4、I2C驱动开发：I2C总线协议、MTK I2C控制器、DTS配置、I2C client驱动编写、读写时序

好，咱们进入第四章节。I2C这个总线，说实话，在嵌入式开发里太常见了。传感器、触摸屏、音频Codec，十有八九都挂在I2C上。MTK平台也不例外。这一章，我会把I2C驱动开发的几个关键点串起来讲，从协议到代码，咱们一步步来。

4.1 I2C总线协议速览

I2C协议本身并不复杂。两条线：SCL（时钟）和SDA（数据）。主设备发起通信，从设备响应地址。我个人习惯把I2C通信比作打电话：主设备先拨号（发送从机地址+读写位），从机应答后，就开始传数据。

这里有几个关键点，我提一下：

• 起始条件：SCL高电平时，SDA从高变低。
• 停止条件：SCL高电平时，SDA从低变高。
• 应答机制：每发送一个字节，接收方必须拉低SDA作为ACK。如果没收到ACK，主设备可以发停止信号终止传输。

4.2 MTK I2C控制器架构

MTK的I2C控制器，说白了就是一个硬件状态机。它负责处理SCL时钟生成、数据移位、起始/停止条件等底层细节。我们驱动开发者，主要操作的是它的寄存器。

MTK的I2C控制器有几个关键寄存器：

寄存器	作用
CON	控制寄存器，配置主从模式、中断使能等
TAR	目标地址寄存器，设置从机地址
DATA_CMD	数据命令寄存器，写数据或读数据
SS_SCL_HCNT / SS_SCL_LCNT	标准模式下SCL高/低电平计数，决定时钟频率
FS_SCL_HCNT / FS_SCL_LCNT	快速模式下SCL高/低电平计数

嗯，这里要注意。MTK的I2C控制器支持标准模式（100kHz）和快速模式（400kHz）。时钟频率是通过配置SCL高/低电平计数来实现的。我建议你根据外设的数据手册来选模式，别一味追求高速。有些老旧的传感器，跑400kHz可能不稳定。

4.3 DTS配置：设备树里怎么描述I2C设备

在MTK平台上，I2C控制器和挂载的设备，都是在设备树（DTS）里描述的。我个人觉得，DTS配置是I2C驱动开发里最容易出错的地方之一。

一个典型的I2C控制器节点长这样：

i2c0: i2c@11009000 {
    compatible = "mediatek,mt6765-i2c";
    reg = <0x11009000 0x1000>;
    interrupts = <GIC_SPI 76 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;
    clock-frequency = <400000>;
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    status = "okay";

    /* 挂载的从设备 */
    touchscreen@38 {
        compatible = "goodix,gt911";
        reg = <0x38>;
        interrupt-parent = <&pio>;
        interrupts = <10 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>;
        reset-gpios = <&pio 11 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    };
};

这里有几个关键点：

• clock-frequency：设置I2C总线频率。我习惯先设400000，如果通信不稳定再降到100000。
• reg：从设备的I2C地址。注意是7位地址，比如0x38。
• interrupts：如果设备支持中断，这里要配好。我曾经遇到一个触摸屏，中断引脚没配对，导致中断一直触发不了，触摸没反应。

4.4 I2C Client驱动编写

I2C client驱动，说白了就是写一个内核模块，注册到I2C子系统里。核心结构体是i2c_driver和i2c_client。

一个最简单的I2C client驱动框架：

#include <linux/i2c.h>
#include <linux/module.h>

static int my_i2c_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)
{
    dev_info(&client->dev, "I2C device found!\n");
    /* 初始化硬件、注册输入设备等 */
    return 0;
}

static int my_i2c_remove(struct i2c_client *client)
{
    dev_info(&client->dev, "I2C device removed!\n");
    return 0;
}

static const struct i2c_device_id my_i2c_id[] = {
    { "my_i2c_device", 0 },
    { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, my_i2c_id);

static struct i2c_driver my_i2c_driver = {
    .driver = {
        .name = "my_i2c_driver",
        .of_match_table = of_match_ptr(my_i2c_of_match),
    },
    .probe = my_i2c_probe,
    .remove = my_i2c_remove,
    .id_table = my_i2c_id,
};

module_i2c_driver(my_i2c_driver);
MODULE_LICENSE("GPL");

嗯，这里要注意。probe函数里，你可以通过client->addr获取设备地址，通过client->irq获取中断号。我建议你在probe里先读一下设备的ID寄存器，确认通信正常，再继续初始化。

4.5 读写时序：SMBus vs 原生I2C

I2C的读写操作，Linux内核提供了两套API：SMBus和原生I2C。SMBus是I2C的一个子集，操作更简单，但功能有限。原生I2C更灵活，可以自定义消息序列。

我个人习惯：如果设备支持SMBus协议，优先用SMBus API，代码更简洁。如果设备需要复杂的读写时序（比如先写寄存器地址，再读多个字节），那就用原生I2C。

SMBus读写示例：

// 读一个字节
s32 val = i2c_smbus_read_byte_data(client, reg_addr);

// 写一个字节
i2c_smbus_write_byte_data(client, reg_addr, val);

原生I2C读写示例：

// 构造消息
struct i2c_msg msg[2];
u8 write_buf[] = { reg_addr };
u8 read_buf[10];

msg[0].addr = client->addr;
msg[0].flags = 0; // 写
msg[0].len = 1;
msg[0].buf = write_buf;

msg[1].addr = client->addr;
msg[1].flags = I2C_M_RD; // 读
msg[1].len = 10;
msg[1].buf = read_buf;

// 发送消息
i2c_transfer(client->adapter, msg, 2);

4.6 调试技巧：用i2c-tools快速验证

在写驱动之前，我建议先用i2c-tools工具验证一下硬件通信是否正常。MTK平台上，i2c-tools通常已经编译进系统了。

常用命令：

• i2cdetect -l：列出所有I2C总线。
• i2cdetect -y 0：扫描总线0上的设备，显示地址。
• i2cget -y 0 0x38 0x00：从地址0x38的设备，读寄存器0x00的值。
• i2cset -y 0 0x38 0x00 0xFF：向地址0x38的设备，写寄存器0x00为0xFF。

嗯，这里要注意。i2cdetect扫描时，如果某个地址显示"UU"，表示该地址已被内核驱动占用。如果显示"--"，表示无应答。如果显示数字（如0x38），表示设备应答了。我习惯先用i2cdetect确认设备地址，再写驱动，这样能省不少调试时间。

下一章，咱们聊聊SPI驱动开发。SPI比I2C快，但线也多，到时候再细说。