3. I2C驱动开发：I2C总线协议、RK I2C控制器驱动、外设驱动适配与调试

I2C，说白了就是两根线搞定一堆外设。SCL（时钟）和SDA（数据），就这么简单。但真要在RK平台上把它跑稳，坑还真不少。我最早接触I2C是在一个温湿度传感器项目上，当时觉得协议简单，结果被ACK信号折腾了一整天。嗯，咱们今天就把这事彻底聊透。

3.1 I2C总线协议速览

先过一遍基础，不然后面代码你看着会懵。

• 主从结构：RK芯片永远是Master，外设是Slave。一个总线上可以挂多个Slave，靠7位地址区分。
• 起始条件：SCL高电平时，SDA从高拉低。停止条件：SCL高电平时，SDA从低拉高。
• 数据传输：每字节8位，后面跟一个ACK位。Slave拉低SDA表示应答，不拉就是NACK。
• 速率模式：标准模式100kHz，快速模式400kHz，高速模式3.4MHz。RK平台一般用100k或400k。

3.2 RK I2C控制器驱动架构

RK的I2C控制器，在芯片内部是一个独立的硬件模块。驱动代码在Linux内核里，路径是drivers/i2c/busses/i2c-rk3x.c。这个文件，我建议你直接打开看一眼，结构很清晰。

3.2.1 硬件框图

先看一张图，理解RK I2C控制器在系统里的位置。

3.2.2 驱动核心数据结构

驱动里最重要的结构体是struct rk3x_i2c。它管理着硬件寄存器、时钟、DMA、完成量等。我挑几个关键字段说说：

字段	类型	说明
regs	void __iomem *	寄存器基地址，ioremap后的虚拟地址
clk	struct clk *	I2C模块时钟，频率决定SCL速率
msg	struct i2c_msg *	当前正在处理的消息
state	enum rk3x_i2c_state	状态机：IDLE, START, READ, WRITE, STOP
error	int	错误码，用于中断处理中传递错误

3.3 外设驱动适配实战

这部分是重头戏。你拿到一个新外设，比如一个温度传感器，怎么在RK平台上把驱动写出来？

3.3.1 设备树配置

RK平台用设备树描述硬件。I2C外设的节点要挂在对应的I2C总线节点下。举个例子：

&i2c1 {
    status = "okay";
    clock-frequency = <400000>;  /* 400kHz */

    temperature_sensor: tmp117@48 {
        compatible = "ti,tmp117";
        reg = <0x48>;
        status = "okay";
    };
};

这里要注意几点：

• clock-frequency：我建议先从100kHz开始，稳定后再提频。直接上400kHz，如果PCB走线不好，容易丢数据。
• reg：7位地址，左移1位填入。比如0x48，实际发送时是0x90（写）和0x91（读）。
• compatible：驱动匹配的关键字符串，必须和驱动里of_match_table一致。

3.3.2 驱动编写模板

一个标准的I2C外设驱动，骨架是这样的：

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

static int tmp117_probe(struct i2c_client *client)
{
    struct device *dev = &client->dev;
    dev_info(dev, "TMP117 detected at 0x%02x\n", client->addr);
    /* 初始化外设，注册硬件监控接口等 */
    return 0;
}

static void tmp117_remove(struct i2c_client *client)
{
    /* 清理资源 */
}

static const struct of_device_id tmp117_of_match[] = {
    { .compatible = "ti,tmp117" },
    { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, tmp117_of_match);

static struct i2c_driver tmp117_driver = {
    .driver = {
        .name = "tmp117",
        .of_match_table = tmp117_of_match,
    },
    .probe = tmp117_probe,
    .remove = tmp117_remove,
};
module_i2c_driver(tmp117_driver);

写驱动时，我习惯先实现probe函数，只打印一条日志，确认设备树匹配成功。然后再逐步添加读写功能。这样能快速定位问题。

3.3.3 读写操作

I2C的读写，内核提供了i2c_transfer接口。但更常用的是封装好的i2c_smbus_read_byte_data和i2c_smbus_write_byte_data。举个例子：

/* 读取TMP117温度寄存器（0x00） */
int tmp117_read_temp(struct i2c_client *client)
{
    int ret;
    s16 raw;

    ret = i2c_smbus_read_word_data(client, 0x00);
    if (ret < 0) {
        dev_err(&client->dev, "read temp failed: %d\n", ret);
        return ret;
    }

    raw = (s16)ret;
    /* TMP117分辨率0.0078125°C */
    return (raw * 78125) / 10000;
}

3.4 调试方法与工具

驱动写好了，怎么验证？我有一套固定的调试流程。

3.4.1 硬件层面

示波器是王道。抓SCL和SDA波形，看起始条件、地址、数据、ACK。我常用的检查点：

1. SCL频率对不对？用示波器测周期，算频率。
2. 地址对不对？Slave地址是否和设备树一致。
3. ACK有没有？Slave没应答，说明地址错或外设没上电。

3.4.2 软件层面

内核提供了i2cdetect、i2cget、i2cset等工具。在RK板子上，直接敲命令：

# 扫描I2C1总线上的设备
i2cdetect -y 1

# 读取TMP117 0x00寄存器
i2cget -y 1 0x48 0x00 w

如果i2cdetect能扫到设备，但驱动probe不执行，那问题大概率在设备树compatible字符串不匹配。我遇到过好几次，都是因为少打了个逗号。

3.4.3 内核调试开关

打开I2C的调试日志，能看到每次传输的细节：

# echo 'file i2c-core.c +p' > /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control
# echo 'file i2c-rk3x.c +p' > /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control

然后看dmesg输出。你会看到类似这样的信息：

[   12.345] i2c-core: i2c_transfer: msg[0] addr=0x48, flags=0x0, len=1
[   12.346] i2c-core: i2c_transfer: msg[1] addr=0x48, flags=0x1, len=2

这能帮你确认数据是否真的发到了总线上。

3.5 常见问题与避坑

问题	现象	解决方案
SCL无波形	示波器看SCL一直高	检查I2C时钟是否enable，clk_prepare_enable调了没
Slave无ACK	第九个SCL脉冲后SDA仍高	确认地址、外设供电、IO电压是否匹配
数据错位	读回来的值不对	检查字节序、寄存器地址是否要拼接
总线锁死	SDA一直被拉低	复位外设，或给SCL发9个脉冲恢复

好了，I2C这块的内容就这些。从协议到驱动，再到调试，每一步都有坑，但也都有解法。你按这个流程走，大部分问题都能搞定。