Documentation/i2c/writing-clients

   1 This is a small guide for those who want to write kernel drivers for I2C
   2 or SMBus devices, using Linux as the protocol host/master (not slave).
   3
   4 To set up a driver, you need to do several things. Some are optional, and
   5 some things can be done slightly or completely different. Use this as a
   6 guide, not as a rule book!
   7
   8
   9 General remarks
  10 ===============
  11
  12 Try to keep the kernel namespace as clean as possible. The best way to
  13 do this is to use a unique prefix for all global symbols. This is
  14 especially important for exported symbols, but it is a good idea to do
  15 it for non-exported symbols too. We will use the prefix `foo_' in this
  16 tutorial.
  17
  18
  19 The driver structure
  20 ====================
  21
  22 Usually, you will implement a single driver structure, and instantiate
  23 all clients from it. Remember, a driver structure contains general access
  24 routines, and should be zero-initialized except for fields with data you
  25 provide.  A client structure holds device-specific information like the
  26 driver model device node, and its I2C address.
  27
  28 static struct i2c_device_id foo_idtable[] = {
  29         { "foo", my_id_for_foo },
  30         { "bar", my_id_for_bar },
  31         { }
  32 };
  33
  34 MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, foo_idtable);
  35
  36 static struct i2c_driver foo_driver = {
  37         .driver = {
  38                 .name   = "foo",
  39         },
  40
  41         .id_table       = foo_ids,
  42         .probe          = foo_probe,
  43         .remove         = foo_remove,
  44         /* if device autodetection is needed: */
  45         .class          = I2C_CLASS_SOMETHING,
  46         .detect         = foo_detect,
  47         .address_data   = &addr_data,
  48
  49         .shutdown       = foo_shutdown, /* optional */
  50         .suspend        = foo_suspend,  /* optional */
  51         .resume         = foo_resume,   /* optional */
  52         .command        = foo_command,  /* optional, deprecated */
  53 }
  54
  55 The name field is the driver name, and must not contain spaces.  It
  56 should match the module name (if the driver can be compiled as a module),
  57 although you can use MODULE_ALIAS (passing "foo" in this example) to add
  58 another name for the module.  If the driver name doesn't match the module
  59 name, the module won't be automatically loaded (hotplug/coldplug).
  60
  61 All other fields are for call-back functions which will be explained
  62 below.
  63
  64
  65 Extra client data
  66 =================
  67
  68 Each client structure has a special `data' field that can point to any
  69 structure at all.  You should use this to keep device-specific data.
  70
  71         /* store the value */
  72         void i2c_set_clientdata(struct i2c_client *client, void *data);
  73
  74         /* retrieve the value */
  75         void *i2c_get_clientdata(const struct i2c_client *client);
  76
  77
  78 Accessing the client
  79 ====================
  80
  81 Let's say we have a valid client structure. At some time, we will need
  82 to gather information from the client, or write new information to the
  83 client.
  84
  85 I have found it useful to define foo_read and foo_write functions for this.
  86 For some cases, it will be easier to call the i2c functions directly,
  87 but many chips have some kind of register-value idea that can easily
  88 be encapsulated.
  89
  90 The below functions are simple examples, and should not be copied
  91 literally.
  92
  93 int foo_read_value(struct i2c_client *client, u8 reg)
  94 {
  95         if (reg < 0x10) /* byte-sized register */
  96                 return i2c_smbus_read_byte_data(client, reg);
  97         else            /* word-sized register */
  98                 return i2c_smbus_read_word_data(client, reg);
  99 }
 100
 101 int foo_write_value(struct i2c_client *client, u8 reg, u16 value)
 102 {
 103         if (reg == 0x10)        /* Impossible to write - driver error! */
 104                 return -EINVAL;
 105         else if (reg < 0x10)    /* byte-sized register */
 106                 return i2c_smbus_write_byte_data(client, reg, value);
 107         else                    /* word-sized register */
 108                 return i2c_smbus_write_word_data(client, reg, value);
 109 }
 110
 111
 112 Probing and attaching
 113 =====================
 114
 115 The Linux I2C stack was originally written to support access to hardware
 116 monitoring chips on PC motherboards, and thus used to embed some assumptions
 117 that were more appropriate to SMBus (and PCs) than to I2C.  One of these
 118 assumptions was that most adapters and devices drivers support the SMBUS_QUICK
 119 protocol to probe device presence.  Another was that devices and their drivers
 120 can be sufficiently configured using only such probe primitives.
 121
 122 As Linux and its I2C stack became more widely used in embedded systems
 123 and complex components such as DVB adapters, those assumptions became more
 124 problematic.  Drivers for I2C devices that issue interrupts need more (and
 125 different) configuration information, as do drivers handling chip variants
 126 that can't be distinguished by protocol probing, or which need some board
 127 specific information to operate correctly.
 128
 129
 130 Device/Driver Binding
 131 ---------------------
 132
 133 System infrastructure, typically board-specific initialization code or
 134 boot firmware, reports what I2C devices exist.  For example, there may be
 135 a table, in the kernel or from the boot loader, identifying I2C devices
 136 and linking them to board-specific configuration information about IRQs
 137 and other wiring artifacts, chip type, and so on.  That could be used to
 138 create i2c_client objects for each I2C device.
 139
 140 I2C device drivers using this binding model work just like any other
 141 kind of driver in Linux:  they provide a probe() method to bind to
 142 those devices, and a remove() method to unbind.
 143
 144         static int foo_probe(struct i2c_client *client,
 145                              const struct i2c_device_id *id);
 146         static int foo_remove(struct i2c_client *client);
 147
 148 Remember that the i2c_driver does not create those client handles.  The
 149 handle may be used during foo_probe().  If foo_probe() reports success
 150 (zero not a negative status code) it may save the handle and use it until
 151 foo_remove() returns.  That binding model is used by most Linux drivers.
 152
 153 The probe function is called when an entry in the id_table name field
 154 matches the device's name. It is passed the entry that was matched so
 155 the driver knows which one in the table matched.
 156
 157
 158 Device Creation
 159 ---------------
 160
 161 If you know for a fact that an I2C device is connected to a given I2C bus,
 162 you can instantiate that device by simply filling an i2c_board_info
 163 structure with the device address and driver name, and calling
 164 i2c_new_device().  This will create the device, then the driver core will
 165 take care of finding the right driver and will call its probe() method.
 166 If a driver supports different device types, you can specify the type you
 167 want using the type field.  You can also specify an IRQ and platform data
 168 if needed.
 169
 170 Sometimes you know that a device is connected to a given I2C bus, but you
 171 don't know the exact address it uses.  This happens on TV adapters for
 172 example, where the same driver supports dozens of slightly different
 173 models, and I2C device addresses change from one model to the next.  In
 174 that case, you can use the i2c_new_probed_device() variant, which is
 175 similar to i2c_new_device(), except that it takes an additional list of
 176 possible I2C addresses to probe.  A device is created for the first
 177 responsive address in the list.  If you expect more than one device to be
 178 present in the address range, simply call i2c_new_probed_device() that
 179 many times.
 180
 181 The call to i2c_new_device() or i2c_new_probed_device() typically happens
 182 in the I2C bus driver. You may want to save the returned i2c_client
 183 reference for later use.
 184
 185
 186 Device Detection
 187 ----------------
 188
 189 Sometimes you do not know in advance which I2C devices are connected to
 190 a given I2C bus.  This is for example the case of hardware monitoring
 191 devices on a PC's SMBus.  In that case, you may want to let your driver
 192 detect supported devices automatically.  This is how the legacy model
 193 was working, and is now available as an extension to the standard
 194 driver model.
 195
 196 You simply have to define a detect callback which will attempt to
 197 identify supported devices (returning 0 for supported ones and -ENODEV
 198 for unsupported ones), a list of addresses to probe, and a device type
 199 (or class) so that only I2C buses which may have that type of device
 200 connected (and not otherwise enumerated) will be probed.  For example,
 201 a driver for a hardware monitoring chip for which auto-detection is
 202 needed would set its class to I2C_CLASS_HWMON, and only I2C adapters
 203 with a class including I2C_CLASS_HWMON would be probed by this driver.
 204 Note that the absence of matching classes does not prevent the use of
 205 a device of that type on the given I2C adapter.  All it prevents is
 206 auto-detection; explicit instantiation of devices is still possible.
 207
 208 Note that this mechanism is purely optional and not suitable for all
 209 devices.  You need some reliable way to identify the supported devices
 210 (typically using device-specific, dedicated identification registers),
 211 otherwise misdetections are likely to occur and things can get wrong
 212 quickly.  Keep in mind that the I2C protocol doesn't include any
 213 standard way to detect the presence of a chip at a given address, let
 214 alone a standard way to identify devices.  Even worse is the lack of
 215 semantics associated to bus transfers, which means that the same
 216 transfer can be seen as a read operation by a chip and as a write
 217 operation by another chip.  For these reasons, explicit device
 218 instantiation should always be preferred to auto-detection where
 219 possible.
 220
 221
 222 Device Deletion
 223 ---------------
 224
 225 Each I2C device which has been created using i2c_new_device() or
 226 i2c_new_probed_device() can be unregistered by calling
 227 i2c_unregister_device().  If you don't call it explicitly, it will be
 228 called automatically before the underlying I2C bus itself is removed, as a
 229 device can't survive its parent in the device driver model.
 230
 231
 232 Initializing the driver
 233 =======================
 234
 235 When the kernel is booted, or when your foo driver module is inserted,
 236 you have to do some initializing. Fortunately, just registering the
 237 driver module is usually enough.
 238
 239 static int __init foo_init(void)
 240 {
 241         return i2c_add_driver(&foo_driver);
 242 }
 243
 244 static void __exit foo_cleanup(void)
 245 {
 246         i2c_del_driver(&foo_driver);
 247 }
 248
 249 /* Substitute your own name and email address */
 250 MODULE_AUTHOR("Frodo Looijaard <frodol@dds.nl>"
 251 MODULE_DESCRIPTION("Driver for Barf Inc. Foo I2C devices");
 252
 253 /* a few non-GPL license types are also allowed */
 254 MODULE_LICENSE("GPL");
 255
 256 module_init(foo_init);
 257 module_exit(foo_cleanup);
 258
 259 Note that some functions are marked by `__init'.  These functions can
 260 be removed after kernel booting (or module loading) is completed.
 261 Likewise, functions marked by `__exit' are dropped by the compiler when
 262 the code is built into the kernel, as they would never be called.
 263
 264
 265 Power Management
 266 ================
 267
 268 If your I2C device needs special handling when entering a system low
 269 power state -- like putting a transceiver into a low power mode, or
 270 activating a system wakeup mechanism -- do that in the suspend() method.
 271 The resume() method should reverse what the suspend() method does.
 272
 273 These are standard driver model calls, and they work just like they
 274 would for any other driver stack.  The calls can sleep, and can use
 275 I2C messaging to the device being suspended or resumed (since their
 276 parent I2C adapter is active when these calls are issued, and IRQs
 277 are still enabled).
 278
 279
 280 System Shutdown
 281 ===============
 282
 283 If your I2C device needs special handling when the system shuts down
 284 or reboots (including kexec) -- like turning something off -- use a
 285 shutdown() method.
 286
 287 Again, this is a standard driver model call, working just like it
 288 would for any other driver stack:  the calls can sleep, and can use
 289 I2C messaging.
 290
 291
 292 Command function
 293 ================
 294
 295 A generic ioctl-like function call back is supported. You will seldom
 296 need this, and its use is deprecated anyway, so newer design should not
 297 use it.
 298
 299
 300 Sending and receiving
 301 =====================
 302
 303 If you want to communicate with your device, there are several functions
 304 to do this. You can find all of them in <linux/i2c.h>.
 305
 306 If you can choose between plain I2C communication and SMBus level
 307 communication, please use the latter. All adapters understand SMBus level
 308 commands, but only some of them understand plain I2C!
 309
 310
 311 Plain I2C communication
 312 -----------------------
 313
 314         int i2c_master_send(struct i2c_client *client, const char *buf,
 315                             int count);
 316         int i2c_master_recv(struct i2c_client *client, char *buf, int count);
 317
 318 These routines read and write some bytes from/to a client. The client
 319 contains the i2c address, so you do not have to include it. The second
 320 parameter contains the bytes to read/write, the third the number of bytes
 321 to read/write (must be less than the length of the buffer.) Returned is
 322 the actual number of bytes read/written.
 323
 324         int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msg,
 325                          int num);
 326
 327 This sends a series of messages. Each message can be a read or write,
 328 and they can be mixed in any way. The transactions are combined: no
 329 stop bit is sent between transaction. The i2c_msg structure contains
 330 for each message the client address, the number of bytes of the message
 331 and the message data itself.
 332
 333 You can read the file `i2c-protocol' for more information about the
 334 actual I2C protocol.
 335
 336
 337 SMBus communication
 338 -------------------
 339
 340         s32 i2c_smbus_xfer(struct i2c_adapter *adapter, u16 addr,
 341                            unsigned short flags, char read_write, u8 command,
 342                            int size, union i2c_smbus_data *data);
 343
 344 This is the generic SMBus function. All functions below are implemented
 345 in terms of it. Never use this function directly!
 346
 347         s32 i2c_smbus_read_byte(struct i2c_client *client);
 348         s32 i2c_smbus_write_byte(struct i2c_client *client, u8 value);
 349         s32 i2c_smbus_read_byte_data(struct i2c_client *client, u8 command);
 350         s32 i2c_smbus_write_byte_data(struct i2c_client *client,
 351                                       u8 command, u8 value);
 352         s32 i2c_smbus_read_word_data(struct i2c_client *client, u8 command);
 353         s32 i2c_smbus_write_word_data(struct i2c_client *client,
 354                                       u8 command, u16 value);
 355         s32 i2c_smbus_process_call(struct i2c_client *client,
 356                                    u8 command, u16 value);
 357         s32 i2c_smbus_read_block_data(struct i2c_client *client,
 358                                       u8 command, u8 *values);
 359         s32 i2c_smbus_write_block_data(struct i2c_client *client,
 360                                        u8 command, u8 length, const u8 *values);
 361         s32 i2c_smbus_read_i2c_block_data(struct i2c_client *client,
 362                                           u8 command, u8 length, u8 *values);
 363         s32 i2c_smbus_write_i2c_block_data(struct i2c_client *client,
 364                                            u8 command, u8 length,
 365                                            const u8 *values);
 366
 367 These ones were removed from i2c-core because they had no users, but could
 368 be added back later if needed:
 369
 370         s32 i2c_smbus_write_quick(struct i2c_client *client, u8 value);
 371         s32 i2c_smbus_block_process_call(struct i2c_client *client,
 372                                          u8 command, u8 length, u8 *values);
 373
 374 All these transactions return a negative errno value on failure. The 'write'
 375 transactions return 0 on success; the 'read' transactions return the read
 376 value, except for block transactions, which return the number of values
 377 read. The block buffers need not be longer than 32 bytes.
 378
 379 You can read the file `smbus-protocol' for more information about the
 380 actual SMBus protocol.
 381
 382
 383 General purpose routines
 384 ========================
 385
 386 Below all general purpose routines are listed, that were not mentioned
 387 before.
 388
 389         /* Return the adapter number for a specific adapter */
 390         int i2c_adapter_id(struct i2c_adapter *adap);