add: 04_I2C/13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析

IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/02_I2C协议.md

@@ -106,7 +106,7 @@ I2C协议信号如下：
   前8个时钟由主设备发送数据的话，第9个时钟就由从设备发送数据；
   前8个时钟由从设备发送数据的话，第9个时钟就由主设备发送数据。
 * 双方设备中，某个设备发送数据时，另一方怎样才能不影响SDA上的数据？
-  设备的SDA中有一个三极管，使用开极(极电集开发出去作为输出)电路，如下图：
+  设备的SDA中有一个三极管，使用开极/开漏电路(三极管是开极，CMOS管是开漏，作用一样)，如下图：
   ![image-20210220152057547](pic/04_I2C/010_i2c_signal_internal.png)
 
 真值表如下：

IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析.md

@@ -0,0 +1,159 @@
+## 使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析
+
+参考资料：
+
+* i2c_spec.pdf
+* Linux文档
+  * `Linux-5.4\Documentation\devicetree\bindings\i2c\i2c-gpio.yaml`
+  * `Linux-4.9.88\Documentation\devicetree\bindings\i2c\i2c-gpio.txt`
+* Linux驱动源码
+  * `Linux-5.4\drivers\i2c\busses\i2c-gpio.c`
+  * `Linux-4.9.88\drivers\i2c\busses\i2c-gpio.c`
+
+### 1. 回顾I2C协议
+
+#### 1.1 硬件连接
+
+I2C在硬件上的接法如下所示，主控芯片引出两条线SCL,SDA线，在一条I2C总线上可以接很多I2C设备，我们还会放一个上拉电阻（放一个上拉电阻的原因以后我们再说）。
+
+![](pic/04_I2C/001_i2c_hardware_block.png)
+
+#### 1.2 I2C信号
+
+I2C协议中数据传输的单位是字节，也就是8位。但是要用到9个时钟：前面8个时钟用来传输8数据，第9个时钟用来传输回应信号。传输时，先传输最高位(MSB)。
+
+* 开始信号（S）：SCL为高电平时，SDA山高电平向低电平跳变，开始传送数据。
+* 结束信号（P）：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
+* 响应信号(ACK)：接收器在接收到8位数据后，在第9个时钟周期，拉低SDA
+* SDA上传输的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定，SDA上的数据只能在SCL为低电平期间变化
+
+I2C协议信号如下：
+
+![image-20210220151524099](pic/04_I2C/009_i2c_signal.png)
+
+
+
+#### 1.3 协议细节
+
+* 如何在SDA上实现双向传输？
+  主芯片通过一根SDA线既可以把数据发给从设备，也可以从SDA上读取数据，连接SDA线的引脚里面必然有两个引脚（发送引脚/接受引脚）。
+
+* 主、从设备都可以通过SDA发送数据，肯定不能同时发送数据，怎么错开时间？
+  在9个时钟里，
+  前8个时钟由主设备发送数据的话，第9个时钟就由从设备发送数据；
+  前8个时钟由从设备发送数据的话，第9个时钟就由主设备发送数据。
+* 双方设备中，某个设备发送数据时，另一方怎样才能不影响SDA上的数据？
+  设备的SDA中有一个三极管，使用开极/开漏电路(三极管是开极，CMOS管是开漏，作用一样)，如下图：
+  ![image-20210220152057547](pic/04_I2C/010_i2c_signal_internal.png)
+
+真值表如下：
+![image-20210220152134970](pic/04_I2C/011_true_value_table.png)
+
+
+
+从真值表和电路图我们可以知道：
+
+* 当某一个芯片不想影响SDA线时，那就不驱动这个三极管
+* 想让SDA输出高电平，双方都不驱动三极管(SDA通过上拉电阻变为高电平)
+* 想让SDA输出低电平，就驱动三极管
+
+
+
+从下面的例子可以看看数据是怎么传的（实现双向传输）。
+举例：主设备发送（8bit）给从设备
+
+* 前8个clk
+  * 从设备不要影响SDA，从设备不驱动三极管
+  * 主设备决定数据，主设备要发送1时不驱动三极管，要发送0时驱动三极管
+
+* 第9个clk，由从设备决定数据
+  * 主设备不驱动三极管
+  * 从设备决定数据，要发出回应信号的话，就驱动三极管让SDA变为0
+  * 从这里也可以知道ACK信号是低电平
+
+
+
+从上面的例子，就可以知道怎样在一条线上实现双向传输，这就是SDA上要使用上拉电阻的原因。
+
+
+
+为何SCL也要使用上拉电阻？
+在第9个时钟之后，如果有某一方需要更多的时间来处理数据，它可以一直驱动三极管把SCL拉低。
+当SCL为低电平时候，大家都不应该使用IIC总线，只有当SCL从低电平变为高电平的时候，IIC总线才能被使用。
+当它就绪后，就可以不再驱动三极管，这是上拉电阻把SCL变为高电平，其他设备就可以继续使用I2C总线了。
+
+
+
+### 2. 使用GPIO模拟I2C的要点
+
+* 引脚设为GPIO
+* GPIO设为输出、开极/开漏(open collector/open drain)
+* 要有上拉电阻
+
+ 
+
+### 3. 驱动程序分析
+
+
+#### 3.1 平台总线设备驱动模型
+
+![image-20210312115457885](pic/04_I2C/063_i2c-gpio_module.png)
+
+#### 3.2 设备树
+
+对于GPIO引脚的定义，有两种方法：
+
+* 老方法：gpios
+* 新方法：sda-gpios、scl-gpios
+
+![image-20210312104844329](pic/04_I2C/062_i2c-gpio_node.png)
+
+
+#### 3.3 驱动程序分析
+
+##### 1. I2C-GPIO驱动层次
+
+![image-20210312120002847](pic/04_I2C/064_i2c-gpio_level.png)
+
+
+
+##### 2. 传输函数分析
+
+看视频分析i2c_outb函数：`drivers\i2c\algos\i2c-algo-bit.c`
+![image-20210312120147495](pic/04_I2C/065_i2c_outb.png)
+
+
+
+### 4. 怎么使用I2C-GPIO
+
+设置设备数，在里面添加一个节点即可，示例代码看上面：
+
+* compatible = "i2c-gpio";
+
+* 使用pinctrl把 SDA、SCL所涉及引脚配置为GPIO、开极
+
+  * 可选
+
+* 指定SDA、SCL所用的GPIO
+
+* 指定频率(2种方法)：
+  * i2c-gpio,delay-us = <5>;	/* ~100 kHz */
+  * clock-frequency = <400000>;
+  
+* #address-cells = <1>;
+
+* #size-cells = <0>;
+
+* i2c-gpio,sda-open-drain：
+
+  * 它表示其他驱动、其他系统已经把SDA设置为open drain了
+  * 在驱动里不需要在设置为open drain
+  * 如果需要驱动代码自己去设置SDA为open drain，就不要提供这个属性
+
+* i2c-gpio,scl-open-drain：
+
+  * 它表示其他驱动、其他系统已经把SCL设置为open drain了
+  * 在驱动里不需要在设置为open drain
+  * 如果需要驱动代码自己去设置SCL为open drain，就不要提供这个属性
+
+  

README.md

@@ -121,7 +121,7 @@ git clone https://e.coding.net/weidongshan/doc_and_source_for_drivers.git
   
 * 2021.03.11 发布"I2C系统"：12\_完善虚拟的I2C_Adapter驱动并模拟EEPROM
   
-  
+* 2021.03.12 发布"I2C系统"：13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析
   
   
 

STM32MP157/doc_pic/04_I2C/02_I2C协议.md

@@ -106,7 +106,7 @@ I2C协议信号如下：
   前8个时钟由主设备发送数据的话，第9个时钟就由从设备发送数据；
   前8个时钟由从设备发送数据的话，第9个时钟就由主设备发送数据。
 * 双方设备中，某个设备发送数据时，另一方怎样才能不影响SDA上的数据？
-  设备的SDA中有一个三极管，使用开极(极电集开发出去作为输出)电路，如下图：
+  设备的SDA中有一个三极管，使用开极/开漏电路(三极管是开极，CMOS管是开漏，作用一样)，如下图：
   ![image-20210220152057547](pic/04_I2C/010_i2c_signal_internal.png)
 
 真值表如下：

STM32MP157/doc_pic/04_I2C/13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析.md

@@ -0,0 +1,159 @@
+## 使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析
+
+参考资料：
+
+* i2c_spec.pdf
+* Linux文档
+  * `Linux-5.4\Documentation\devicetree\bindings\i2c\i2c-gpio.yaml`
+  * `Linux-4.9.88\Documentation\devicetree\bindings\i2c\i2c-gpio.txt`
+* Linux驱动源码
+  * `Linux-5.4\drivers\i2c\busses\i2c-gpio.c`
+  * `Linux-4.9.88\drivers\i2c\busses\i2c-gpio.c`
+
+### 1. 回顾I2C协议
+
+#### 1.1 硬件连接
+
+I2C在硬件上的接法如下所示，主控芯片引出两条线SCL,SDA线，在一条I2C总线上可以接很多I2C设备，我们还会放一个上拉电阻（放一个上拉电阻的原因以后我们再说）。
+
+![](pic/04_I2C/001_i2c_hardware_block.png)
+
+#### 1.2 I2C信号
+
+I2C协议中数据传输的单位是字节，也就是8位。但是要用到9个时钟：前面8个时钟用来传输8数据，第9个时钟用来传输回应信号。传输时，先传输最高位(MSB)。
+
+* 开始信号（S）：SCL为高电平时，SDA山高电平向低电平跳变，开始传送数据。
+* 结束信号（P）：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
+* 响应信号(ACK)：接收器在接收到8位数据后，在第9个时钟周期，拉低SDA
+* SDA上传输的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定，SDA上的数据只能在SCL为低电平期间变化
+
+I2C协议信号如下：
+
+![image-20210220151524099](pic/04_I2C/009_i2c_signal.png)
+
+
+
+#### 1.3 协议细节
+
+* 如何在SDA上实现双向传输？
+  主芯片通过一根SDA线既可以把数据发给从设备，也可以从SDA上读取数据，连接SDA线的引脚里面必然有两个引脚（发送引脚/接受引脚）。
+
+* 主、从设备都可以通过SDA发送数据，肯定不能同时发送数据，怎么错开时间？
+  在9个时钟里，
+  前8个时钟由主设备发送数据的话，第9个时钟就由从设备发送数据；
+  前8个时钟由从设备发送数据的话，第9个时钟就由主设备发送数据。
+* 双方设备中，某个设备发送数据时，另一方怎样才能不影响SDA上的数据？
+  设备的SDA中有一个三极管，使用开极/开漏电路(三极管是开极，CMOS管是开漏，作用一样)，如下图：
+  ![image-20210220152057547](pic/04_I2C/010_i2c_signal_internal.png)
+
+真值表如下：
+![image-20210220152134970](pic/04_I2C/011_true_value_table.png)
+
+
+
+从真值表和电路图我们可以知道：
+
+* 当某一个芯片不想影响SDA线时，那就不驱动这个三极管
+* 想让SDA输出高电平，双方都不驱动三极管(SDA通过上拉电阻变为高电平)
+* 想让SDA输出低电平，就驱动三极管
+
+
+
+从下面的例子可以看看数据是怎么传的（实现双向传输）。
+举例：主设备发送（8bit）给从设备
+
+* 前8个clk
+  * 从设备不要影响SDA，从设备不驱动三极管
+  * 主设备决定数据，主设备要发送1时不驱动三极管，要发送0时驱动三极管
+
+* 第9个clk，由从设备决定数据
+  * 主设备不驱动三极管
+  * 从设备决定数据，要发出回应信号的话，就驱动三极管让SDA变为0
+  * 从这里也可以知道ACK信号是低电平
+
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+从上面的例子，就可以知道怎样在一条线上实现双向传输，这就是SDA上要使用上拉电阻的原因。
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+为何SCL也要使用上拉电阻？
+在第9个时钟之后，如果有某一方需要更多的时间来处理数据，它可以一直驱动三极管把SCL拉低。
+当SCL为低电平时候，大家都不应该使用IIC总线，只有当SCL从低电平变为高电平的时候，IIC总线才能被使用。
+当它就绪后，就可以不再驱动三极管，这是上拉电阻把SCL变为高电平，其他设备就可以继续使用I2C总线了。
+
+
+
+### 2. 使用GPIO模拟I2C的要点
+
+* 引脚设为GPIO
+* GPIO设为输出、开极/开漏(open collector/open drain)
+* 要有上拉电阻
+
+ 
+
+### 3. 驱动程序分析
+
+
+#### 3.1 平台总线设备驱动模型
+
+![image-20210312115457885](pic/04_I2C/063_i2c-gpio_module.png)
+
+#### 3.2 设备树
+
+对于GPIO引脚的定义，有两种方法：
+
+* 老方法：gpios
+* 新方法：sda-gpios、scl-gpios
+
+![image-20210312104844329](pic/04_I2C/062_i2c-gpio_node.png)
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+
+#### 3.3 驱动程序分析
+
+##### 1. I2C-GPIO驱动层次
+
+![image-20210312120002847](pic/04_I2C/064_i2c-gpio_level.png)
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+
+##### 2. 传输函数分析
+
+看视频分析i2c_outb函数：`drivers\i2c\algos\i2c-algo-bit.c`
+![image-20210312120147495](pic/04_I2C/065_i2c_outb.png)
+
+
+
+### 4. 怎么使用I2C-GPIO
+
+设置设备数，在里面添加一个节点即可，示例代码看上面：
+
+* compatible = "i2c-gpio";
+
+* 使用pinctrl把 SDA、SCL所涉及引脚配置为GPIO、开极
+
+  * 可选
+
+* 指定SDA、SCL所用的GPIO
+
+* 指定频率(2种方法)：
+  * i2c-gpio,delay-us = <5>;	/* ~100 kHz */
+  * clock-frequency = <400000>;
+  
+* #address-cells = <1>;
+
+* #size-cells = <0>;
+
+* i2c-gpio,sda-open-drain：
+
+  * 它表示其他驱动、其他系统已经把SDA设置为open drain了
+  * 在驱动里不需要在设置为open drain
+  * 如果需要驱动代码自己去设置SDA为open drain，就不要提供这个属性
+
+* i2c-gpio,scl-open-drain：
+
+  * 它表示其他驱动、其他系统已经把SCL设置为open drain了
+  * 在驱动里不需要在设置为open drain
+  * 如果需要驱动代码自己去设置SCL为open drain，就不要提供这个属性
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