4. 设备树实例：I2C控制器

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是嵌入式Linux系统中使用最广泛的低速外设总线之一，连接着触摸屏、传感器、EEPROM、RTC等大量从设备。在设备树中正确描述I2C控制器及其从设备，是驱动正常工作的前提。本节将以实际项目为例，详细讲解I2C控制器设备树节点的编写方法，涵盖时钟频率、从设备地址、时序参数等关键属性。

4.1 I2C控制器设备树节点结构

一个完整的I2C控制器节点通常包含以下层次结构：

• 控制器节点：描述I2C总线控制器本身的硬件信息（寄存器基址、中断号、时钟频率等）。
• 从设备子节点：挂载在该总线上的每个从设备，包含设备地址、时序参数、中断引脚等。
• 引脚控制（pinctrl）：描述I2C总线使用的硬件引脚（SCL、SDA）及其复用功能。

4.2 核心属性详解

I2C控制器节点及其从设备子节点中，以下属性最为关键：

4.3 完整设备树实例

以下是一个基于i.MX6Q平台的I2C控制器节点实例，挂载了触摸屏控制器和温度传感器两个从设备：

/* I2C1控制器节点 */
&i2c1 {
    compatible = "fsl,imx6q-i2c", "fsl,imx21-i2c";
    reg = <0x021a0000 0x4000>;
    interrupts = <GIC_SPI 36 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    clocks = <&clks IMX6QDL_CLK_I2C1>;
    clock-names = "ipg";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_i2c1>;
    status = "okay";

    /* 总线时钟频率：100kHz标准模式 */
    clock-frequency = <100000>;

    /* 从设备1：触摸屏控制器 FT5x06 */
    touchscreen@38 {
        compatible = "edt,ft5x06";
        reg = <0x38>;
        interrupt-parent = <&gpio1>;
        interrupts = <9 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>;
        reset-gpios = <&gpio1 10 GPIO_ACTIVE_LOW>;
        touchscreen-size-x = <1024>;
        touchscreen-size-y = <600>;

        /* 时序参数：根据硬件手册设定 */
        i2c-scl-rising-time-ns = <300>;
        i2c-scl-falling-time-ns = <100>;
    };

    /* 从设备2：温度传感器 LM75 */
    temperature@48 {
        compatible = "national,lm75";
        reg = <0x48>;
        vs-supply = <®_3v3>;

        /* 时序参数：快速模式 */
        i2c-scl-rising-time-ns = <150>;
        i2c-scl-falling-time-ns = <50>;
    };
};

4.4 时序参数的作用与配置

I2C时序参数直接影响总线通信的可靠性，尤其在高速模式（400kHz）或快速模式+（1MHz）下更为关键。控制器驱动根据这些参数计算SCL高电平和低电平的保持时间：

• i2c-scl-rising-time-ns：SCL信号从低电平上升到高电平所需时间。该值越大，驱动需要插入的等待周期越多。
• i2c-scl-falling-time-ns：SCL信号从高电平下降到低电平所需时间。通常比上升时间短。
• i2c-sda-hold-time-ns（可选）：SDA数据保持时间，用于满足从设备的建立时间要求。

时序参数的典型取值范围如下：

4.5 I2C控制器设备树结构图

下图展示了I2C控制器节点、从设备子节点以及引脚控制之间的层次关系：

4.6 从设备地址的编码规则

I2C从设备地址在设备树中使用 reg 属性表示，需要注意以下规则：

• 7位地址：直接写入十六进制值，如 reg = <0x48>。这是最常用的格式。
• 10位地址：需要设置 reg 为两个单元格，第一个单元格包含地址格式标志。例如 reg = <0x00000002 0x01a0>，其中 0x00000002 表示10位地址格式。
• 地址左移：某些硬件手册将地址写为8位格式（左移1位），但设备树中必须使用7位格式。例如手册写 0x90，设备树中应写 0x48。

4.7 驱动中读取设备树属性的方法

在I2C控制器驱动中，通过以下API读取设备树中的时序参数：

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

static int my_i2c_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct device_node *np = pdev->dev.of_node;
    struct i2c_adapter *adap;
    u32 clock_freq;
    int ret;

    /* 读取总线时钟频率 */
    ret = of_property_read_u32(np, "clock-frequency", &clock_freq);
    if (ret) {
        /* 未设置时使用默认值100kHz */
        clock_freq = 100000;
        dev_warn(&pdev->dev, "clock-frequency not set, using 100kHz\n");
    }

    /* 读取时序参数（从设备子节点中获取） */
    struct device_node *child;
    u32 rise_time, fall_time;

    for_each_child_of_node(np, child) {
        if (!of_property_read_u32(child, "i2c-scl-rising-time-ns", &rise_time)) {
            dev_info(&pdev->dev, "child %s: rise_time=%dns\n",
                     child->name, rise_time);
        }
        if (!of_property_read_u32(child, "i2c-scl-falling-time-ns", &fall_time)) {
            dev_info(&pdev->dev, "child %s: fall_time=%dns\n",
                     child->name, fall_time);
        }
    }

    /* 根据时序参数配置I2C控制器硬件寄存器 */
    configure_i2c_timing(adap, clock_freq, rise_time, fall_time);

    return 0;
}

4.8 调试I2C设备树节点的方法

当I2C设备树节点配置不正确时，驱动可能无法正常探测从设备。以下是常用的调试方法：

4.9 本章小结

I2C控制器设备树节点的编写需要关注三个核心层面：控制器本身的硬件资源描述、从设备地址与中断配置、以及时序参数的精确设定。时钟频率决定了总线的工作模式，从设备地址必须使用7位格式且避开保留地址，时序参数则直接影响通信的可靠性。通过本节的学习，你应该能够独立编写和调试I2C控制器的设备树节点，为后续的驱动开发打下坚实基础。