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, and `FOO_' for preprocessor variables.
  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_driver foo_driver = {
  29         .driver = {
  30                 .name   = "foo",
  31         },
  32
  33         /* iff driver uses driver model ("new style") binding model: */
  34         .probe          = foo_probe,
  35         .remove         = foo_remove,
  36
  37         /* else, driver uses "legacy" binding model: */
  38         .attach_adapter = foo_attach_adapter,
  39         .detach_client  = foo_detach_client,
  40
  41         /* these may be used regardless of the driver binding model */
  42         .shutdown       = foo_shutdown, /* optional */
  43         .suspend        = foo_suspend,  /* optional */
  44         .resume         = foo_resume,   /* optional */
  45         .command        = foo_command,  /* optional */
  46 }
  47
  48 The name field is the driver name, and must not contain spaces.  It
  49 should match the module name (if the driver can be compiled as a module),
  50 although you can use MODULE_ALIAS (passing "foo" in this example) to add
  51 another name for the module.  If the driver name doesn't match the module
  52 name, the module won't be automatically loaded (hotplug/coldplug).
  53
  54 All other fields are for call-back functions which will be explained
  55 below.
  56
  57
  58 Extra client data
  59 =================
  60
  61 Each client structure has a special `data' field that can point to any
  62 structure at all.  You should use this to keep device-specific data,
  63 especially in drivers that handle multiple I2C or SMBUS devices.  You
  64 do not always need this, but especially for `sensors' drivers, it can
  65 be very useful.
  66
  67         /* store the value */
  68         void i2c_set_clientdata(struct i2c_client *client, void *data);
  69
  70         /* retrieve the value */
  71         void *i2c_get_clientdata(struct i2c_client *client);
  72
  73 An example structure is below.
  74
  75   struct foo_data {
  76     struct i2c_client client;
  77     enum chips type;       /* To keep the chips type for `sensors' drivers. */
  78
  79     /* Because the i2c bus is slow, it is often useful to cache the read
  80        information of a chip for some time (for example, 1 or 2 seconds).
  81        It depends of course on the device whether this is really worthwhile
  82        or even sensible. */
  83     struct mutex update_lock;     /* When we are reading lots of information,
  84                                      another process should not update the
  85                                      below information */
  86     char valid;                   /* != 0 if the following fields are valid. */
  87     unsigned long last_updated;   /* In jiffies */
  88     /* Add the read information here too */
  89   };
  90
  91
  92 Accessing the client
  93 ====================
  94
  95 Let's say we have a valid client structure. At some time, we will need
  96 to gather information from the client, or write new information to the
  97 client. How we will export this information to user-space is less
  98 important at this moment (perhaps we do not need to do this at all for
  99 some obscure clients). But we need generic reading and writing routines.
 100
 101 I have found it useful to define foo_read and foo_write function for this.
 102 For some cases, it will be easier to call the i2c functions directly,
 103 but many chips have some kind of register-value idea that can easily
 104 be encapsulated.
 105
 106 The below functions are simple examples, and should not be copied
 107 literally.
 108
 109   int foo_read_value(struct i2c_client *client, u8 reg)
 110   {
 111     if (reg < 0x10) /* byte-sized register */
 112       return i2c_smbus_read_byte_data(client,reg);
 113     else /* word-sized register */
 114       return i2c_smbus_read_word_data(client,reg);
 115   }
 116
 117   int foo_write_value(struct i2c_client *client, u8 reg, u16 value)
 118   {
 119     if (reg == 0x10) /* Impossible to write - driver error! */ {
 120       return -1;
 121     else if (reg < 0x10) /* byte-sized register */
 122       return i2c_smbus_write_byte_data(client,reg,value);
 123     else /* word-sized register */
 124       return i2c_smbus_write_word_data(client,reg,value);
 125   }
 126
 127
 128 Probing and attaching
 129 =====================
 130
 131 The Linux I2C stack was originally written to support access to hardware
 132 monitoring chips on PC motherboards, and thus it embeds some assumptions
 133 that are more appropriate to SMBus (and PCs) than to I2C.  One of these
 134 assumptions is that most adapters and devices drivers support the SMBUS_QUICK
 135 protocol to probe device presence.  Another is that devices and their drivers
 136 can be sufficiently configured using only such probe primitives.
 137
 138 As Linux and its I2C stack became more widely used in embedded systems
 139 and complex components such as DVB adapters, those assumptions became more
 140 problematic.  Drivers for I2C devices that issue interrupts need more (and
 141 different) configuration information, as do drivers handling chip variants
 142 that can't be distinguished by protocol probing, or which need some board
 143 specific information to operate correctly.
 144
 145 Accordingly, the I2C stack now has two models for associating I2C devices
 146 with their drivers:  the original "legacy" model, and a newer one that's
 147 fully compatible with the Linux 2.6 driver model.  These models do not mix,
 148 since the "legacy" model requires drivers to create "i2c_client" device
 149 objects after SMBus style probing, while the Linux driver model expects
 150 drivers to be given such device objects in their probe() routines.
 151
 152
 153 Standard Driver Model Binding ("New Style")
 154 -------------------------------------------
 155
 156 System infrastructure, typically board-specific initialization code or
 157 boot firmware, reports what I2C devices exist.  For example, there may be
 158 a table, in the kernel or from the boot loader, identifying I2C devices
 159 and linking them to board-specific configuration information about IRQs
 160 and other wiring artifacts, chip type, and so on.  That could be used to
 161 create i2c_client objects for each I2C device.
 162
 163 I2C device drivers using this binding model work just like any other
 164 kind of driver in Linux:  they provide a probe() method to bind to
 165 those devices, and a remove() method to unbind.
 166
 167         static int foo_probe(struct i2c_client *client);
 168         static int foo_remove(struct i2c_client *client);
 169
 170 Remember that the i2c_driver does not create those client handles.  The
 171 handle may be used during foo_probe().  If foo_probe() reports success
 172 (zero not a negative status code) it may save the handle and use it until
 173 foo_remove() returns.  That binding model is used by most Linux drivers.
 174
 175 Drivers match devices when i2c_client.driver_name and the driver name are
 176 the same; this approach is used in several other busses that don't have
 177 device typing support in the hardware.  The driver and module name should
 178 match, so hotplug/coldplug mechanisms will modprobe the driver.
 179
 180
 181 Device Creation (Standard driver model)
 182 ---------------------------------------
 183
 184 If you know for a fact that an I2C device is connected to a given I2C bus,
 185 you can instantiate that device by simply filling an i2c_board_info
 186 structure with the device address and driver name, and calling
 187 i2c_new_device().  This will create the device, then the driver core will
 188 take care of finding the right driver and will call its probe() method.
 189 If a driver supports different device types, you can specify the type you
 190 want using the type field.  You can also specify an IRQ and platform data
 191 if needed.
 192
 193 Sometimes you know that a device is connected to a given I2C bus, but you
 194 don't know the exact address it uses.  This happens on TV adapters for
 195 example, where the same driver supports dozens of slightly different
 196 models, and I2C device addresses change from one model to the next.  In
 197 that case, you can use the i2c_new_probed_device() variant, which is
 198 similar to i2c_new_device(), except that it takes an additional list of
 199 possible I2C addresses to probe.  A device is created for the first
 200 responsive address in the list.  If you expect more than one device to be
 201 present in the address range, simply call i2c_new_probed_device() that
 202 many times.
 203
 204 The call to i2c_new_device() or i2c_new_probed_device() typically happens
 205 in the I2C bus driver. You may want to save the returned i2c_client
 206 reference for later use.
 207
 208
 209 Device Deletion (Standard driver model)
 210 ---------------------------------------
 211
 212 Each I2C device which has been created using i2c_new_device() or
 213 i2c_new_probed_device() can be unregistered by calling
 214 i2c_unregister_device().  If you don't call it explicitly, it will be
 215 called automatically before the underlying I2C bus itself is removed, as a
 216 device can't survive its parent in the device driver model.
 217
 218
 219 Legacy Driver Binding Model
 220 ---------------------------
 221
 222 Most i2c devices can be present on several i2c addresses; for some this
 223 is determined in hardware (by soldering some chip pins to Vcc or Ground),
 224 for others this can be changed in software (by writing to specific client
 225 registers). Some devices are usually on a specific address, but not always;
 226 and some are even more tricky. So you will probably need to scan several
 227 i2c addresses for your clients, and do some sort of detection to see
 228 whether it is actually a device supported by your driver.
 229
 230 To give the user a maximum of possibilities, some default module parameters
 231 are defined to help determine what addresses are scanned. Several macros
 232 are defined in i2c.h to help you support them, as well as a generic
 233 detection algorithm.
 234
 235 You do not have to use this parameter interface; but don't try to use
 236 function i2c_probe() if you don't.
 237
 238
 239 Probing classes (Legacy model)
 240 ------------------------------
 241
 242 All parameters are given as lists of unsigned 16-bit integers. Lists are
 243 terminated by I2C_CLIENT_END.
 244 The following lists are used internally:
 245
 246   normal_i2c: filled in by the module writer.
 247      A list of I2C addresses which should normally be examined.
 248    probe: insmod parameter.
 249      A list of pairs. The first value is a bus number (-1 for any I2C bus),
 250      the second is the address. These addresses are also probed, as if they
 251      were in the 'normal' list.
 252    ignore: insmod parameter.
 253      A list of pairs. The first value is a bus number (-1 for any I2C bus),
 254      the second is the I2C address. These addresses are never probed.
 255      This parameter overrules the 'normal_i2c' list only.
 256    force: insmod parameter.
 257      A list of pairs. The first value is a bus number (-1 for any I2C bus),
 258      the second is the I2C address. A device is blindly assumed to be on
 259      the given address, no probing is done.
 260
 261 Additionally, kind-specific force lists may optionally be defined if
 262 the driver supports several chip kinds. They are grouped in a
 263 NULL-terminated list of pointers named forces, those first element if the
 264 generic force list mentioned above. Each additional list correspond to an
 265 insmod parameter of the form force_<kind>.
 266
 267 Fortunately, as a module writer, you just have to define the `normal_i2c'
 268 parameter. The complete declaration could look like this:
 269
 270   /* Scan 0x4c to 0x4f */
 271   static const unsigned short normal_i2c[] = { 0x4c, 0x4d, 0x4e, 0x4f,
 272                                                I2C_CLIENT_END };
 273
 274   /* Magic definition of all other variables and things */
 275   I2C_CLIENT_INSMOD;
 276   /* Or, if your driver supports, say, 2 kind of devices: */
 277   I2C_CLIENT_INSMOD_2(foo, bar);
 278
 279 If you use the multi-kind form, an enum will be defined for you:
 280   enum chips { any_chip, foo, bar, ... }
 281 You can then (and certainly should) use it in the driver code.
 282
 283 Note that you *have* to call the defined variable `normal_i2c',
 284 without any prefix!
 285
 286
 287 Attaching to an adapter (Legacy model)
 288 --------------------------------------
 289
 290 Whenever a new adapter is inserted, or for all adapters if the driver is
 291 being registered, the callback attach_adapter() is called. Now is the
 292 time to determine what devices are present on the adapter, and to register
 293 a client for each of them.
 294
 295 The attach_adapter callback is really easy: we just call the generic
 296 detection function. This function will scan the bus for us, using the
 297 information as defined in the lists explained above. If a device is
 298 detected at a specific address, another callback is called.
 299
 300   int foo_attach_adapter(struct i2c_adapter *adapter)
 301   {
 302     return i2c_probe(adapter,&addr_data,&foo_detect_client);
 303   }
 304
 305 Remember, structure `addr_data' is defined by the macros explained above,
 306 so you do not have to define it yourself.
 307
 308 The i2c_probe function will call the foo_detect_client
 309 function only for those i2c addresses that actually have a device on
 310 them (unless a `force' parameter was used). In addition, addresses that
 311 are already in use (by some other registered client) are skipped.
 312
 313
 314 The detect client function (Legacy model)
 315 -----------------------------------------
 316
 317 The detect client function is called by i2c_probe. The `kind' parameter
 318 contains -1 for a probed detection, 0 for a forced detection, or a positive
 319 number for a forced detection with a chip type forced.
 320
 321 Returning an error different from -ENODEV in a detect function will cause
 322 the detection to stop: other addresses and adapters won't be scanned.
 323 This should only be done on fatal or internal errors, such as a memory
 324 shortage or i2c_attach_client failing.
 325
 326 For now, you can ignore the `flags' parameter. It is there for future use.
 327
 328   int foo_detect_client(struct i2c_adapter *adapter, int address,
 329                         int kind)
 330   {
 331     int err = 0;
 332     int i;
 333     struct i2c_client *client;
 334     struct foo_data *data;
 335     const char *name = "";
 336
 337     /* Let's see whether this adapter can support what we need.
 338        Please substitute the things you need here! */
 339     if (!i2c_check_functionality(adapter,I2C_FUNC_SMBUS_WORD_DATA |
 340                                         I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_BYTE))
 341        goto ERROR0;
 342
 343     /* OK. For now, we presume we have a valid client. We now create the
 344        client structure, even though we cannot fill it completely yet.
 345        But it allows us to access several i2c functions safely */
 346
 347     if (!(data = kzalloc(sizeof(struct foo_data), GFP_KERNEL))) {
 348       err = -ENOMEM;
 349       goto ERROR0;
 350     }
 351
 352     client = &data->client;
 353     i2c_set_clientdata(client, data);
 354
 355     client->addr = address;
 356     client->adapter = adapter;
 357     client->driver = &foo_driver;
 358
 359     /* Now, we do the remaining detection. If no `force' parameter is used. */
 360
 361     /* First, the generic detection (if any), that is skipped if any force
 362        parameter was used. */
 363     if (kind < 0) {
 364       /* The below is of course bogus */
 365       if (foo_read(client, FOO_REG_GENERIC) != FOO_GENERIC_VALUE)
 366          goto ERROR1;
 367     }
 368
 369     /* Next, specific detection. This is especially important for `sensors'
 370        devices. */
 371
 372     /* Determine the chip type. Not needed if a `force_CHIPTYPE' parameter
 373        was used. */
 374     if (kind <= 0) {
 375       i = foo_read(client, FOO_REG_CHIPTYPE);
 376       if (i == FOO_TYPE_1)
 377         kind = chip1; /* As defined in the enum */
 378       else if (i == FOO_TYPE_2)
 379         kind = chip2;
 380       else {
 381         printk("foo: Ignoring 'force' parameter for unknown chip at "
 382                "adapter %d, address 0x%02x\n",i2c_adapter_id(adapter),address);
 383         goto ERROR1;
 384       }
 385     }
 386
 387     /* Now set the type and chip names */
 388     if (kind == chip1) {
 389       name = "chip1";
 390     } else if (kind == chip2) {
 391       name = "chip2";
 392     }
 393
 394     /* Fill in the remaining client fields. */
 395     strlcpy(client->name, name, I2C_NAME_SIZE);
 396     data->type = kind;
 397     mutex_init(&data->update_lock); /* Only if you use this field */
 398
 399     /* Any other initializations in data must be done here too. */
 400
 401     /* This function can write default values to the client registers, if
 402        needed. */
 403     foo_init_client(client);
 404
 405     /* Tell the i2c layer a new client has arrived */
 406     if ((err = i2c_attach_client(client)))
 407       goto ERROR1;
 408
 409     return 0;
 410
 411     /* OK, this is not exactly good programming practice, usually. But it is
 412        very code-efficient in this case. */
 413
 414     ERROR1:
 415       kfree(data);
 416     ERROR0:
 417       return err;
 418   }
 419
 420
 421 Removing the client (Legacy model)
 422 ==================================
 423
 424 The detach_client call back function is called when a client should be
 425 removed. It may actually fail, but only when panicking. This code is
 426 much simpler than the attachment code, fortunately!
 427
 428   int foo_detach_client(struct i2c_client *client)
 429   {
 430     int err;
 431
 432     /* Try to detach the client from i2c space */
 433     if ((err = i2c_detach_client(client)))
 434       return err;
 435
 436     kfree(i2c_get_clientdata(client));
 437     return 0;
 438   }
 439
 440
 441 Initializing the module or kernel
 442 =================================
 443
 444 When the kernel is booted, or when your foo driver module is inserted,
 445 you have to do some initializing. Fortunately, just attaching (registering)
 446 the driver module is usually enough.
 447
 448   static int __init foo_init(void)
 449   {
 450     int res;
 451
 452     if ((res = i2c_add_driver(&foo_driver))) {
 453       printk("foo: Driver registration failed, module not inserted.\n");
 454       return res;
 455     }
 456     return 0;
 457   }
 458
 459   static void __exit foo_cleanup(void)
 460   {
 461     i2c_del_driver(&foo_driver);
 462   }
 463
 464   /* Substitute your own name and email address */
 465   MODULE_AUTHOR("Frodo Looijaard <frodol@dds.nl>"
 466   MODULE_DESCRIPTION("Driver for Barf Inc. Foo I2C devices");
 467
 468   /* a few non-GPL license types are also allowed */
 469   MODULE_LICENSE("GPL");
 470
 471   module_init(foo_init);
 472   module_exit(foo_cleanup);
 473
 474 Note that some functions are marked by `__init', and some data structures
 475 by `__initdata'.  These functions and structures can be removed after
 476 kernel booting (or module loading) is completed.
 477
 478
 479 Power Management
 480 ================
 481
 482 If your I2C device needs special handling when entering a system low
 483 power state -- like putting a transceiver into a low power mode, or
 484 activating a system wakeup mechanism -- do that in the suspend() method.
 485 The resume() method should reverse what the suspend() method does.
 486
 487 These are standard driver model calls, and they work just like they
 488 would for any other driver stack.  The calls can sleep, and can use
 489 I2C messaging to the device being suspended or resumed (since their
 490 parent I2C adapter is active when these calls are issued, and IRQs
 491 are still enabled).
 492
 493
 494 System Shutdown
 495 ===============
 496
 497 If your I2C device needs special handling when the system shuts down
 498 or reboots (including kexec) -- like turning something off -- use a
 499 shutdown() method.
 500
 501 Again, this is a standard driver model call, working just like it
 502 would for any other driver stack:  the calls can sleep, and can use
 503 I2C messaging.
 504
 505
 506 Command function
 507 ================
 508
 509 A generic ioctl-like function call back is supported. You will seldom
 510 need this, and its use is deprecated anyway, so newer design should not
 511 use it. Set it to NULL.
 512
 513
 514 Sending and receiving
 515 =====================
 516
 517 If you want to communicate with your device, there are several functions
 518 to do this. You can find all of them in i2c.h.
 519
 520 If you can choose between plain i2c communication and SMBus level
 521 communication, please use the last. All adapters understand SMBus level
 522 commands, but only some of them understand plain i2c!
 523
 524
 525 Plain i2c communication
 526 -----------------------
 527
 528   extern int i2c_master_send(struct i2c_client *,const char* ,int);
 529   extern int i2c_master_recv(struct i2c_client *,char* ,int);
 530
 531 These routines read and write some bytes from/to a client. The client
 532 contains the i2c address, so you do not have to include it. The second
 533 parameter contains the bytes the read/write, the third the length of the
 534 buffer. Returned is the actual number of bytes read/written.
 535
 536   extern int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msg,
 537                           int num);
 538
 539 This sends a series of messages. Each message can be a read or write,
 540 and they can be mixed in any way. The transactions are combined: no
 541 stop bit is sent between transaction. The i2c_msg structure contains
 542 for each message the client address, the number of bytes of the message
 543 and the message data itself.
 544
 545 You can read the file `i2c-protocol' for more information about the
 546 actual i2c protocol.
 547
 548
 549 SMBus communication
 550 -------------------
 551
 552   extern s32 i2c_smbus_xfer (struct i2c_adapter * adapter, u16 addr,
 553                              unsigned short flags,
 554                              char read_write, u8 command, int size,
 555                              union i2c_smbus_data * data);
 556
 557   This is the generic SMBus function. All functions below are implemented
 558   in terms of it. Never use this function directly!
 559
 560
 561   extern s32 i2c_smbus_write_quick(struct i2c_client * client, u8 value);
 562   extern s32 i2c_smbus_read_byte(struct i2c_client * client);
 563   extern s32 i2c_smbus_write_byte(struct i2c_client * client, u8 value);
 564   extern s32 i2c_smbus_read_byte_data(struct i2c_client * client, u8 command);
 565   extern s32 i2c_smbus_write_byte_data(struct i2c_client * client,
 566                                        u8 command, u8 value);
 567   extern s32 i2c_smbus_read_word_data(struct i2c_client * client, u8 command);
 568   extern s32 i2c_smbus_write_word_data(struct i2c_client * client,
 569                                        u8 command, u16 value);
 570   extern s32 i2c_smbus_write_block_data(struct i2c_client * client,
 571                                         u8 command, u8 length,
 572                                         u8 *values);
 573   extern s32 i2c_smbus_read_i2c_block_data(struct i2c_client * client,
 574                                            u8 command, u8 length, u8 *values);
 575
 576 These ones were removed in Linux 2.6.10 because they had no users, but could
 577 be added back later if needed:
 578
 579   extern s32 i2c_smbus_read_block_data(struct i2c_client * client,
 580                                        u8 command, u8 *values);
 581   extern s32 i2c_smbus_write_i2c_block_data(struct i2c_client * client,
 582                                             u8 command, u8 length,
 583                                             u8 *values);
 584   extern s32 i2c_smbus_process_call(struct i2c_client * client,
 585                                     u8 command, u16 value);
 586   extern s32 i2c_smbus_block_process_call(struct i2c_client *client,
 587                                           u8 command, u8 length,
 588                                           u8 *values)
 589
 590 All these transactions return -1 on failure. The 'write' transactions
 591 return 0 on success; the 'read' transactions return the read value, except
 592 for read_block, which returns the number of values read. The block buffers
 593 need not be longer than 32 bytes.
 594
 595 You can read the file `smbus-protocol' for more information about the
 596 actual SMBus protocol.
 597
 598
 599 General purpose routines
 600 ========================
 601
 602 Below all general purpose routines are listed, that were not mentioned
 603 before.
 604
 605   /* This call returns a unique low identifier for each registered adapter.
 606    */
 607   extern int i2c_adapter_id(struct i2c_adapter *adap);
 608