I2C 与 SPI 驱动选学
本文是 嵌入式 Linux 学习路径 第七阶段（按硬件选学）：当板上有 I2C/SPI 传感器、EEPROM、显示屏控制器 等外设时，理解 总线驱动 + 设备驱动 分层、设备树描述 与 内核消息 API。无此类硬件时可略读概念，待项目需要再实操。
学习目标
- 区分 Adapter/Controller 驱动 与 Client/设备驱动。
- 在 DTS 中正确挂 i2c/spi 子节点，配置 reg（地址）/ cs-gpios / clock-frequency。
- 使用
i2c_transfer/spi_sync或 regmap 读写寄存器。 - 用
i2cdetect/spidev做 bring-up；理解 与字符设备驱动的关系。
总线模型对比
| I2C | SPI | |
|---|---|---|
| 拓扑 | 多设备 共享 SDA/SCL，7/10 位地址 | 每设备通常 独立 CS，SCK/MOSI/MISO 共享 |
| 速度 | 标准/快速/高速模式 | 由控制器与外设决定，常更高 |
| DT 关键 | reg = <0x48> 从地址 | reg = <0> 常表示 chip select 索引 |
| 用户态 | /dev/i2c-N、i2c-tools | /dev/spidevX.Y（spidev） |
设备树示例（示意，以 binding 为准）
I2C 传感器
&i2c1 {
clock-frequency = <400000>;
status = "okay";
sensor@48 {
compatible = "vendor,tmp123";
reg = <0x48>;
interrupt-parent = <&gpio0>;
interrupts = <5 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;
};
};SPI 外设
&spi0 {
status = "okay";
cs-gpios = <&gpio0 10 GPIO_ACTIVE_LOW>;
flash@0 {
compatible = "jedec,spi-nor";
reg = <0>;
spi-max-frequency = <50000000>;
};
};内核驱动结构
I2C client 驱动
static const struct of_device_id tmp123_of_match[] = {
{ .compatible = "vendor,tmp123" },
{ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, tmp123_of_match);
static int tmp123_probe(struct i2c_client *client,
const struct i2c_device_id *id)
{
/* i2c_smbus_read_byte_data / regmap */
return 0;
}
static struct i2c_driver tmp123_driver = {
.probe = tmp123_probe,
.remove = tmp123_remove,
.driver = {
.name = "tmp123",
.of_match_table = tmp123_of_match,
},
};SPI 驱动
struct spi_driver+spi_device；spi_setup配置 mode、bits_per_word、max_speed_hz；- 传输：
spi_write_then_read、spi_sync+spi_transfer。
regmap（推荐）
- 统一 I2C/SPI/MMIO 寄存器访问；减少重复 retry/locking 样板代码。
Bring-up 顺序（资深习惯）
- 硬件：示波器/逻辑分析仪看 波形、上拉、地址冲突。
- Boot 日志：adapter probe 是否成功。
- 用户态探测：
i2cdetect -y 1 i2cget -y 1 0x48 0x00 - 再写内核驱动 或确认 已有 hwmon/iio 驱动 是否已绑定。
子系统绑定
| 外设类型 | 常注册到 |
|---|---|
| 温湿度 | hwmon / iio |
| 加速度计 | iio |
| 输入触摸 | input |
| RTC | rtc |
优先查 mainline 是否已有驱动；仅写 compatible 字符串 匹配即可的情况不少。
与字符设备的关系
- 总线驱动 不直接等于
/dev/xxx；hwmon 导出/sys/class/hwmon/，iio 导出/sys/bus/iio/。 - misc/spidev 把 SPI 总线暴露给用户态——快速原型可用，产品化 常收回内核驱动以保证 并发与权限。
常见坑
- I2C 地址 8 位 vs 7 位（dt 里 7 位）。
- SPI mode CPOL/CPHA 与外设手册不一致 → 读到 0xFF/0x00。
- regulator/clock 未 enable → -EPROBE_DEFER 链。
- 长走线 无适当 上拉/降速 → 偶发 NACK。
实践练习（有硬件时）
-
i2cdetect看到设备地址，与 dtsreg一致。 - 加载 mainline 或 vendor 驱动，
/sys/class/hwmon出现temp1_input等。 - 读 数据手册 一个 WHO_AM_I 寄存器，用 i2cget 验证。
- （选做）写 最小 probe 只 dev_info 打印 chip id。
阶段验收
- 解释 adapter 与 client 区别。
- 从 dts 节点画出 到驱动 probe 的匹配链。
- 说明 何时用 spidev、何时写内核驱动。
下一阶段衔接
- Yocto/Buildroot：把 内核模块或设备树补丁 打包进镜像。
- 内核子系统深入：IIO 缓冲与 triggered 采样（工业采集方向）。
参考
Documentation/i2c/、Documentation/spi/Documentation/devicetree/bindings/i2c/、.../spi/- Linux Device Drivers 相关章节
无 I2C/SPI 外设时可跳过实操；UART/GPIO 路径由字符设备与设备树阶段已覆盖。