驱动分析

I2C设备驱动框架图：

1. 我们先RT-Thread的I2C框架图(这是我自己理解的框架图，如果不对的地方，请指出)：

• 上图是我分析的RTT的I2C框架图。主要分为三层，驱动层-核心层-设备层。如果你分析过Linux的I2C框架，它的层次也是这样子。所以你了解了RTT的I2C之后再去看Linux的I2C框架，其实问题不大。
• 驱动层：分为硬件I2C驱动和软件I2C驱动。
• 核心层： ①其中bit_ops是RTT为软件I2C提供的中间层，它的作用：为底层模拟I2C驱动提供回调接口，为核心层提供统一I2C通信接口。②而硬件I2C则直接对接核心层，提供统一I2C通信接口。③RTT在核心层上，也像pin驱动那样，封装了一套API(虚线箭头)，供用户直接使用。④dev是提供RTT设备驱动框架的统一的API(实现箭头)。⑤注意的是：模拟I2C驱动到核心层，增加了一层中间层。
• 设备层：设备就是杂七杂八的使用I2C的总线的设备。而这些设备可以选择使用RTT驱动框架的API，也可以选择RTT封装好的API。

1. 通过上述的描述，可能还没了解的很清晰。下面我根据两种不同方式的驱动，两种不同的API，逐一分析，并且会结合试验来验证。

driver 层：

• RT-Thread的I2C驱动，分为两种类型：硬件I2C和软件I2C。在stm32的BSP中提供了软件I2C的驱动，不过为了全面介绍，硬件I2C的对接，作者也进行简单的对接和实现。

软件I2C：

1. 软件I2C的层次图：

1. drv_soft_i2c层: 主要进行软件I2C所用到scl引脚，sda引脚初始化。scl引脚和sda引脚的获取电平和设置电平接口和延时函数(udelay)。并对接bit_opt层提供的操作结构体：struct rt_i2c_bit_ops。并通过rt_i2c_bit_add_bus注册，提供给bit_opt层回调。

• struct rt_i2c_bit_ops结构体：

struct rt_i2c_bit_ops{    void *data;    void (*set_sda)(void *data, rt_int32_t state);    void (*set_scl)(void *data, rt_int32_t state);    rt_int32_t (*get_sda)(void *data);    rt_int32_t (*get_scl)(void *data);    void (*udelay)(rt_uint32_t us);    rt_uint32_t delay_us;    rt_uint32_t timeout;};

函数指针 功能 void (set_sda)(void data, rt_int32_t state) 设置SDA电平 void (set_scl)(void data, rt_int32_t state); 设置SCL电平 rt_int32_t (get_sda)(void data); 获取SDA电平 rt_int32_t (get_scl)(void data); 获取SCL电平 void (*udelay)(rt_uint32_t us); 软件I2C时序所需要的的延时函数

• rt_i2c_bit_add_bus接口，主要注册软件I2C的引脚操作的回调函数。

1. bit_opt层：可以归纳为驱动层。其主要实现软件I2C的时序等逻辑，并提供对应的I2C的收发处理函数，为drv_soft_i2c层提供提供了(struct rt_i2c_bit_ops)注册接口和(rt_i2c_bit_add_bus)接口，为i2c_core层提供主机模式的数据处理函数。bit_opt层主要对接到i2c_core层提供操作结构体：struct rt_i2c_bus_device_ops以及i2c总线的注册函数rt_i2c_bus_device_register：

• struct rt_i2c_bus_device_ops结构体：

struct rt_i2c_bus_device_ops{    rt_size_t (*master_xfer)(struct rt_i2c_bus_device *bus,                             struct rt_i2c_msg msgs[],                             rt_uint32_t num);    rt_size_t (*slave_xfer)(struct rt_i2c_bus_device *bus,                            struct rt_i2c_msg msgs[],                            rt_uint32_t num);    rt_err_t (*i2c_bus_control)(struct rt_i2c_bus_device *bus,                                rt_uint32_t,                                rt_uint32_t);};

函数指针 功能 master_xfer 主机模式的数据收发 slave_xfer 从机模式的数据收发 i2c_bus_control i2c总线的的操作参数等设置

• rt_i2c_bus_device_register接口：主要注册I2C总线和收发数据的回调函数。

1. 软件I2C驱动总结：rt-thread的软件I2C，如果要对接其他平台，只需要对接好结构体：struct rt_i2c_bit_ops。而软件I2C的逻辑完全不用理会，全部由bit_opt层管理。

硬件I2C

1. 硬件I2C的层次图：

1. drv_hw_i2c层：没有软件I2C的bit_opt层，而是直接对接i2c_core层提供的结构体：struct rt_i2c_bus_device_ops。作者为了简单说明，写了个例子(简单粗暴的例子)：

struct rt_i2c_bus_device i2c1_bus;I2C_HandleTypeDef hi2c1;static rt_err_t i2c_hw_init(void){    hi2c1.Instance = I2C1;    hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;    hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;    hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;    hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;    hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;    hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;    hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;    hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;    if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)    {      Error_Handler();    }    return RT_EOK;}static rt_size_t i2c_xfer(struct rt_i2c_bus_device *bus, struct rt_i2c_msg msgs[], rt_uint32_t num){    struct rt_i2c_msg *msg;    rt_int32_t i, ret;    for(i = 0; i< num; i++)    {        msg = &msgs[i];        if(msg->flags & RT_I2C_RD)        {            HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, msg->addr, msg->buf, msg->len, 100);        }        else        {            HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, msg->addr, msg->buf, msg->len, 100);        }    }    ret = i;    return ret;}static const struct rt_i2c_bus_device_ops i2c_bus_ops ={    i2c_xfer,    RT_NULL,    RT_NULL};int rt_i2c_hw_init(void){    i2c_hw_init();    i2c1_bus.ops = &i2c_bus_ops;    rt_i2c_bus_device_register(&i2c1_bus, "hw_i2c");    return RT_EOK;}INIT_DEVICE_EXPORT(rt_i2c_hw_init);

1. 以上硬件I2C对接，我只是对接了master_xfer。
2. 硬件I2C驱动总结：如果你是采用硬件I2C，那么就不需要去关乎bit_opt层，其实通过上面的描述，你不难理解bit_opt层和drv_hw_i2c层其实对接都是i2c_core层的结构。这也是我为什么把bit_opt层归纳为驱动层来讲解了。

core 层：

1. i2c_core层为驱动层提供结构体：struct rt_i2c_bus_device_ops。为设备层提供I2C的数据收发处理函数。
2. 其实i2c_core层主要是封装了一层API直接提供给用户层设备调用。

函数 说明 rt_i2c_bus_device_find 查找i2c总线 rt_i2c_transfer 主机模式的i2c数据传输 rt_i2c_master_send 主机模式的i2c数据发送 rt_i2c_master_recv 主机模式的i2c数据接受

1. 其中rt_i2c_master_send函数和rt_i2c_master_recv函数是调用rt_i2c_transfer函数，而rt_i2c_transfer函数是调用master_xfer回调函数。如果你是使用这些接口，那么device层可以不用理会。

device 层：

1. i2c_dev层，对接rt-thread设备驱动框架。提供read，write，control函数。并通过函数rt_device_register注册到设备驱动框架。下面我也会使用这些接口来实现控制OLED。

函数 说明 i2c_bus_device_read I2C读操作 i2c_bus_device_write I2C写操作 i2c_bus_device_control I2C总线的控制

软件I2C设计：

• 关键代码, 注意软件I2C的地址需要偏移一位：

struct rt_i2c_bus_device *i2c_bus;#define OLED_I2C_BUS_NAME       "i2c1"#define OLED_ADDRESS            0x3cstatic rt_err_t write_reg(struct rt_i2c_bus_device *bus, rt_uint8_t reg, rt_uint8_t data){    rt_uint8_t buf[2];    struct rt_i2c_msg msgs;    buf[0] = reg;    buf[1] = data;    msgs.addr = OLED_ADDRESS;    msgs.flags = RT_I2C_WR;    msgs.buf = buf;    msgs.len = 2;    /@@* 调用I2C设备接口传输数据 */    rt_i2c_transfer(bus, &msgs, 1);    return RT_EOK;}static rt_err_t read_regs(struct rt_i2c_bus_device *bus, rt_uint8_t len, rt_uint8_t *buf){    struct rt_i2c_msg msgs;    msgs.addr = OLED_ADDRESS;    msgs.flags = RT_I2C_RD;    msgs.buf = buf;    msgs.len = len;    /@@* 调用I2C设备接口传输数据 */    rt_i2c_transfer(bus, &msgs, 1);    return RT_EOK;}int oled_init(void){   i2c_bus = rt_i2c_bus_device_find(OLED_I2C_BUS_NAME);   if(i2c_bus == RT_NULL)   {      rt_kprintf("find i2c bus fail!");      return RT_ERROR;   }   rt_kprintf("find i2c bus success!");   ......}

• 效果图：

硬件I2C设计：

• 关键代码，注意硬件I2C的地址不需要偏移：

struct rt_i2c_bus_device *i2c_bus;#define OLED_I2C_BUS_NAME       "hw_i2c"#define OLED_ADDRESS            0x78static rt_err_t write_reg(struct rt_i2c_bus_device *bus, rt_uint8_t reg, rt_uint8_t data){    rt_uint8_t buf[2];    struct rt_i2c_msg msgs;    buf[0] = reg;    buf[1] = data;    msgs.addr = OLED_ADDRESS;    msgs.flags = RT_I2C_WR;    msgs.buf = buf;    msgs.len = 2;    /@@* 调用I2C设备接口传输数据 */    rt_i2c_transfer(bus, &msgs, 1);    return RT_EOK;}static rt_err_t read_regs(struct rt_i2c_bus_device *bus, rt_uint8_t len, rt_uint8_t *buf){    struct rt_i2c_msg msgs;    msgs.addr = OLED_ADDRESS;    msgs.flags = RT_I2C_RD;    msgs.buf = buf;    msgs.len = len;    /@@* 调用I2C设备接口传输数据 */    rt_i2c_transfer(bus, &msgs, 1);    return RT_EOK;}int oled_init(void){   i2c_bus = rt_i2c_bus_device_find(OLED_I2C_BUS_NAME);   if(i2c_bus == RT_NULL)   {      rt_kprintf("find i2c bus fail!");      return RT_ERROR;   }   rt_kprintf("find i2c bus success!");   ......}

使用驱动框架API实现：

• 关键代码：

#define OLED_I2C_BUS_NAME   "hw_i2c"struct rt_device *dev_i2c;#define OLED_ADDRESS        0x78static rt_err_t write_reg(struct rt_device *dev, rt_uint8_t reg, rt_uint8_t data){    rt_uint8_t buf[2];    rt_off_t pos;    rt_uint16_t addr = OLED_ADDRESS;    rt_uint16_t flags = RT_I2C_WR;    buf[0] = reg;    buf[1] = data;    pos = (flags << 16) | addr;    rt_device_write(dev, pos, buf, 2);    return RT_EOK;}static rt_err_t read_regs(struct rt_device *dev, rt_uint8_t len, rt_uint8_t *buf){    rt_off_t pos;    rt_uint16_t addr = OLED_ADDRESS;    rt_uint16_t flags = RT_I2C_WR;    pos = (flags << 16) | addr;    rt_device_write(dev, pos, buf, 2);    return RT_EOK;}int oled_init(void){    dev_i2c = rt_device_find(OLED_I2C_BUS_NAME);    if(dev_i2c == RT_NULL)    {        rt_kprintf("find i2c bus fail!");        return RT_ERROR;    }    rt_kprintf("find i2c bus success!");    rt_device_open(dev_i2c, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);    ....    return RT_EOK;}

总结

• 有了I2C驱动框架，对于上层来说，不管硬件I2C还是软件I2C调用接口都是一样的。
• rt-thread为了方便，直接在核心层提供了一套API，这样用户层调用就更加方便。