《驱动开发硬核特训 · 专题篇》：深入理解 I2C 子系统
关键词：i2c_adapter、i2c_client、i2c_driver、i2c-core、platform_driver、设备树匹配、驱动模型
本文目标：通过实际代码一步步讲清楚 I2C 子系统的结构与运行机制，让你不再混淆 platform_driver 与 i2c_driver 的职责。
🧩 一、本文问题导入
很多人在学 Linux 驱动开发时经常会问：
“I2C 子系统到底是 platform_driver 模型，还是总线设备驱动模型？”
这个问题本质在于：
- 你看到的 SoC 上的 I2C 控制器（比如 i2c@30a20000）是通过 platform_driver 注册的。
- 而 I2C 外设（如 EEPROM、PMIC）却通过 i2c_driver 注册。
所以本文只做一件事：
基于真实源码，把整个 I2C 子系统的结构和逻辑梳理清楚。
🧭 二、I2C 子系统架构概览（核心数据结构）
I2C 子系统的本质，是内核为 I2C 总线提供的一个子系统框架，基于 Linux 的总线设备驱动模型，主要涉及这三类角色：
| 类型 | 对应结构体 | 描述 |
|---|---|---|
| 主控制器 | struct i2c_adapter | SoC 的 I2C 控制器，通常由平台驱动注册 |
| 外设设备 | struct i2c_client | 掛载在 I2C 总线上的从设备 |
| 外设驱动 | struct i2c_driver | 针对某类设备的驱动，如 at24、wm8960 |
🚩控制器（adapter）负责提供访问总线的能力，
🚩驱动（driver）通过匹配i2c_client来完成初始化。
🔩 三、从代码看：如何注册一个 I2C 控制器（i2c_adapter）
控制器驱动一般是 platform_driver，其 probe() 函数中会注册 i2c_adapter。
🔍 示例：i.MX8MP 的 I2C 控制器驱动 drivers/i2c/busses/i2c-imx.c
static int i2c_imx_probe(struct platform_device *pdev)
{struct i2c_adapter *adapter;struct imx_i2c_struct *i2c_imx;// 1. 分配结构体，映射寄存器、时钟等i2c_imx = devm_kzalloc(...);i2c_imx->base = devm_ioremap_resource(...);// 2. 初始化适配器（i2c_adapter）adapter = &i2c_imx->adapter;adapter->owner = THIS_MODULE;adapter->algo = &i2c_imx_algo;adapter->dev.parent = &pdev->dev;adapter->nr = pdev->id;strlcpy(adapter->name, "IMX I2C", sizeof(adapter->name));// 3. 注册 i2c_adapteri2c_add_numbered_adapter(adapter);return 0;
}
✅ 一旦
i2c_adapter注册成功，I2C 核心就认为系统具备一条 I2C 总线。
🔌 四、从代码看：设备是怎么挂在 I2C 总线上的？
这是由设备树决定的，I2C 从设备（如 EEPROM）一般长这样：
i2c@30a20000 {status = "okay";eeprom@50 {compatible = "atmel,24c02";reg = <0x50>; // I2C 地址pagesize = <16>;};
};
关键机制：
- 内核在识别到
i2c@xxx是一个已注册的i2c_adapter后； - 会自动为子节点（eeprom@50）创建一个
i2c_client； - 调用
of_i2c_register_devices()完成挂载。
✅ 每个子节点都被封装为
struct i2c_client，表示总线上挂的一个 I2C 从设备。
🧠 五、设备驱动是怎么匹配设备的？（i2c_driver）
我们看一个典型的 I2C 驱动注册过程：drivers/misc/eeprom/at24.c
static const struct i2c_device_id at24_ids[] = {{ "24c02", 0 },...
};static const struct of_device_id at24_of_match[] = {{ .compatible = "atmel,24c02" },...
};static struct i2c_driver at24_driver = {.driver = {.name = "at24",.of_match_table = of_match_ptr(at24_of_match),},.probe = at24_probe,.remove = at24_remove,.id_table = at24_ids,
};module_i2c_driver(at24_driver); // 注册驱动
🧷 关键点：
- 注册的是
i2c_driver，不是platform_driver。 - 匹配的依据是
compatible+of_device_id。 - 匹配成功后调用
at24_probe()，拿到i2c_client，从而可以进行i2c_transfer()通信。
⚙ 六、驱动内如何访问设备？（client + transfer）
以 at24.c 驱动为例：
static int at24_read(void *priv, unsigned int offset, void *buf, size_t count)
{struct i2c_client *client = priv;struct i2c_msg msgs[2];// 1. 写 offset 地址msgs[0].addr = client->addr;msgs[0].flags = 0;msgs[0].buf = &offset;msgs[0].len = 1;// 2. 读数据msgs[1].addr = client->addr;msgs[1].flags = I2C_M_RD;msgs[1].buf = buf;msgs[1].len = count;return i2c_transfer(client->adapter, msgs, 2);
}
✅
i2c_transfer()就是 I2C 核心提供的 API，适配器驱动通过.master_xfer()回调实现底层通信。
🔚 七、小结与答疑
| 问题 | 回答 |
|---|---|
| I2C 子系统属于哪种驱动模型？ | 总线设备驱动模型（不是 platform_driver） |
| 为什么控制器驱动用的是 platform_driver？ | 控制器是 SoC 集成外设，依赖平台结构注册 |
| 一个 I2C 总线控制器驱动和设备驱动的区别？ | 控制器注册 i2c_adapter，驱动匹配 i2c_client |
| I2C 子系统的核心 API 是？ | i2c_transfer()，用于驱动层通信 |
📌 附图：I2C 子系统结构图
设备树 驱动注册
┌────────────┐ ┌─────────────────────┐
│ i2c@xxxx │──┐ │ i2c_driver: at24 │
│ └──@50 │ │ │ └─ probe() │
└────────────┘ │ └─────────────────────┘↓of_i2c_register_devices()↓i2c_new_device / client↓驱动匹配并调用 probe
✅ 总结一句话
控制器驱动用 platform_driver，挂载设备驱动用 i2c_driver，I2C 子系统的核心在于 client 与 driver 的匹配过程。
如果你需要配合 at24 驱动的完整实战样例，或者想了解 regmap 如何结合 I2C 使用，也可以继续深入。如果需要，我可以出一个《I2C 子系统实战篇》。
是否需要我继续整理一篇基于 i2c-tools 测试或 regmap+i2c 的完整实战篇？