Documentation/i2c/slave-interface

   1 Linux I2C slave interface description
   2 =====================================
   3
   4 by Wolfram Sang <wsa@sang-engineering.com> in 2014-15
   5
   6 Linux can also be an I2C slave if the I2C controller in use has slave
   7 functionality. For that to work, one needs slave support in the bus driver plus
   8 a hardware independent software backend providing the actual functionality. An
   9 example for the latter is the slave-eeprom driver, which acts as a dual memory
  10 driver. While another I2C master on the bus can access it like a regular
  11 EEPROM, the Linux I2C slave can access the content via sysfs and handle data as
  12 needed. The backend driver and the I2C bus driver communicate via events. Here
  13 is a small graph visualizing the data flow and the means by which data is
  14 transported. The dotted line marks only one example. The backend could also
  15 use a character device, be in-kernel only, or something completely different:
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  17
  18               e.g. sysfs        I2C slave events        I/O registers
  19   +-----------+   v    +---------+     v     +--------+  v  +------------+
  20   | Userspace +........+ Backend +-----------+ Driver +-----+ Controller |
  21   +-----------+        +---------+           +--------+     +------------+
  22                                                                 | |
  23   ----------------------------------------------------------------+--  I2C
  24   --------------------------------------------------------------+----  Bus
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  26 Note: Technically, there is also the I2C core between the backend and the
  27 driver. However, at this time of writing, the layer is transparent.
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  29
  30 User manual
  31 ===========
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  33 I2C slave backends behave like standard I2C clients. So, you can instantiate
  34 them as described in the document 'instantiating-devices'. The only difference
  35 is that i2c slave backends have their own address space. So, you have to add
  36 0x1000 to the address you would originally request. An example for
  37 instantiating the slave-eeprom driver from userspace at the 7 bit address 0x64
  38 on bus 1:
  39
  40   # echo slave-24c02 0x1064 > /sys/bus/i2c/devices/i2c-1/new_device
  41
  42 Each backend should come with separate documentation to describe its specific
  43 behaviour and setup.
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  45
  46 Developer manual
  47 ================
  48
  49 First, the events which are used by the bus driver and the backend will be
  50 described in detail. After that, some implementation hints for extending bus
  51 drivers and writing backends will be given.
  52
  53
  54 I2C slave events
  55 ----------------
  56
  57 The bus driver sends an event to the backend using the following function:
  58
  59         ret = i2c_slave_event(client, event, &val)
  60
  61 'client' describes the i2c slave device. 'event' is one of the special event
  62 types described hereafter. 'val' holds an u8 value for the data byte to be
  63 read/written and is thus bidirectional. The pointer to val must always be
  64 provided even if val is not used for an event, i.e. don't use NULL here. 'ret'
  65 is the return value from the backend. Mandatory events must be provided by the
  66 bus drivers and must be checked for by backend drivers.
  67
  68 Event types:
  69
  70 * I2C_SLAVE_WRITE_REQUESTED (mandatory)
  71
  72 'val': unused
  73 'ret': always 0
  74
  75 Another I2C master wants to write data to us. This event should be sent once
  76 our own address and the write bit was detected. The data did not arrive yet, so
  77 there is nothing to process or return. Wakeup or initialization probably needs
  78 to be done, though.
  79
  80 * I2C_SLAVE_READ_REQUESTED (mandatory)
  81
  82 'val': backend returns first byte to be sent
  83 'ret': always 0
  84
  85 Another I2C master wants to read data from us. This event should be sent once
  86 our own address and the read bit was detected. After returning, the bus driver
  87 should transmit the first byte.
  88
  89 * I2C_SLAVE_WRITE_RECEIVED (mandatory)
  90
  91 'val': bus driver delivers received byte
  92 'ret': 0 if the byte should be acked, some errno if the byte should be nacked
  93
  94 Another I2C master has sent a byte to us which needs to be set in 'val'. If 'ret'
  95 is zero, the bus driver should ack this byte. If 'ret' is an errno, then the byte
  96 should be nacked.
  97
  98 * I2C_SLAVE_READ_PROCESSED (mandatory)
  99
 100 'val': backend returns next byte to be sent
 101 'ret': always 0
 102
 103 The bus driver requests the next byte to be sent to another I2C master in
 104 'val'. Important: This does not mean that the previous byte has been acked, it
 105 only means that the previous byte is shifted out to the bus! To ensure seamless
 106 transmission, most hardware requests the next byte when the previous one is
 107 still shifted out. If the master sends NACK and stops reading after the byte
 108 currently shifted out, this byte requested here is never used. It very likely
 109 needs to be sent again on the next I2C_SLAVE_READ_REQUEST, depending a bit on
 110 your backend, though.
 111
 112 * I2C_SLAVE_STOP (mandatory)
 113
 114 'val': unused
 115 'ret': always 0
 116
 117 A stop condition was received. This can happen anytime and the backend should
 118 reset its state machine for I2C transfers to be able to receive new requests.
 119
 120
 121 Software backends
 122 -----------------
 123
 124 If you want to write a software backend:
 125
 126 * use a standard i2c_driver and its matching mechanisms
 127 * write the slave_callback which handles the above slave events
 128   (best using a state machine)
 129 * register this callback via i2c_slave_register()
 130
 131 Check the i2c-slave-eeprom driver as an example.
 132
 133
 134 Bus driver support
 135 ------------------
 136
 137 If you want to add slave support to the bus driver:
 138
 139 * implement calls to register/unregister the slave and add those to the
 140   struct i2c_algorithm. When registering, you probably need to set the i2c
 141   slave address and enable slave specific interrupts. If you use runtime pm, you
 142   should use pm_runtime_get_sync() because your device usually needs to be
 143   powered on always to be able to detect its slave address. When unregistering,
 144   do the inverse of the above.
 145
 146 * Catch the slave interrupts and send appropriate i2c_slave_events to the backend.
 147
 148 Note that most hardware supports being master _and_ slave on the same bus. So,
 149 if you extend a bus driver, please make sure that the driver supports that as
 150 well. In almost all cases, slave support does not need to disable the master
 151 functionality.
 152
 153 Check the i2c-rcar driver as an example.
 154
 155
 156 About ACK/NACK
 157 --------------
 158
 159 It is good behaviour to always ACK the address phase, so the master knows if a
 160 device is basically present or if it mysteriously disappeared. Using NACK to
 161 state being busy is troublesome. SMBus demands to always ACK the address phase,
 162 while the I2C specification is more loose on that. Most I2C controllers also
 163 automatically ACK when detecting their slave addresses, so there is no option
 164 to NACK them. For those reasons, this API does not support NACK in the address
 165 phase.
 166
 167 Currently, there is no slave event to report if the master did ACK or NACK a
 168 byte when it reads from us. We could make this an optional event if the need
 169 arises. However, cases should be extremely rare because the master is expected
 170 to send STOP after that and we have an event for that. Also, keep in mind not
 171 all I2C controllers have the possibility to report that event.
 172
 173
 174 About buffers
 175 -------------
 176
 177 During development of this API, the question of using buffers instead of just
 178 bytes came up. Such an extension might be possible, usefulness is unclear at
 179 this time of writing. Some points to keep in mind when using buffers:
 180
 181 * Buffers should be opt-in and backend drivers will always have to support
 182   byte-based transactions as the ultimate fallback anyhow because this is how
 183   the majority of HW works.
 184
 185 * For backends simulating hardware registers, buffers are largely not helpful
 186   because after each byte written an action should be immediately triggered.
 187   For reads, the data kept in the buffer might get stale if the backend just
 188   updated a register because of internal processing.
 189
 190 * A master can send STOP at any time. For partially transferred buffers, this
 191   means additional code to handle this exception. Such code tends to be
 192   error-prone.
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