在（一）中簡述了Linux I2C子系統的三個主要成員i2c_adapter、i2c_driver、i2c_client。三者的關係也在上一節進行了描述。應該已經算是對Linux I2C子系統有了初步的瞭解。下面再對他們之間的關係進行程式碼層的深入分析，我認為對他們的關係瞭解的越好，越有助於I2C裝置的驅動開發及除錯。

帶著問題去分析可能會更有幫助吧，通過對（一）的瞭解後，可能會產生以下的幾點疑問：

• i2c_adapter驅動如何新增？
• i2c_client與i2c_board_info究竟是什麼關係？

I2C對外API

// 對外資料結構
struct i2c_driver — 代表一個I2C裝置驅動
struct i2c_client — 代表一個I2C從裝置
struct i2c_board_info — 從裝置建立的模版
I2C_BOARD_INFO — 建立I2C裝置的巨集，包含名字和地址
struct i2c_algorithm — 代表I2C傳輸方法
struct i2c_bus_recovery_info — I2C匯流排恢復資訊？核心新加入的結構，不是很清楚。
//對外函式操作
module_i2c_driver — 註冊I2C裝置驅動的巨集定義
i2c_register_board_info — 靜態宣告（註冊）I2C裝置，可多個
i2c_verify_client — 如果裝置是i2c_client的dev成員則返回其父指標，否則返回NULL。用來校驗裝置是否為I2C裝置
i2c_lock_adapter — I2C匯流排持鎖操作，會找到最根源的那個i2c_adapter。說明你的模組必須符合GPL協議才可以使用這個介面。後邊以GPL代表。
i2c_unlock_adapter — 上一個的反操作，GPL
i2c_new_device — 由i2c_board_info資訊宣告一個i2c裝置（client），GPL
i2c_unregister_device — 上一個的反操作，GPL。
i2c_new_dummy — 宣告一個名為dummy（指定地址）的I2C裝置，GPL
i2c_verify_adapter — 驗證是否是i2c_adapter
i2c_add_adapter — 宣告I2C介面卡，系統動態分配匯流排號。
i2c_add_numbered_adapter — 同樣是宣告I2C介面卡，但是指定了匯流排號，GPL
i2c_del_adapter — 解除安裝I2C介面卡
i2c_del_driver — 解除安裝I2C裝置驅動
i2c_use_client — i2c_client引用數+1
i2c_release_client — i2c_client引用數-1
__i2c_transfer — 沒有自動持鎖(adapter lock)的I2C傳輸介面
i2c_transfer — 自動持鎖的I2C傳輸介面
i2c_master_send — 單條訊息傳送
i2c_master_recv — 單條訊息接收
i2c_smbus_read_byte — SMBus “receive byte” protocol
i2c_smbus_write_byte — SMBus “send byte” protocol
i2c_smbus_read_byte_data — SMBus “read byte” protocol
i2c_smbus_write_byte_data — SMBus “write byte” protocol
i2c_smbus_read_word_data — SMBus “read word” protocol
i2c_smbus_write_word_data — SMBus “write word” protocol
i2c_smbus_read_block_data — SMBus “block read” protocol
i2c_smbus_write_block_data — SMBus “block write” protocol
i2c_smbus_xfer — execute SMBus protocol operations
 

（一）中對幾個基本的結構體和巨集定義也有了大概的解釋，相信結合I2C的理論基礎不難理解。對以上一些I2C的API進行分類：

經過一個表格的整理，不難發現在Linux I2C子系統中，最重要的要數i2c_client，而最多樣化的就是資料的傳輸。

為了更好的理解和銜接，我想也許倒著分析會更有幫助，而這裡先暫且不討論I2C傳輸過程中的細節。下邊的順序是由client到driver，再到adapter。

I2C client的註冊

i2c_client即I2C裝置的註冊介面有三個：

i2c_register_board_info
i2c_new_device 
i2c_new_dummy

而i2c_new_dummy在內部其實也就是將client的name指定為dummy後依舊執行的是i2c_new_device，所以就只分析前兩個就可以了。首先看這兩個函式的原型：

i2c_register_board_info(int busnum, struct i2c_board_info const *info, unsigned len)

busnum 通過匯流排號指定這個（些）裝置屬於哪個匯流排
info i2c裝置的陣列集合 i2c_board_info格式
len 陣列個數ARRAY_SIZE(info)

i2c_new_device(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_board_info const *info)

adap 此裝置所依附的I2C介面卡指標
info 此裝置描述，i2c_board_info格式，bus_num成員是被忽略的

i2c_register_board_info具體實現

int __init
i2c_register_board_info(int busnum,
    struct i2c_board_info const *info, unsigned len)
{
    int status;

    down_write(&__i2c_board_lock);  //i2c裝置資訊讀寫鎖，鎖寫操作，其他只讀

    /* dynamic bus numbers will be assigned after the last static one */
    if (busnum >= __i2c_first_dynamic_bus_num)  //與動態分配的匯流排號相關，動態分配的匯流排號應該是從已經現有最大匯流排號基礎上+1的，這樣能夠保證動態分配出的匯流排號與板級匯流排號不會產生衝突
        __i2c_first_dynamic_bus_num = busnum + 1;

    for (status = 0; len; len--, info++) {  //處理info陣列中每個成員
        struct i2c_devinfo    *devinfo;

        devinfo = kzalloc(sizeof(*devinfo), GFP_KERNEL);
        if (!devinfo) {
            pr_debug("i2c-core: can't register boardinfo!\n");
            status = -ENOMEM;
            break;
        }

        devinfo->busnum = busnum;  //組裝匯流排號
        devinfo->board_info = *info;  //組裝裝置資訊
        list_add_tail(&devinfo->list, &__i2c_board_list);  //加入到__i2c_board_list連結串列中（尾部）
    }

    up_write(&__i2c_board_lock);  //釋放讀鎖，其他可讀可寫

    return status;
}

看完後相信都會產生個疑問？怎麼將相關資訊放到連結串列中就算完事了嗎？不著急，來看下核心中已經給出的解釋：

 * Systems using the Linux I2C driver stack can declare tables of board info
 * while they initialize.  This should be done in board-specific init code
 * near arch_initcall() time, or equivalent, before any I2C adapter driver is
 * registered.  For example, mainboard init code could define several devices,
 * as could the init code for each daughtercard in a board stack.
 * 
 * The I2C devices will be created later, after the adapter for the relevant
 * bus has been registered.  After that moment, standard driver model tools
 * are used to bind "new style" I2C drivers to the devices.  The bus number
 * for any device declared using this routine is not available for dynamic
 * allocation.

核心內容就是說關於整合的I2C設備註冊過程應該在板級程式碼初始化期間，也就是arch_initcall前後的時間，或者就在這個時候（board-xxx-yyy.c中），切記切記！！！一定要在I2C介面卡驅動註冊前完成！！！為什麼說是靜態註冊，是因為真實的I2C裝置是在介面卡成功註冊後才被生成的。如果在I2C介面卡註冊完後還想要新增I2C裝置的話，就要通過新方式！（即i2c_new_device）

小弟永遠要擋在老大前邊嘛！老大還沒出來前，小弟們趕緊前排列陣好，老大到了可不等你，你列陣也沒用了。而對於遲到的小弟，自己想辦法追上去吧，在原地自己列陣是白費工夫了。

對於__i2c_board_list連結串列中的資訊是如何變成實際的i2c裝置資訊的過程放在之後adapter註冊過程的分析中。記得，重點是i2c_register_board_info方式一定要趕在I2C介面卡的註冊前，這樣就沒有問題。

i2c_new_device

struct i2c_client *
i2c_new_device(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_board_info const *info)
{
    struct i2c_client    *client;
    int            status;

    client = kzalloc(sizeof *client, GFP_KERNEL);  //為即將註冊的client申請記憶體
    if (!client)
        return NULL;

    client->adapter = adap;  //繫結指定的adapter介面卡

    client->dev.platform_data = info->platform_data;  //儲存裝置資料

    if (info->archdata)  //程式碼上看是DMA相關操作資料
        client->dev.archdata = *info->archdata;

    client->flags = info->flags;  //型別，（一）中說過，或是10位地址，或是使用SMBus檢錯
    client->addr = info->addr;  //裝置從地址
    client->irq = info->irq;  //裝置終端

    strlcpy(client->name, info->type, sizeof(client->name));  //從裝置名
            //瞧！（一）中說過i2c_board_info中的資訊是與i2c_client有對應關係的，靈驗了吧！

    /* Check for address validity */
    status = i2c_check_client_addr_validity(client);  //檢測地址是否有效，10位地址是否大於0x3ff，7位地址是否大於0x7f或為0
    if (status) {  //非零（實際上為-22，無效引數Invalid argument
        dev_err(&adap->dev, "Invalid %d-bit I2C address 0x%02hx\n",
            client->flags & I2C_CLIENT_TEN ? 10 : 7, client->addr);
        goto out_err_silent;
    }

    /* Check for address business */
    status = i2c_check_addr_busy(adap, client->addr);  //檢測指定介面卡上該地址狀態
    if (status)
        goto out_err;

    client->dev.parent = &client->adapter->dev;  //建立從裝置與介面卡的父子關係
    client->dev.bus = &i2c_bus_type;
    client->dev.type = &i2c_client_type;
    client->dev.of_node = info->of_node;
    ACPI_HANDLE_SET(&client->dev, info->acpi_node.handle);

    /* For 10-bit clients, add an arbitrary offset to avoid collisions */
    dev_set_name(&client->dev, "%d-%04x", i2c_adapter_id(adap),
             client->addr | ((client->flags & I2C_CLIENT_TEN)
                     ? 0xa000 : 0));  //如果是10位地址裝置，那名字格式與7bit的會有不同
    status = device_register(&client->dev);  //註冊了！註冊了！！！
    if (status)
        goto out_err;

    dev_dbg(&adap->dev, "client [%s] registered with bus id %s\n",
        client->name, dev_name(&client->dev));

    return client;

out_err:
    dev_err(&adap->dev, "Failed to register i2c client %s at 0x%02x "
        "(%d)\n", client->name, client->addr, status);
out_err_silent:
    kfree(client);
    return NULL;
}

i2d_new_device沒什麼好多說的，由於有i2c_register_board_info的鋪墊，相信也很好理解了。而i2c_new_device不但印證了i2c_client與i2c_board_info的對應關係，還順便體現了10bit地址裝置與7bit地址裝置的略微不同。通過兩者的對比，可以再總結出幾點區別，從而更好的理解I2C裝置的註冊方法：

• i2c_register_board_info的形參需要的是匯流排號
• i2c_new_device的形參需要的直接是介面卡的指標

我想這也正好能完美的說明兩者的根本區別，對於板級裝置更在乎介面卡的匯流排號，因為這是固定的，沒有異議的。而對於可插拔裝置，因為其介面卡可能非板級整合的，所以不能在乎其匯流排號，反而只要尋求其介面卡指標進行繫結即可。後邊adapter註冊的分析能更好的證明這一點。

• i2c_register_board_info可以同時註冊多個I2C裝置
• i2c_new_device只能一次註冊一個I2C裝置

這也是其根本區別決定的，板級程式碼中常包含有許多I2C裝置，所以i2c_register_board_info需要有同時註冊多個I2C裝置的能力也可以說是剛需。而i2c_new_device既然是用來給可插拔裝置用的，想必裝置數量並不多，而常可能只是一個兩個而已，所以一次一個就夠了，需求量並不大。

I2C driver

I2C裝置驅動。Linux核心給出的介面只有兩個，一個是註冊，另一個就是解除安裝。在（一）也分析過module_i2c_driver這個巨集定義，因為有它的存在，I2C裝置驅動的開發可以不用在意你的I2C驅動需要如何註冊以及如何解除安裝的，全部的精力都放在i2c_driver的完善上就可以了。

通過最開始的表單能明顯察覺到，I2C子系統中I2C driver的開放介面最少，說白了就是需要驅動編寫者完成完了i2c_driver放入module_i2c_driver巨集中即可，而正因為如此，也恰恰說明，i2c_driver的靈活性是最高的。通常驅動會首先在意在使用者空間的開啟、關閉、讀寫等介面，但是對於i2c_driver來說，這些工作是I2C子系統已經做好的，關於常用的讀寫最終也是通過adapter實現的i2c_algorithm達到目的。好吧，再次說明了I2C子系統的完善程度，對於I2C裝置及驅動開發來說是極其方便的。那麼I2C驅動要實現什麼呢？

再次回顧一下i2c_driver結構體，不過現在要剔除一些不常用的成員：

struct i2c_driver {
    int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *); //現行通用的與對應裝置進行繫結的介面函式
    int (*remove)(struct i2c_client *);  //現行通用與對應裝置進行解綁的介面函式

    void (*shutdown)(struct i2c_client *);  //關閉裝置
    int (*suspend)(struct i2c_client *, pm_message_t mesg); //掛起裝置，與電源管理有關，為省電
    int (*resume)(struct i2c_client *); //從掛起狀態恢復

    struct device_driver driver;  //I2C裝置的驅動模型
    const struct i2c_device_id *id_table;  //匹配裝置列表
    ...
};

如果有可能的話，我還想再精簡一下：

struct i2c_driver {
    int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *); //現行通用的與對應裝置進行繫結的介面函式
    int (*remove)(struct i2c_client *);  //現行通用與對應裝置進行解綁的介面函式

    struct device_driver driver;  //I2C裝置的驅動模型
    const struct i2c_device_id *id_table;  //匹配裝置列表
    ...
};

好了，精簡到這種程度，為什麼把電源管理相關也幹掉了呢？實際上沒有，通常實際的I2C驅動喜歡在drivers中完成這個動作（以mpu3050為例）：

static UNIVERSAL_DEV_PM_OPS(mpu3050_pm, mpu3050_suspend, mpu3050_resume, NULL);

static const struct i2c_device_id mpu3050_ids[] = {
    { "mpu3050", 0 },
    { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, mpu3050_ids);

static const struct of_device_id mpu3050_of_match[] = {
    { .compatible = "invn,mpu3050", },
    { },
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, mpu3050_of_match);

static struct i2c_driver mpu3050_i2c_driver = {
    .driver    = {
        .name    = "mpu3050",
        .owner    = THIS_MODULE,
        .pm    = &mpu3050_pm,
        .of_match_table = mpu3050_of_match,
    },
    .probe        = mpu3050_probe,
    .remove        = mpu3050_remove,
    .id_table    = mpu3050_ids,
};

module_i2c_driver(mpu3050_i2c_driver);

可以看到，實際驅動中喜歡將電源管理整合在i2c_driver的driver成員中。

UNIVERSAL_DEV_PM_OPS這個名字很犀利，貌似是“宇宙終極驅動電源管理大法”的樣子：

#define UNIVERSAL_DEV_PM_OPS(name, suspend_fn, resume_fn, idle_fn) \
const struct dev_pm_ops name = { \
    SET_SYSTEM_SLEEP_PM_OPS(suspend_fn, resume_fn) \
    SET_RUNTIME_PM_OPS(suspend_fn, resume_fn, idle_fn) \
}

#define SET_SYSTEM_SLEEP_PM_OPS(suspend_fn, resume_fn) \
    .suspend = suspend_fn, \
    .resume = resume_fn, \
    .freeze = suspend_fn, \
    .thaw = resume_fn, \
    .poweroff = suspend_fn, \
    .restore = resume_fn,

#define SET_RUNTIME_PM_OPS(suspend_fn, resume_fn, idle_fn) \
    .runtime_suspend = suspend_fn, \
    .runtime_resume = resume_fn, \
    .runtime_idle = idle_fn,

結合MPU3050的驅動將其完整展開可以得到：

static const struct dev_pm_ops mpu3050_pm = {
    .suspend = mpu3050_suspend,
    .resume = mpu3050_resume,
    .freeze = mpu3050_suspend,
    .thaw = mpu3050_resume,
    .poweroff = mpu3050_suspend,
    .restore = mpu3050_resume,
    .runtime_suspend = mpu3050_suspend,
    .runtime_resume = mpu3050_resume,
    .runtime_idle = NULL,
}

對電源管理有興趣的可以去查閱pm.h，其中對電源管理有詳盡的說明了，這裡不做分析。可以看到，在電源管理中，有很多成員實際上是一樣的，在現實驅動中這樣的情況也經常出現，所以會有“終極電源管理大法”巨集的出現了。

of_match_table是OpenFirmware相關，在3.0（具體版本本人不清楚）kernel後對arm平臺引入了Device Tree，可通過dts配置檔案代替大量板級程式碼，有興趣可自行查閱。

上邊說過，i2c_driver的多樣化最多，從mpu3050的驅動註冊中也可以發現，其注重實現的為probe與電源管理，其中probe最為重要（好像是廢話，哪個驅動這個都是最重要的-。-）。因為主要是從驅動的角度看待I2C子系統，所以這裡不詳盡分析mpu3050的程式碼，只以其為例說明I2C驅動大體框架。在mpu3050的probe主要對此感測器進行上電、工作模式初始化、註冊INPUT子系統介面、關聯中斷處理程式（在中斷處理執行緒中上報三軸引數）等工作。

關於I2C裝置驅動的小總結

I2C裝置驅動通常只是需要掛載在I2C匯流排（即依附於I2C子系統），I2C子系統對於裝置驅動來說只是一個載體、基石。許多裝置的主要核心是建立在其他子系統上，如重力感測器、三軸感測器、觸控式螢幕等通常主要工作集中在INPUT子系統中，而相機模組、FM模組、GPS模組大多主要依附於V4L2子系統。這也能通過I2C設計理念證明，I2C的產生正是為了節省外圍電路複雜度，讓CPU使用有限的IO口掛載更多的外部模組。假設CPU的擴充套件IO口足夠多，我想I2C也沒什麼必要存在了，畢竟直接操作IO口驅動裝置比I2C來的更簡單。

I2C adapter的註冊

如上表所示，對於I2C adapter的註冊有兩種途徑：i2c_add_adapter 或i2c_add_numbered_adapter，兩者的區別是後者在註冊時已經指定了此I2C介面卡的匯流排號，而前者的匯流排號將由系統自動分配。

其各自的宣告格式為：

int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adapter)
int i2c_add_numbered_adapter(struct i2c_adapter *adap)

在i2c_add_numberd_adapter使用前必須制定adap->nr，如果給-1，說明還是叫系統去自動生成匯流排號的。

使用場景

之所以區分開兩種I2C adapter的註冊方式，是因為他們的使用場景有所不同。

• i2c_add_adapter的使用經常是用來註冊那些可插拔裝置，如USB PCI裝置等。主機板上的其他模組與其沒有直接聯絡，說白了就是現有模組不在乎新加入的I2C介面卡的匯流排號是多少，因為他們不需要。反而這個可插拔裝置上的一些模組會需要其註冊成功的介面卡指標。回看一開始就分析的i2c_client，會發現不同場景的裝置與其匹配的介面卡有著這樣的對應關係：

    1. i2c_register_board_info需要指定已有的busnum，而i2c_add_numbered_adapter註冊前已經指定匯流排號；
    2. i2c_new_device需要指定adapter指標，而i2c_add_adapter註冊成功後恰好這個指標就有了。

  想象這樣一個場景：新裝置插入後，對應的驅動程式通過i2c_add_adapter註冊自己的I2C介面卡，然後根據與小弟們的協定將其是介面卡指標存放在某處，相當於對小弟們（依附在其上的I2C裝置）說：“看見沒？你們註冊你們自己的裝置的時候就通過這個就能找到我，就能跟我混了！”然後驅動程式繼續，當執行到對自己的I2C設備註冊時候，小弟們去約定地點找老大留下的記號，發現有效資訊後，一擁而上：“看！老大在那！！！”

• i2c_add_numbered_adapter用來註冊CPU自帶的I2C介面卡，或是整合在主機板上的I2C介面卡。主機板上的其他I2C從裝置(client)在註冊時候需要這個匯流排號。

通過簡短的程式碼分析看一看他們的區別究竟如何，以及為什麼靜態註冊的i2c_client必須要在adapter註冊前（此處會精簡部分程式碼，只留重要部分）：

int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adapter)
{
    int    id, res = 0;
    res = idr_get_new_above(&i2c_adapter_idr, adapter,
                __i2c_first_dynamic_bus_num, &id);  //動態獲取匯流排號
    adapter->nr = id;
    return i2c_register_adapter(adapter);  //註冊adapter
}

int i2c_add_numbered_adapter(struct i2c_adapter *adap)
{
    int    id;
    int    status;
    if (adap->nr == -1) /* -1 means dynamically assign bus id */
        return i2c_add_adapter(adap);
    status = i2c_register_adapter(adap);
    return status;
}

可見，最終他們都是通過i2c_register_adapter註冊介面卡：

static int i2c_register_adapter(struct i2c_adapter *adap)
{
    int res = 0;

    /* Can't register until after driver model init */  //時序檢查
    if (unlikely(WARN_ON(!i2c_bus_type.p))) {
        res = -EAGAIN;
        goto out_list;
    }

    /* Sanity checks */
    if (unlikely(adap->name[0] == '\0')) {  //防禦型程式碼，檢查介面卡名稱
        pr_err("i2c-core: Attempt to register an adapter with "
               "no name!\n");
        return -EINVAL;
    }
    if (unlikely(!adap->algo)) {  //介面卡是否已經完成了通訊方法的實現
        pr_err("i2c-core: Attempt to register adapter '%s' with "
               "no algo!\n", adap->name);
        return -EINVAL;
    }

    rt_mutex_init(&adap->bus_lock);
    mutex_init(&adap->userspace_clients_lock);
    INIT_LIST_HEAD(&adap->userspace_clients);

    /* Set default timeout to 1 second if not already set */
    if (adap->timeout == 0)
        adap->timeout = HZ;

    dev_set_name(&adap->dev, "i2c-%d", adap->nr);
    adap->dev.bus = &i2c_bus_type;
    adap->dev.type = &i2c_adapter_type;
    res = device_register(&adap->dev);  //註冊裝置節點
    if (res)
        goto out_list;

    /* create pre-declared device nodes */ //建立預-宣告的I2C裝置節點
    if (adap->nr < __i2c_first_dynamic_bus_num)  
        i2c_scan_static_board_info(adap);
        //如果adapter的匯流排號小於動態分配的匯流排號的最小那個，說明是板級adapter。
        //因為通過i2c_add_adapter加入的介面卡所分配的匯流排號一定是比__i2c_first_dynamic_bus_num大的。
    ...
}

對於i2c_add_numbered_adapter來說會觸發i2c_scan_static_board_info：

static void i2c_scan_static_board_info(struct i2c_adapter *adapter)
{
    struct i2c_devinfo    *devinfo;

    down_read(&__i2c_board_lock);  //持有讀寫鎖的讀，有使用者讀的時候不允許寫入
    list_for_each_entry(devinfo, &__i2c_board_list, list) {  //又見__i2c_board_list，這不是通過i2c_register_board_info組建起來的那個連結串列嗎！
        if (devinfo->busnum == adapter->nr
                && !i2c_new_device(adapter,
                        &devinfo->board_info)) //找到匯流排號與剛註冊的這個adapter相同的並通過i2c_new_device進行註冊
            dev_err(&adapter->dev,
                "Can't create device at 0x%02x\n",
                devinfo->board_info.addr);
    }
    up_read(&__i2c_board_lock);  //釋放讀寫鎖
}

而i2c_board_info成員與i2c_client的對應動作也是在i2c_new_device中進行的，這一點在上邊已經分析過了。看到這裡，對adapter與client的微妙關係應該瞭解程度就比較深了，為什麼說i2c_register_board_info與i2c_add_numbered_adapter對應而不是i2c_add_adapter也可以說得通。

那麼，最終回答開篇提出的那兩個問題：

• i2c_adapter驅動如何新增？

板級介面卡（CPU自帶、主機板整合）要通過i2c_add_numbered_adapter註冊，註冊前要指定匯流排號，從0開始。假如板級I2C介面卡註冊了3個，那麼第一個動態匯流排號一定是3，也就是說可插拔裝置所帶有的I2C介面卡需要通過i2c_add_adapter進行註冊，其匯流排號由系統指定。

• i2c_client與i2c_board_info究竟是什麼關係？

i2c_client與i2c_board_info的對應關係在i2c_new_device中有完整體現。

i2c_client->dev.platform_data = i2c_board_info->platform_data;
i2c_client->dev.archdata = i2c_board_info->archdata;
i2c_client->flags = i2c_board_info->flags;
i2c_client->addr = i2c_board_info->addr;
i2c_client->irq = i2c_board_info->irq;