harmony 鸿蒙I2C

  • 2022-08-09
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I2C

概述

功能简介

I2C(Inter Integrated Circuit)总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。由于其硬件连接简单、成本低廉,因此被广泛应用于各种短距离通信的场景。

运作机制

在HDF框架中,同类型设备对象较多时(可能同时存在十几个同类型控制器),若采用独立服务模式,则需要配置更多的设备节点,且相关服务会占据更多的内存资源。相反,采用统一服务模式可以使用一个设备服务作为管理器,统一处理所有同类型对象的外部访问(这会在配置文件中有所体现),实现便捷管理和节约资源的目的。I2C模块即采用统一服务模式(如图1)。

在统一模式下,所有的控制器都被核心层统一管理,并由核心层统一发布一个服务供接口层,因此这种模式下驱动无需再为每个控制器发布服务。

I2C模块各分层的作用为:

  • 接口层:提供打开设备,数据传输以及关闭设备的能力。

  • 核心层:主要负责服务绑定、初始化以及释放管理器,并提供添加、删除以及获取控制器的能力。

  • 适配层:由驱动适配者实现与硬件相关的具体功能,如控制器的初始化等。

图 1 I2C统一服务模式结构图

I2C统一服务模式结构图

使用指导

场景介绍

I2C通常用于与各类支持I2C协议的传感器、执行器或输入输出设备进行通信。当驱动开发者需要将I2C设备适配到OpenHarmony时,需要进行I2C驱动适配,下文将介绍如何进行I2C驱动适配。

接口说明

为了保证上层在调用I2C接口时能够正确的操作硬件,核心层在//drivers/hdf_core/framework/support/platform/include/i2c/i2c_core.h中定义了以下钩子函数。驱动适配者需要在适配层实现这些函数的具体功能,并与这些钩子函数挂接,从而完成接口层与核心层的交互。

I2cMethod和I2cLockMethod定义:

struct I2cMethod {
    int32_t (*transfer)(struct I2cCntlr *cntlr, struct I2cMsg *msgs, int16_t count);
};

struct I2cLockMethod { // 锁机制操作结构体
    int32_t (*lock)(struct I2cCntlr *cntlr);
    void (*unlock)(struct I2cCntlr *cntlr);
};

在适配层中,I2cMethod必须被实现,I2cLockMethod可根据实际情况考虑是否实现。核心层提供了默认的I2cLockMethod,其中使用mutex作为保护临界区的锁:

static int32_t I2cCntlrLockDefault(struct I2cCntlr *cntlr)
{
    if (cntlr == NULL) {
        return HDF_ERR_INVALID_OBJECT;
    }
    return OsalMutexLock(&cntlr->lock);
}

static void I2cCntlrUnlockDefault(struct I2cCntlr *cntlr)
{
    if (cntlr == NULL) {
        return;
    }
    (void)OsalMutexUnlock(&cntlr->lock);
}

static const struct I2cLockMethod g_i2cLockOpsDefault = {
    .lock = I2cCntlrLockDefault,
    .unlock = I2cCntlrUnlockDefault,
};

若实际情况不允许使用mutex(例如使用者可能在中断上下文调用I2C接口,mutex可能导致休眠,而中断上下文不允许休眠)时,驱动适配者可以考虑使用其他类型的锁来实现一个自定义的I2cLockMethod。一旦实现了自定义的I2cLockMethod,默认的I2cLockMethod将被覆盖。

表 1 I2cMethod结构体成员函数功能说明

函数成员 入参 出参 返回值 功能
transfer cntlr:结构体指针,核心层I2C控制器。
msgs:结构体指针,用户消息。
count:uint16_t类型,消息数量。
HDF_STATUS相关状态 传递用户消息

表 2 I2cLockMethod结构体成员函数功能说明

函数成员 入参 出参 返回值 功能
lock cntlr:结构体指针,核心层I2C控制器。 HDF_STATUS相关状态 获取临界区锁
unlock cntlr:结构体指针,核心层I2C控制器。 HDF_STATUS相关状态 释放临界区锁

开发步骤

I2C模块适配包含以下四个步骤:

  1. 实例化驱动入口

    • 实例化HdfDriverEntry结构体成员。

    • 调用HDF_INIT将HdfDriverEntry实例化对象注册到HDF框架中。

  2. 配置属性文件

    • 在device_info.hcs文件中添加deviceNode描述。

    • 【可选】添加i2c_config.hcs器件属性文件。

  3. 实例化I2C控制器对象

    • 初始化I2cCntlr成员。

    • 实例化I2cCntlr成员I2cMethod和I2cLockMethod。

      icon-note.gif 说明:
      实例化I2cCntlr成员I2cMethod和I2cLockMethod,详见接口说明

  4. 驱动调试

    【可选】针对新增驱动程序,建议验证驱动基本功能,例如挂载后的信息反馈,消息传输的成功与否等。

开发实例

下方将以Hi3516DV300的驱动//device/soc/hisilicon/common/platform/i2c/i2c_hi35xx.c为示例,展示需要驱动适配者提供哪些内容来完整实现设备功能。

  1. 实例化驱动入口

    驱动入口必须为HdfDriverEntry(在hdf_device_desc.h中定义)类型的全局变量,且moduleName要和device_info.hcs中保持一致。HDF框架会将所有加载的驱动的HdfDriverEntry对象首地址汇总,形成一个类似数组的段地址空间,方便上层调用。

    一般在加载驱动时HDF会先调用Bind函数,再调用Init函数加载该驱动。当Init调用异常时,HDF框架会调用Release释放驱动资源并退出。

    I2C驱动入口开发参考:

    I2C控制器会出现很多个设备挂接的情况,因而在HDF框架中首先会为此类型的设备创建一个管理器对象,并同时对外发布一个管理器服务来统一处理外部访问。这样,用户需要打开某个设备时,会先获取到管理器服务,然后管理器服务根据用户指定参数查找到指定设备。

    I2C管理器服务的驱动由核心层实现,驱动适配者不需要关注这部分内容的实现,但在实现Init函数的时候需要调用核心层的I2cCntlrAdd函数,它会实现相应功能。

    struct HdfDriverEntry g_i2cDriverEntry = {
        .moduleVersion = 1,
        .Init = Hi35xxI2cInit,
        .Release = Hi35xxI2cRelease,
        .moduleName = "hi35xx_i2c_driver",        // 【必要且与config.hcs文件里面匹配】
    };
    HDF_INIT(g_i2cDriverEntry);                   // 调用HDF_INIT将驱动入口注册到HDF框架中
    
    
    // 核心层i2c_core.c管理器服务的驱动入口
    struct HdfDriverEntry g_i2cManagerEntry = {
       .moduleVersion = 1,
       .Bind = I2cManagerBind,
       .Init = I2cManagerInit,
       .Release = I2cManagerRelease,
       .moduleName = "HDF_PLATFORM_I2C_MANAGER",  // 这与device_info.hcs文件中device0对应
    };
    HDF_INIT(g_i2cManagerEntry);
    
  2. 配置属性文件

    完成驱动入口注册之后,下一步请在//vendor/hisilicon/hispark_taurus/hdf_config/device_info/device_info.hcs文件中添加deviceNode信息,并在i2c_config.hcs中配置器件属性。

    deviceNode信息与驱动入口注册相关,器件属性值对于驱动适配者的驱动实现以及核心层I2cCntlr相关成员的默认值或限制范围有密切关系。

    统一服务模式的特点是device_info.hcs文件中第一个设备节点必须为I2C管理器,其各项参数必须如表3设置:

    表 3 device_info.hcs节点参数说明

|成员名|值| |——–|——–| |policy|驱动服务发布的策略,I2C管理器具体配置为2,表示驱动对内核态和用户态都发布服务| |priority|驱动启动优先级(0-200),值越大优先级越低。I2C管理器具体配置为50| |permission|驱动创建设备节点权限,I2C管理器具体配置为0664| |moduleName|驱动名称,I2C管理器固定为HDF_PLATFORM_I2C_MANAGER| |serviceName|驱动对外发布服务的名称,I2C管理器服务名设置为HDF_PLATFORM_I2C_MANAGER| |deviceMatchAttr|驱动私有数据匹配的关键字,I2C管理器设置为hdf_platform_i2c_manager|

从第二个节点开始配置具体I2C控制器信息,此节点并不表示某一路I2C控制器,而是代表一个资源性质设备,用于描述一类I2C控制器的信息。多个控制器之间相互区分的参数是busId和reg_pbase,这在i2c_config.hcs文件中有所体现。

- device_info.hcs配置参考

    ```c
    root {
        device_info {
            match_attr = "hdf_manager";
            device_i2c :: device {
                device0 :: deviceNode {
                    policy = 2;
                    priority = 50;
                    permission = 0644;
                    moduleName = "HDF_PLATFORM_I2C_MANAGER";
                    serviceName = "HDF_PLATFORM_I2C_MANAGER";
                    deviceMatchAttr = "hdf_platform_i2c_manager";
                }
                device1 :: deviceNode {
                    policy = 0;                               // 等于0,不需要发布服务。
                    priority = 55;                            // 驱动启动优先级。
                    permission = 0644;                        // 驱动创建设备节点权限。
                    moduleName = "hi35xx_i2c_driver";         //【必要】用于指定驱动名称,需要与期望的驱动Entry中的moduleName一致。
                    serviceName = "HI35XX_I2C_DRIVER";        //【必要】驱动对外发布服务的名称,必须唯一。
                    deviceMatchAttr = "hisilicon_hi35xx_i2c"; //【必要】用于配置控制器私有数据,要与i2c_config.hcs中对应控制器保持一致,
                                                              // 具体的控制器信息在 i2c_config.hcs中。
                }
            }
        }
    }
    ```

- i2c_config.hcs配置参考

    ```c
    root {
        platform {
            i2c_config {
                match_attr = "hisilicon_hi35xx_i2c";  // 【必要】需要和device_info.hcs中的deviceMatchAttr值一致
                template i2c_controller {             // 模板公共参数,继承该模板的节点如果使用模板中的默认值,则节点字段可以缺省。
                    bus = 0;                          // 【必要】i2c识别号
                    reg_pbase = 0x120b0000;           // 【必要】物理基地址
                    reg_size = 0xd1;                  // 【必要】寄存器位宽
                    irq = 0;                          // 【可选】中断号,由控制器的中断特性决定是否需要
                    freq = 400000;                    // 【可选】频率,初始化硬件控制器的可选参数
                    clk = 50000000;                   // 【可选】控制器时钟,由控制器时钟的初始化流程决定是否需要
                }
                controller_0x120b0000 :: i2c_controller {
                    bus = 0;
                }
                controller_0x120b1000 :: i2c_controller {
                    bus = 1;
                    reg_pbase = 0x120b1000;
                }
                ...
            }
        }
    }
    ```

    需要注意的是,新增i2c_config.hcs配置文件后,必须在hdf.hcs文件中将其包含,否则配置文件无法生效。

    例如:本例中i2c_config.hcs所在路径为device/soc/hisilicon/hi3516dv300/sdk_liteos/hdf_config/i2c/i2c_config.hcs,则必须在产品对应的hdf.hcs中添加如下语句:

    ```c
    #include "../../../../device/soc/hisilicon/hi3516dv300/sdk_liteos/hdf_config/i2c/i2c_config.hcs" // 配置文件相对路径
    ```
  1. 实例化I2C控制器对象

    完成驱动入口注册之后,下一步就是以核心层I2cCntlr对象的初始化为核心,包括驱动适配者自定义结构体(传递参数和数据),实例化I2cCntlr成员I2cMethod(让用户可以通过接口来调用驱动底层函数),实现HdfDriverEntry成员函数(Bind,Init,Release)。

    • 自定义结构体参考

      从驱动的角度看,自定义结构体是参数和数据的载体,而且i2c_config.hcs文件中的数值会被HDF读入通过DeviceResourceIface来初始化结构体成员,其中一些重要数值也会传递给核心层I2cCntlr对象,例如设备号、总线号等。

      // 驱动适配者自定义结构体
      struct Hi35xxI2cCntlr {
          struct I2cCntlr cntlr;            // 【必要】是核心层控制对象,具体描述见下面。
          OsalSpinlock spin;                // 【必要】驱动适配者需要基于此锁变量对各个i2c操作函数实现对应的加锁解锁。
          volatile unsigned char  *regBase; // 【必要】寄存器基地址
          uint16_t regSize;                 // 【必要】寄存器位宽
          int16_t bus;                      // 【必要】i2c_config.hcs文件中可读取具体值
          uint32_t clk;                     // 【可选】驱动适配者自定义
          uint32_t freq;                    // 【可选】驱动适配者自定义
          uint32_t irq;                     // 【可选】驱动适配者自定义
          uint32_t regBasePhy;              // 【必要】寄存器物理基地址
      };
      
      
      // I2cCntlr是核心层控制器结构体,其中的成员在Init函数中会被赋值。
      struct I2cCntlr {
          struct OsalMutex lock;
          void *owner;
          int16_t busId;
          void *priv;
          const struct I2cMethod *ops;
          const struct I2cLockMethod *lockOps;
      };
      
    • I2cCntlr成员钩子函数结构体I2cMethod的实例化,和锁机制钩子函数结构体I2cLockMethod实例化,其他成员在Init函数中初始化。

      // i2c_hi35xx.c中的示例
      static const struct I2cMethod g_method = {
          .transfer = Hi35xxI2cTransfer,
      };
      
      
      static const struct I2cLockMethod g_lockOps = {
          .lock = Hi35xxI2cLock,     // 加锁函数
          .unlock = Hi35xxI2cUnlock, // 解锁函数
      };
      
    • Init函数开发参考

      入参:

      HdfDeviceObject是整个驱动对外提供的接口参数,具备HCS配置文件的信息。

      返回值:

      HDF_STATUS相关状态(表4为部分展示,如需使用其他状态,可参考//drivers/hdf_core/interfaces/inner_api/utils/hdf_base.h中HDF_STATUS定义)。

      表 4 HDF_STATUS相关状态说明

    |状态(值)|问题描述| |——–|——–| |HDF_ERR_INVALID_OBJECT|控制器对象非法| |HDF_ERR_INVALID_PARAM|参数非法| |HDF_ERR_MALLOC_FAIL|内存分配失败| |HDF_ERR_IO|I/O错误| |HDF_SUCCESS|传输成功| |HDF_FAILURE|传输失败|

    函数说明:
    
    
    初始化自定义结构体对象,初始化I2cCntlr成员,调用核心层I2cCntlrAdd函数,接入VFS(可选)。
    
    
    ```c
    static int32_t Hi35xxI2cInit(struct HdfDeviceObject *device)
    {
        ......
        // 遍历、解析i2c_config.hcs中的所有配置节点,并分别进行初始化,需要调用Hi35xxI2cParseAndInit函数。
        DEV_RES_NODE_FOR_EACH_CHILD_NODE(device->property, childNode) {
            ret = Hi35xxI2cParseAndInit(device, childNode);//函数定义见下
        ......
        }
        ......
    }
    
    
    static int32_t Hi35xxI2cParseAndInit(struct HdfDeviceObject *device, const struct DeviceResourceNode *node)
    {
        struct Hi35xxI2cCntlr *hi35xx = NULL;
        ......                                                              // 入参判空
        hi35xx = (struct Hi35xxI2cCntlr *)OsalMemCalloc(sizeof(*hi35xx));   // 内存分配
        ......                                                              // 返回值校验
        hi35xx->regBase = OsalIoRemap(hi35xx->regBasePhy, hi35xx->regSize); // 地址映射
        ......                                                              // 返回值校验
        Hi35xxI2cCntlrInit(hi35xx);                                         // 【必要】i2c设备的初始化
    
    
        hi35xx->cntlr.priv = (void *)node;                                  // 【必要】存储设备属性
        hi35xx->cntlr.busId = hi35xx->bus;                                  // 【必要】初始化I2cCntlr成员busId
        hi35xx->cntlr.ops = &g_method;                                      // 【必要】I2cMethod的实例化对象的挂载
        hi35xx->cntlr.lockOps = &g_lockOps;                                 // 【必要】I2cLockMethod的实例化对象的挂载
        (void)OsalSpinInit(&hi35xx->spin);                                  // 【必要】锁的初始化
        ret = I2cCntlrAdd(&hi35xx->cntlr);                                  // 【必要】调用此函数将控制器对象添加至平台核心层,返回成功信号后驱动才完全接入平台核心层。
        ...... 
    #ifdef USER_VFS_SUPPORT
        (void)I2cAddVfsById(hi35xx->cntlr.busId);                           // 【可选】若支持用户级的虚拟文件系统,则接入。
    #endif
        return HDF_SUCCESS;
    __ERR__:                                                                // 若不成功,需要回滚函数内已执行的操作(如取消IO映射、释放内存等),并返回错误码
        if (hi35xx != NULL) {
            if (hi35xx->regBase != NULL) {
                OsalIoUnmap((void *)hi35xx->regBase);
                hi35xx->regBase = NULL;
            }
            OsalMemFree(hi35xx);
            hi35xx = NULL;
        }
        return ret;
    }
    ```
    
    • Release函数开发参考

      入参:

      HdfDeviceObject是整个驱动对外提供的接口参数,具备HCS配置文件的信息。

      返回值:

      无。

      函数说明:

      释放内存和删除控制器,该函数需要在驱动入口结构体中赋值给Release接口,当HDF框架调用Init函数初始化驱动失败时,可以调用Release释放驱动资源。

      ”`c static void Hi35xxI2cRelease(struct HdfDeviceObject *device) { …… // 与Hi35xxI2cInit一样,需要将每个节点分别进行释放。 DEV_RES_NODE_FOR_EACH_CHILD_NODE(device->property, childNode) { Hi35xxI2cRemoveByNode(childNode); // 函数定义如下 } }

    static void Hi35xxI2cRemoveByNode(const struct DeviceResourceNode *node) { …… // 【必要】可以调用I2cCntlrGet函数通过设备的bus号获取I2cCntlr对象的指针,以及调用I2cCntlrRemove函数将I2cCntlr对象从平台核心层移除。 cntlr = I2cCntlrGet(bus); if (cntlr != NULL && cntlr->priv == node) { …… I2cCntlrRemove(cntlr); // 【必要】解除地址映射,释放锁和内存。 hi35xx = (struct Hi35xxI2cCntlr *)cntlr; OsalIoUnmap((void *)hi35xx->regBase); (void)OsalSpinDestroy(&hi35xx->spin); OsalMemFree(hi35xx); } return; } “`

  2. 驱动调试

    【可选】针对新增驱动程序,建议验证驱动基本功能,例如挂载后的信息反馈,消息传输的成功与否等。

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