第一百四十二章：I2C
合道期涉及内核源码：
一
林小源从设备树的高处走下来，来到山脚的一条小溪旁。溪水很浅，只没过脚踝，但溪面上架着一座奇特的桥——桥面只有两根绳索，一根是绿色的，一根是蓝色的。
"这是什么桥？"林小源问。
"I2C 总线。"一个细小的声音从桥头传来。
林小源低头一看，桥头坐着一个身材矮小的老者，穿着绿色的袍子，袍子上绣着 和 两个字母。
"两根线就够了？"林小源有些惊讶。
"够了。"老者说，声音虽然细小但很清晰，"SDA 是数据线，SCL 是时钟线。一根传数据，一根传时钟。主设备拉低 SDA 发起通信，然后通过时钟线同步数据传输。就这么简单。"
老者站起身，带着林小源走上了桥。桥面上刻着一个个地址——0x03、0x48、0x50、0x68、0x77。
"每个地址代表一个 I2C 设备。"老者说，"I2C 总线上的每个设备都有唯一的 7 位地址。主机通过地址选择要通信的设备——就像点名一样，叫到谁谁就应答。"
"但 Linux 里的 I2C 驱动分两层看。"老者把小桥下的水脉拨开，露出 adapter 与 client 两块石碑，"i2c_adapter 代表主机控制器，真正驱动硬件发时钟； 代表挂在某个地址上的从设备。设备驱动通常不创建 client，它在 里拿到 client，保存设备私有数据，再通过 SMBus 或 I2C transfer 访问芯片。"
"client 从哪里来？"
"来自设备树、ACPI、板级表，或者总线驱动明确调用 i2c_new_client_device()。盲目扫描地址是旧办法，新驱动要谨慎；I2C 协议没有标准方式证明某个地址上到底是什么芯片，误探测可能把读操作变成别的设备眼里的写操作。"
双碑初试
Linux I2C 中，代表主机控制器的是 i2c_adapter；代表某个地址上设备的结构是什么？
/*
* I2C 的特点:
*
* 两根线: SDA (数据) + SCL (时钟)
* 主从模式: 主机发起通信
* 地址寻址: 每个设备有唯一地址
* 速度: 100K/400K/3.4M
*
* I2C 驱动:
* struct i2c_driver:
* probe — 初始化
* remove — 移除
* id_table — 匹配表
*
* I2C 通信:
* i2c_master_send — 发送数据
* i2c_master_recv — 接收数据
* i2c_transfer — 传输消息
*
* 设备树描述:
* sensor@48 {
* compatible = "vendor,sensor";
* reg = <0x48>;
* };
*/
printf("=== I2C — 低速串行总线 ===\n\n");
printf("I2C 的特点:\n");
printf(" 两根线: SDA + SCL\n");
printf(" 主从模式\n");
printf(" 地址寻址\n");
printf(" 速度: 100K/400K/3.4M\n\n");
printf("--- I2C 驱动 ---\n");
printf("struct i2c_driver my_drv = {\n");
printf(" .probe = my_probe,\n");
printf(" .remove = my_remove,\n");
printf(" .id_table = my_ids,\n");
printf(" .driver = {\n");
printf(" .name = \"my_sensor\",\n");
printf(" .of_match_table = my_of_ids,\n");
printf(" },\n");
printf("};\n\n");
printf("--- I2C 通信 ---\n");
printf("发送数据:\n");
printf(" i2c_master_send(client, buf, len)\n\n");
printf("接收数据:\n");
printf(" i2c_master_recv(client, buf, len)\n\n");
printf("传输消息:\n");
printf(" i2c_transfer(adapter, msgs, num)\n\n");
printf("--- 设备树描述 ---\n");
printf("sensor@48 {\n");
printf(" compatible = \"vendor,sensor\";\n");
printf(" reg = <0x48>; // I2C 地址\n");
printf("};\n\n");
printf("--- I2C 设备 ---\n");
printf("传感器: 温度、湿度、加速度\n");
printf("EEPROM: 小容量存储\n");
printf("RTC: 实时时钟\n");
printf("显示屏: OLED、LCD\n");#include <stdio.h>
/*
* I2C 的特点:
*
* 两根线: SDA (数据) + SCL (时钟)
* 主从模式: 主机发起通信
* 地址寻址: 每个设备有唯一地址
* 速度: 100K/400K/3.4M
*
* I2C 驱动:
* struct i2c_driver:
* probe — 初始化
* remove — 移除
* id_table — 匹配表
*
* I2C 通信:
* i2c_master_send — 发送数据
* i2c_master_recv — 接收数据
* i2c_transfer — 传输消息
*
* 设备树描述:
* sensor@48 {
* compatible = "vendor,sensor";
* reg = <0x48>;
* };
*/
int main() {
printf("=== I2C — 低速串行总线 ===\n\n");
printf("I2C 的特点:\n");
printf(" 两根线: SDA + SCL\n");
printf(" 主从模式\n");
printf(" 地址寻址\n");
printf(" 速度: 100K/400K/3.4M\n\n");
printf("--- I2C 驱动 ---\n");
printf("struct i2c_driver my_drv = {\n");
printf(" .probe = my_probe,\n");
printf(" .remove = my_remove,\n");
printf(" .id_table = my_ids,\n");
printf(" .driver = {\n");
printf(" .name = \"my_sensor\",\n");
printf(" .of_match_table = my_of_ids,\n");
printf(" },\n");
printf("};\n\n");
printf("--- I2C 通信 ---\n");
printf("发送数据:\n");
printf(" i2c_master_send(client, buf, len)\n\n");
printf("接收数据:\n");
printf(" i2c_master_recv(client, buf, len)\n\n");
printf("传输消息:\n");
printf(" i2c_transfer(adapter, msgs, num)\n\n");
printf("--- 设备树描述 ---\n");
printf("sensor@48 {\n");
printf(" compatible = \"vendor,sensor\";\n");
printf(" reg = <0x48>; // I2C 地址\n");
printf("};\n\n");
printf("--- I2C 设备 ---\n");
printf("传感器: 温度、湿度、加速度\n");
printf("EEPROM: 小容量存储\n");
printf("RTC: 实时时钟\n");
printf("显示屏: OLED、LCD\n");
return 0;
}二
"速度怎么样？"林小源问，"只有两根线，能快到哪去？"
老者苦笑了一下："标准模式 100Kbps，快速模式 400Kbps，高速模式 3.4Mbps。跟 PCI、SPI 比起来，确实慢。"
"那为什么还有人用 I2C？"
"因为简单。"老者说，"两根线就够了，节省引脚。你想想，一个 SoC 芯片的引脚是有限的——如果每个低速设备都用四根线（像 SPI），引脚根本不够用。I2C 两根线就能挂十几个设备，每个设备一个地址，通过地址寻址。"
老者指着桥面上的那些地址："温度传感器 0x48、EEPROM 0x50、RTC 0x68——它们共用两根线，互不干扰。主机要跟谁说话，先发地址，只有地址匹配的设备才会应答。"
"半双工是什么意思？"
"同一时刻只能一个方向传输。"老者说，"主机发数据的时候，从机只能收；从机发数据的时候，主机只能收。不能同时收发——因为只有一根数据线。"
林小源点了点头：I2C 的优势不在速度，而在简洁。两根线、十几个设备、地址寻址——对于传感器、EEPROM、RTC 这些低速设备来说，已经足够了。
"还有一个旁支叫 SMBus。"老者说，"它和 I2C 很像，但有自己的事务类型和限制。很多 PC 硬件监控芯片走的是 SMBus 风格，所以驱动里常见 i2c_smbus_read_byte_data()、i2c_smbus_write_word_data() 这类 helper。能用简单寄存器读写时，不必自己拼复杂消息。"
简桥之试
I2C 驱动访问寄存器式设备时，常用的一类 SMBus helper 前缀是什么？
三
"I2C 驱动怎么写？"林小源问。
"跟 platform 驱动类似。"老者说，"定义一个 结构体，填好 probe、remove 和匹配表。匹配可以用 （传统方式），也可以用 （设备树方式）。"
"probe 里做什么？"
"初始化设备。"老者说，"通过 结构体访问设备—— 发数据， 收数据。如果需要更复杂的操作，用 发送多个消息。"
老者从桥头拿起一块水晶，递给林小源。水晶内部浮现出一个温度传感器的画面——传感器通过 I2C 总线向主机报告温度数据，每次传输只有几个字节。
"驱动名字也不能随便起。"老者补充，"i2c_driver.driver.name 不应含空格，通常要和模块名相配，方便热插拔/冷插拔自动加载。每个 client 还可以用 i2c_set_clientdata() 保存私有状态，remove 或 probe 失败时，核心会清理这块指针。"
"I2C 就是这么用的。"老者说，"数据量小、速度要求不高、引脚要省——选 I2C 准没错。但如果你要传大量数据，比如刷屏幕、读 Flash，那得用 SPI。"
私藏之试
I2C client 上保存驱动私有数据的 helper 是 i2c_set_clientdata；读取它的 helper 是什么？
道藏笔记
内核启示
I2C 是连接低速设备的串行总线。
I2C 的特点：
- 两根线（SDA、SCL）
- 主从模式
- 地址寻址
- 速度：100K/400K/3.4M
I2C 驱动：
i2c_master_send/recv— 发送/接收数据- — 传输消息
i2c_adapter— 主机控制器- — 某地址上的设备
i2c_smbus_*— 常见寄存器式 SMBus/I2C helper- 新代码避免不可靠的盲目地址探测
I2C 是"简单"的总线——两根线连接多个设备。
I2C 之试
I2C 设备进行一次或多次消息传输时，本章对应的核心调用是什么？