_IC_CON_SLAVE_DISABLE |DW_IC_CON_RESTART_EN;dev->mode = DW_IC_MASTER;switch (t->bus_freq_hz) {case 100000:dev->master_cfg |= DW_IC_CON_SPEED_STD;break;case 3400000:dev->master_cfg |= DW_IC_CON_SPEED_HIGH;break;default:dev->master_cfg |= DW_IC_CON_SPEED_FAST;}
}

上述主要工作为：

设置functionality属性；
设置主机标志位；
设置传输速率。

3.3.2 DW_I2C从机模式设置

调用i2c_dw_configure_slave函数实现从机模式设置，函数为：

static void i2c_dw_configure_slave(struct dw_i2c_dev *dev)
{dev->functionality = I2C_FUNC_SLAVE | DW_IC_DEFAULT_FUNCTIONALITY;dev->slave_cfg = DW_IC_CON_RX_FIFO_FULL_HLD_CTRL |DW_IC_CON_RESTART_EN | DW_IC_CON_STOP_DET_IFADDRESSED;dev->mode = DW_IC_SLAVE;
}

上述主要工作为：

设置functionality属性；
设置从机机标志位；
设置从机模式。

3.4 DW_I2C主机probe函数

主机probe函数由i2c_dw_probe，完成主机模式功能配置，函数的流程如下图所示：

上述流程中主要工作为：

主机模式相关硬件初始化；
例化适配器成员变量，提供i2c_dw_algo接口；
提供中断服务函数；
向bus添加adapter的id，并注册adapter设备.

在上面的工作中，最重要的是第2点与第3点，下面将详细介绍。

3.4.1 传输变量i2c_dw_algo

i2c_dw_algo是 struct i2c_algorithm结构体类型变量，其内容为：

static const struct i2c_algorithm i2c_dw_algo = {.master_xfer = i2c_dw_xfer,.functionality = i2c_dw_func,
};

i2c_dw_xfer钩子函数的形参为：

adap: 当前传递的适配器；
msgs: 要传递的消息（数据）内容；
num: 消息的长度。

函数的主要内容如下：

static int i2c_dw_xfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg msgs[], int num)
{struct dw_i2c_dev *dev = i2c_get_adapdata(adap);int ret;...//例化dw_i2c_dev设备成员变量dev->msgs = msgs;dev->msgs_num = num;dev->cmd_err = 0;dev->msg_write_idx = 0;dev->msg_read_idx = 0;dev->msg_err = 0;dev->status = STATUS_IDLE;dev->abort_source = 0;dev->rx_outstanding = 0;ret = i2c_dw_acquire_lock(dev);if (ret)goto done_nolock;//判断当前设备是否busyret = i2c_dw_wait_bus_not_busy(dev);if (ret < 0)goto done;//开始传输消息i2c_dw_xfer_init(dev);/* Wait for tx to complete */if (!wait_for_completion_timeout(&dev->cmd_complete, adap->timeout)) {dev_err(dev->dev, "controller timed out\n");/* i2c_dw_init implicitly disables the adapter */i2c_recover_bus(&dev->adapter);i2c_dw_init_master(dev);ret = -ETIMEDOUT;goto done;}...
}

上述函数中主要工作为：

例化dw_i2c_dev设备成员变量，特别是dev->msgs；
判断当前设备是否busy；
设置传输时的参数，比如中断和从机地址。

其中第3点调用i2c_dw_xfer_init函数实现，其把内容为：

static void i2c_dw_xfer_init(struct dw_i2c_dev *dev)
{struct i2c_msg *msgs = dev->msgs;u32 ic_con, ic_tar = 0;//关闭i2c__i2c_dw_disable(dev);//读取i2c硬件配置信息，并设置从机地址ic_con = dw_readl(dev, DW_IC_CON);if (msgs[dev->msg_write_idx].flags & I2C_M_TEN) {//10bit从机地址ic_con |= DW_IC_CON_10BITADDR_MASTER;ic_tar = DW_IC_TAR_10BITADDR_MASTER;} else {ic_con &= ~DW_IC_CON_10BITADDR_MASTER;}dw_writel(dev, ic_con, DW_IC_CON);dw_writel(dev, msgs[dev->msg_write_idx].addr | ic_tar, DW_IC_TAR);//关闭中断i2c_dw_disable_int(dev);//使能i2c__i2c_dw_enable(dev);/* Dummy read to avoid the register getting stuck on Bay Trail */dw_readl(dev, DW_IC_ENABLE_STATUS);//使能中断dw_readl(dev, DW_IC_CLR_INTR);dw_writel(dev, DW_IC_INTR_MASTER_MASK, DW_IC_INTR_MASK);
}

由于本驱动在中断中处理数据接受与发送，在最后的使能中断，其使能的中断包括如下：

DW_IC_INTR_TX_EMPTY
DW_IC_INTR_RX_FULL
DW_IC_INTR_TX_ABRT
DW_IC_INTR_STOP_DET

【注释】

在很多i2c的ip驱动中，master_xfer函数指针都用于实现数据传输，在dw_i2c驱动中，master_xfer用于设置传输时的参数，真正数据传输依靠中断服务函数实现。

3.4.2 中断服务函数i2c_dw_isr

在中断服务函数i2c_dw_isr中，实际调用函数i2c_dw_irq_handler_master来实现，其函数主要内容为：

static int i2c_dw_irq_handler_master(struct dw_i2c_dev *dev)
{u32 stat;//获取中断类型stat = i2c_dw_read_clear_intrbits(dev);if (stat & DW_IC_INTR_TX_ABRT) {dev->cmd_err |= DW_IC_ERR_TX_ABRT;dev->status = STATUS_IDLE;dw_writel(dev, 0, DW_IC_INTR_MASK);goto tx_aborted;}//读中断if (stat & DW_IC_INTR_RX_FULL)i2c_dw_read(dev);//发中断if (stat & DW_IC_INTR_TX_EMPTY)i2c_dw_xfer_msg(dev);...return 0;
}

读中断处理，当接受FIFO满时，触发接受中断由i2c_dw_read函数实现读，其内容为：

static void i2c_dw_read(struct dw_i2c_dev *dev)
{struct i2c_msg *msgs = dev->msgs;int rx_valid;for (; dev->msg_read_idx < dev->msgs_num; dev->msg_read_idx++) {u32 len;u8 *buf;if (!(msgs[dev->msg_read_idx].flags & I2C_M_RD))continue;if (!(dev->status & STATUS_READ_IN_PROGRESS)) {len = msgs[dev->msg_read_idx].len;buf = msgs[dev->msg_read_idx].buf;} else {len = dev->rx_buf_len;buf = dev->rx_buf;}//读有效数据个数rx_valid = dw_readl(dev, DW_IC_RXFLR);for (; len > 0 && rx_valid > 0; len--, rx_valid--) {u32 flags = msgs[dev->msg_read_idx].flags;//读数据*buf = dw_readl(dev, DW_IC_DATA_CMD);/* Ensure length byte is a valid value */if (flags & I2C_M_RECV_LEN &&*buf <= I2C_SMBUS_BLOCK_MAX && *buf > 0) {len = i2c_dw_recv_len(dev, *buf);}buf++;dev->rx_outstanding--;}if (len > 0) {dev->status |= STATUS_READ_IN_PROGRESS;dev->rx_buf_len = len;dev->rx_buf = buf;return;} elsedev->status &= ~STATUS_READ_IN_PROGRESS;}
}

发中断处理。由函数i2c_dw_xfer_msg实现，其内容为：

static void
i2c_dw_xfer_msg(struct dw_i2c_dev *dev)
{struct i2c_msg *msgs = dev->msgs;u32 intr_mask;int tx_limit, rx_limit;u32 addr = msgs[dev->msg_write_idx].addr;u32 buf_len = dev->tx_buf_len;u8 *buf = dev->tx_buf;bool need_restart = false;intr_mask = DW_IC_INTR_MASTER_MASK;for (; dev->msg_write_idx < dev->msgs_num; dev->msg_write_idx++) {u32 flags = msgs[dev->msg_write_idx].flags;if (msgs[dev->msg_write_idx].addr != addr) {dev_err(dev->dev,"%s: invalid target address\n", __func__);dev->msg_err = -EINVAL;break;}if (!(dev->status & STATUS_WRITE_IN_PROGRESS)) {/* new i2c_msg */buf = msgs[dev->msg_write_idx].buf;buf_len = msgs[dev->msg_write_idx].len;if ((dev->master_cfg & DW_IC_CON_RESTART_EN) &&(dev->msg_write_idx > 0))need_restart = true;}tx_limit = dev->tx_fifo_depth - dw_readl(dev, DW_IC_TXFLR);rx_limit = dev->rx_fifo_depth - dw_readl(dev, DW_IC_RXFLR);while (buf_len > 0 && tx_limit > 0 && rx_limit > 0) {u32 cmd = 0;if (dev->msg_write_idx == dev->msgs_num - 1 &&buf_len == 1 && !(flags & I2C_M_RECV_LEN))cmd |= BIT(9);if (need_restart) {cmd |= BIT(10);need_restart = false;}if (msgs[dev->msg_write_idx].flags & I2C_M_RD) {/* Avoid rx buffer overrun */if (dev->rx_outstanding >= dev->rx_fifo_depth)break;dw_writel(dev, cmd | 0x100, DW_IC_DATA_CMD);rx_limit--;dev->rx_outstanding++;} else{//发送数据dw_writel(dev, cmd | *buf++, DW_IC_DATA_CMD);}tx_limit--; buf_len--;}dev->tx_buf = buf;dev->tx_buf_len = buf_len;if (buf_len > 0 || flags & I2C_M_RECV_LEN) {/* more bytes to be written */dev->status |= STATUS_WRITE_IN_PROGRESS;break;} elsedev->status &= ~STATUS_WRITE_IN_PROGRESS;}if (dev->msg_write_idx == dev->msgs_num)intr_mask &= ~DW_IC_INTR_TX_EMPTY;if (dev->msg_err)intr_mask = 0;//清除发送中断dw_writel(dev, intr_mask,  DW_IC_INTR_MASK);
}

【注释】：

dw_i2c驱动使用中断的方式来传输数据，其发送中断的大致机制为：当TX_FIFO里的数据量低于FIFO的阈值，则会触发中断。

在驱动中实现机制是：系统上电时，没有使能发送中断；当有数据发送时，调用到master_xfer函数指针时，会进行发送中断使能，此时TX_FIFO为空，发送中断触发，进入中断服务函数中进行数据发送处理。

3.5 DW_I2C从机probe函数

从机probe函数由i2c_dw_probe_slave实现，完成从机配置，其函数流程为：

3.5.1 传输变量i2c_dw_algo

在例化adapter成员变量时，i2c_dw_algo如下：

static const struct i2c_algorithm i2c_dw_algo = {.functionality = i2c_dw_func,.reg_slave = i2c_dw_reg_slave,.unreg_slave = i2c_dw_unreg_slave,
};

由于作为从机，i2c_dw_algo变量没有提供传输函数，但是在i2c_dw_reg_slave中，实现作为从机时其从机地址的设置。

【注释】

在i2c_dw_reg_slave函数中，设置从机地址时，实际是被i2c_slave_register调用。

i2c_slave_register函数在添加i2c设备时，设备驱动会使用到，比如eeprom驱动。

因此在控制器作为从机设置从机地址时，设置方法如下所示：
i2c0: i2c@1cc30000 {#address-cells = <1>;#size-cells = <0>;compatible = "snps,designware-i2c";reg = <0x1cc30000 0x1000>;interrupt-parent = <&gic>;interrupts = <0 117 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;clock-names = "ic_clk", "pclk";clocks = <&sysclk1>, <&sysclk1>;clock-frequency = <100000>;status = "okay";//test for i2c slaveeeprom@64{ 			compatible = "slave-24c02";reg = <0x40000064>;  //控制器从机地址为0x64};};

3.5.2 中断服务函数i2c_dw_isr_slave

在i2c_dw_isr_slave中断服务函数中，实际调用的是i2c_dw_irq_handler_slave，函数内容为：

static int i2c_dw_irq_handler_slave(struct dw_i2c_dev *dev)
{u32 raw_stat, stat, enabled;u8 val, slave_activity;stat = dw_readl(dev, DW_IC_INTR_STAT);enabled = dw_readl(dev, DW_IC_ENABLE);raw_stat = dw_readl(dev, DW_IC_RAW_INTR_STAT);slave_activity = ((dw_readl(dev, DW_IC_STATUS) &DW_IC_STATUS_SLAVE_ACTIVITY) >> 6);...if (stat & DW_IC_INTR_RD_REQ) { //接受到读请求if (slave_activity) {if (stat & DW_IC_INTR_RX_FULL) {val = dw_readl(dev, DW_IC_DATA_CMD);  //将FIFO数据读取出来if (!i2c_slave_event(dev->slave,I2C_SLAVE_WRITE_RECEIVED,&val)) {dev_vdbg(dev->dev, "Byte %X acked!",val);}dw_readl(dev, DW_IC_CLR_RD_REQ);stat = i2c_dw_read_clear_intrbits_slave(dev);} else {dw_readl(dev, DW_IC_CLR_RD_REQ);dw_readl(dev, DW_IC_CLR_RX_UNDER);stat = i2c_dw_read_clear_intrbits_slave(dev);}if (!i2c_slave_event(dev->slave,I2C_SLAVE_READ_REQUESTED,&val))dw_writel(dev, val, DW_IC_DATA_CMD);}}if (stat & DW_IC_INTR_RX_DONE) {if (!i2c_slave_event(dev->slave, I2C_SLAVE_READ_PROCESSED,&val))dw_readl(dev, DW_IC_CLR_RX_DONE);i2c_slave_event(dev->slave, I2C_SLAVE_STOP, &val);stat = i2c_dw_read_clear_intrbits_slave(dev);return 1;}if (stat & DW_IC_INTR_RX_FULL) {val = dw_readl(dev, DW_IC_DATA_CMD);if (!i2c_slave_event(dev->slave, I2C_SLAVE_WRITE_RECEIVED,&val))dev_vdbg(dev->dev, "Byte %X acked!", val);} else {i2c_slave_event(dev->slave, I2C_SLAVE_STOP, &val);stat = i2c_dw_read_clear_intrbits_slave(dev);}return 1;
}

在处理读写数据时，使用i2c_slave_event函数进行处理，下一小节将介绍。

3.5.3 I2C slave events

在上一小节中，多次调用i2c_slave_event函数，这是i2c控制器作为从机时的事件机制，函数原型为：

static inline int i2c_slave_event(struct i2c_client *client,enum i2c_slave_event event, u8 *val)

client 描述I2C slave设备。 event 是下面描述的特殊事件类型之一。 val 为要读/写的数据字节保存一个u8值，因此是双向的。即使val不用于事件，也必须始终提供指向val的指针，即不要在这里使用NULL。

event事件类型有：

I2C_SLAVE_WRITE_REQUESTED：val未使用, ret总是 0。

另一个I2C master想要向我们写入数据。一旦检测到我们自己的地址和写位，就应该发送这个事件。数据还没有到达，所以没有需要处理或返回的内容。
I2C_SLAVE_READ_REQUESTED：val返回要发送的第一个字节, ret总是 0。

另一个I2C master想从我们这里读取数据。一旦检测到我们自己的地址和读位，就应该发送此事件。返回后，总线驱动程序应该发送第一个字节。
I2C_SLAVE_WRITE_RECEIVED：val总线驱动发送接收的字节, ret0表示该字节被ACK，errno表示该字节被NACK。

另一个I2C master发送了一个字节给我们，需要在val中设置。如果ret为零，总线驱动程序应该ack这个字节。如果ret是errno，则该字节应该被删除。
I2C_SLAVE_READ_PROCESSED：val返回要发送的下一个字节, ret总是 0。

总线驱动请求将下一个字节以val 的形式发送给另一个I2C master。
I2C_SLAVE_STOP：val未使用, ret总是 0。

接收到停止条件。