3. I2C 地址与寻址：7位地址与10位地址格式、广播地址、保留地址

I2C 总线采用从设备地址来区分挂在同一条总线上的多个器件。主设备在每次通信开始时，都会先发送一个地址字节（或两个字节），指定要通信的从设备。理解地址格式、保留地址和广播地址，是编写正确 I2C 控制器驱动的关键前提。

3.1 7位地址格式

标准 I2C 规范使用 7 位地址，这是最广泛使用的寻址模式。地址字节的高 7 位（D7~D1）为从设备地址，最低位（D0）为读写方向位（R/W）。

• 地址范围：0x00 ~ 0x7F（共 128 个地址），但可用地址约为 112 个（保留地址除外）。
• 传输顺序：先传 MSB（最高位），后传 LSB（最低位）。
• 方向位：0 表示主设备写（发送），1 表示主设备读（接收）。

3.2 10位地址格式

为了解决 7 位地址空间不足的问题，I2C 规范引入了 10 位地址模式。10 位地址使用两个字节来传输地址信息，兼容 7 位地址总线。

• 保留标识：第1字节高 5 位 11110 是 10 位地址的保留前缀，不与 7 位地址冲突。
• 兼容性：10 位地址从设备可以挂在标准 7 位地址总线上，但主设备必须支持 10 位地址模式。
• Linux 内核支持：通过 I2C_CLIENT_TEN 标志位来标识 10 位地址，地址值直接存储 10 位数值（0~1023）。

3.3 广播地址与通用呼叫

广播地址（General Call Address）是 I2C 总线中一个特殊的保留地址 0x00（7 位），用于主设备向总线上所有从设备发送消息。

• 广播数据格式：第1字节为 0x00（地址）+ 写方向，后续字节为广播数据。
• 从设备响应：从设备可以忽略广播，或根据广播数据执行复位、状态更新等操作。
• 驱动处理：Linux I2C 核心层默认不发送广播地址，驱动需要显式构造 i2c_msg 并设置地址为 0。

3.4 保留地址汇总

I2C 规范保留了一些特殊地址，用于总线管理、高速模式标识和未来扩展。驱动开发时禁止将这些地址分配给普通从设备。

3.5 Linux 内核地址处理流程

在 Linux I2C 子系统中，地址处理分为三个层次：

1. 设备层：i2c_client.addr 存储原始地址（7 位或 10 位），i2c_client.flags 中的 I2C_CLIENT_TEN 标识地址类型。
2. 消息层：i2c_msg.addr 存储地址，i2c_msg.flags 中的 I2C_M_TEN 和 I2C_M_RD 控制传输方向。
3. 控制器层：master_xfer() 回调函数接收 i2c_msg 数组，驱动需要根据地址格式构造正确的总线时序。

/* Linux I2C 消息结构体定义 */
struct i2c_msg {
    __u16 addr;    /* 从设备地址（7位或10位） */
    __u16 flags;   /* I2C_M_TEN: 10位地址标志
                      I2C_M_RD:  读标志
                      I2C_M_STOP: 传输结束后发送STOP */
    __u16 len;     /* 数据长度 */
    __u8 *buf;     /* 数据缓冲区 */
};

3.6 地址冲突与调试

在实际驱动开发中，地址冲突是常见问题。以下排查步骤可帮助快速定位：

• 检查设备树：确认 reg 属性中的地址值是否与数据手册一致（注意 7 位 vs 8 位表示法）。
• 使用 i2cdetect：通过 i2cdetect -y <bus> 扫描总线，查看哪些地址有应答。
• 逻辑分析仪抓取：观察 START 条件后的地址字节，确认发送的地址值是否正确。
• 内核日志：开启 CONFIG_I2C_DEBUG_CORE 和 CONFIG_I2C_DEBUG_ALGO，查看地址传输细节。