第3章 Sensor驱动基础：I2C/SPI通信协议、V4L2框架、CCI控制器驱动

做Camera驱动，说白了就是跟Sensor芯片打交道。怎么跟它说话？怎么让它干活？怎么把数据拿回来？这章咱们就把这些基础问题讲透。

我刚开始做高通平台时，也踩过不少坑。有一次调一颗OV的Sensor，死活读不到ID，折腾了两天才发现是I2C时序配错了。嗯，从那以后我再也不敢小看这些基础协议了。

3.1 通信协议：I2C vs SPI

Sensor跟主控之间，通常用两种方式通信：I2C和SPI。你想想看，一个Sensor芯片，它需要接收配置参数（比如曝光时间、增益），还要把图像数据送出来。配置通道用I2C，数据通道用MIPI CSI，这是高通平台最常见的组合。

对比项	I2C	SPI
线数	2线（SCL + SDA）	4线（SCLK + MOSI + MISO + CS）
速率	标准100kHz，快速400kHz，高速3.4MHz	通常10MHz~50MHz
寻址方式	7位/10位地址，多设备共用总线	片选信号，一主多从
通信方式	半双工	全双工
典型应用	Sensor寄存器配置	部分高速Sensor或EEPROM

我个人习惯，拿到一颗新Sensor，第一件事就是看它的通信接口。如果是I2C，查地址对不对；如果是SPI，看极性相位配没配错。这些细节，驱动里写错一个bit，Sensor就不理你。

3.1.1 I2C通信细节

I2C协议其实不复杂。起始条件、从机地址、读写位、应答、数据字节、停止条件。就这么几个要素。但实际调试时，问题往往出在时序上。

我曾经遇到一个坑：某颗Sensor的I2C地址是0x6C，但数据手册写的是0x36。怎么回事？后来才发现，0x36是7位地址，左移一位变成8位地址就是0x6C。这种坑，新手很容易掉进去。

3.1.2 SPI通信细节

SPI用得少，但一旦用上，往往是因为Sensor寄存器多、配置量大。SPI的优势是速度快，而且可以全双工。不过要注意，SPI的四种模式（CPOL和CPHA的组合）必须跟Sensor匹配。

// SPI模式配置示例
// CPOL=0, CPHA=0: 空闲时SCLK为低，第一个边沿采样
// CPOL=0, CPHA=1: 空闲时SCLK为低，第二个边沿采样
// CPOL=1, CPHA=0: 空闲时SCLK为高，第一个边沿采样
// CPOL=1, CPHA=1: 空闲时SCLK为高，第二个边沿采样

static struct spi_board_info sensor_spi_info = {
    .modalias = "sensor_spi",
    .max_speed_hz = 10 * 1000 * 1000,  // 10MHz
    .bus_num = 1,
    .chip_select = 0,
    .mode = SPI_MODE_0,  // CPOL=0, CPHA=0
};

3.2 V4L2框架：Camera驱动的骨架

V4L2是Linux内核里视频设备驱动的标准框架。高通平台的Camera驱动，本质上就是V4L2的一个子设备驱动。你想想看，没有V4L2，每个厂商自己搞一套接口，那上层应用得疯掉。

V4L2框架的核心概念就几个：

• video_device：代表一个视频设备节点，比如/dev/video0
• v4l2_subdev：代表一个子设备，比如Sensor、闪光灯、AF马达
• v4l2_ctrl_handler：控制句柄，管理曝光、增益、白平衡等参数
• media_entity：媒体实体，用于描述设备之间的拓扑关系

在高通平台上，Sensor驱动通常注册为一个v4l2_subdev。上层ISP驱动通过media controller框架找到这个subdev，然后调用它的ops来配置Sensor。

3.2.1 Sensor驱动的核心ops

一个标准的Sensor subdev驱动，需要实现下面这些操作：

static const struct v4l2_subdev_core_ops sensor_core_ops = {
    .s_power = sensor_s_power,      // 电源管理
    .ioctl = sensor_ioctl,          // 自定义ioctl
};

static const struct v4l2_subdev_video_ops sensor_video_ops = {
    .s_stream = sensor_s_stream,    // 启动/停止数据流
    .g_frame_interval = sensor_g_frame_interval,
    .s_frame_interval = sensor_s_frame_interval,
};

static const struct v4l2_subdev_pad_ops sensor_pad_ops = {
    .enum_mbus_code = sensor_enum_mbus_code,
    .get_fmt = sensor_get_fmt,
    .set_fmt = sensor_set_fmt,
};

static const struct v4l2_subdev_ops sensor_ops = {
    .core = &sensor_core_ops,
    .video = &sensor_video_ops,
    .pad = &sensor_pad_ops,
};

这里我特别想强调s_stream这个回调。它负责启动Sensor的数据输出。很多驱动问题，都是因为s_stream里忘了配置MIPI时钟或者没等Sensor稳定就返回了。

3.3 CCI控制器驱动：高通平台的I2C加速器

CCI（Camera Control Interface）是高通平台专门为Camera设计的I2C控制器。它跟普通的I2C控制器不一样，做了很多针对Sensor配置的优化。

说白了，CCI就是高通帮你封装好的一套I2C读写接口。你不需要直接操作I2C适配器，而是通过CCI的API来读写Sensor寄存器。

3.3.1 CCI的核心数据结构

// CCI设备结构体
struct cci_device {
    struct i2c_adapter *adapter;  // I2C适配器
    struct mutex lock;            // 互斥锁
    u32 i2c_freq;                 // I2C频率
    u8 slave_addr;                // Sensor从机地址
};

// CCI读写操作结构体
struct cci_data {
    u16 reg_addr;      // 寄存器地址
    u32 reg_addr_type; // 地址类型：8位/16位/32位
    u16 data;          // 写入的数据
    u32 data_type;     // 数据类型：8位/16位/32位
    u32 mask;          // 掩码，用于位操作
};

3.3.2 CCI的读写API

高通平台提供了标准的CCI读写接口。我个人习惯把这些接口再封装一层，方便调试时加打印。

// 读取Sensor寄存器
int32_t sensor_i2c_read(struct cci_device *cci_dev,
                        uint16_t reg_addr, uint16_t *data)
{
    int32_t rc = 0;
    struct cci_data cci_cfg = {0};

    cci_cfg.reg_addr = reg_addr;
    cci_cfg.reg_addr_type = CCI_REG_ADDR_TYPE_16BIT;
    cci_cfg.data_type = CCI_DATA_TYPE_8BIT;

    rc = cci_read(cci_dev, &cci_cfg, 1);
    if (rc < 0) {
        pr_err("cci read failed: reg=0x%x, rc=%d\n", reg_addr, rc);
        return rc;
    }

    *data = cci_cfg.data;
    return 0;
}

// 写入Sensor寄存器
int32_t sensor_i2c_write(struct cci_device *cci_dev,
                         uint16_t reg_addr, uint16_t data)
{
    int32_t rc = 0;
    struct cci_data cci_cfg = {0};

    cci_cfg.reg_addr = reg_addr;
    cci_cfg.reg_addr_type = CCI_REG_ADDR_TYPE_16BIT;
    cci_cfg.data = data;
    cci_cfg.data_type = CCI_DATA_TYPE_8BIT;

    rc = cci_write(cci_dev, &cci_cfg, 1);
    if (rc < 0) {
        pr_err("cci write failed: reg=0x%x, data=0x%x, rc=%d\n",
               reg_addr, data, rc);
        return rc;
    }

    return 0;
}

3.4 知识结构总览

下面这张图，把本章的核心知识点串起来了。从物理层的I2C/SPI协议，到内核层的V4L2框架，再到高通特有的CCI控制器，层层递进。

3.5 调试实战：如何快速定位通信问题

调试Sensor驱动，80%的问题出在通信上。我总结了一套排查流程，分享给你：

1. 确认硬件连接：用示波器量SCL和SDA，看有没有波形。没波形？查供电和GPIO配置。
2. 确认I2C地址：用i2cdetect工具扫描总线，看Sensor地址对不对。命令：i2cdetect -y -r <bus_number>
3. 确认寄存器读写：用i2cget/i2cset手动读写Sensor的CHIP_ID寄存器。能读到？说明通信通了。
4. 确认CCI配置：检查CCI的I2C频率、地址类型、数据类型是否跟Sensor匹配。
5. 确认V4L2注册：用media-ctl查看subdev是否注册成功，pipeline是否完整。