Merge tag 'spi-fix-v5.5-rc2' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/broonie/spi
[sfrench/cifs-2.6.git] / Documentation / i2c / writing-clients.rst
1 ===================
2 Writing I2C Clients
3 ===================
4
5 This is a small guide for those who want to write kernel drivers for I2C
6 or SMBus devices, using Linux as the protocol host/master (not slave).
7
8 To set up a driver, you need to do several things. Some are optional, and
9 some things can be done slightly or completely different. Use this as a
10 guide, not as a rule book!
11
12
13 General remarks
14 ===============
15
16 Try to keep the kernel namespace as clean as possible. The best way to
17 do this is to use a unique prefix for all global symbols. This is
18 especially important for exported symbols, but it is a good idea to do
19 it for non-exported symbols too. We will use the prefix ``foo_`` in this
20 tutorial.
21
22
23 The driver structure
24 ====================
25
26 Usually, you will implement a single driver structure, and instantiate
27 all clients from it. Remember, a driver structure contains general access
28 routines, and should be zero-initialized except for fields with data you
29 provide.  A client structure holds device-specific information like the
30 driver model device node, and its I2C address.
31
32 ::
33
34   static struct i2c_device_id foo_idtable[] = {
35         { "foo", my_id_for_foo },
36         { "bar", my_id_for_bar },
37         { }
38   };
39
40   MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, foo_idtable);
41
42   static struct i2c_driver foo_driver = {
43         .driver = {
44                 .name   = "foo",
45                 .pm     = &foo_pm_ops,  /* optional */
46         },
47
48         .id_table       = foo_idtable,
49         .probe          = foo_probe,
50         .remove         = foo_remove,
51         /* if device autodetection is needed: */
52         .class          = I2C_CLASS_SOMETHING,
53         .detect         = foo_detect,
54         .address_list   = normal_i2c,
55
56         .shutdown       = foo_shutdown, /* optional */
57         .command        = foo_command,  /* optional, deprecated */
58   }
59
60 The name field is the driver name, and must not contain spaces.  It
61 should match the module name (if the driver can be compiled as a module),
62 although you can use MODULE_ALIAS (passing "foo" in this example) to add
63 another name for the module.  If the driver name doesn't match the module
64 name, the module won't be automatically loaded (hotplug/coldplug).
65
66 All other fields are for call-back functions which will be explained
67 below.
68
69
70 Extra client data
71 =================
72
73 Each client structure has a special ``data`` field that can point to any
74 structure at all.  You should use this to keep device-specific data.
75
76 ::
77
78         /* store the value */
79         void i2c_set_clientdata(struct i2c_client *client, void *data);
80
81         /* retrieve the value */
82         void *i2c_get_clientdata(const struct i2c_client *client);
83
84 Note that starting with kernel 2.6.34, you don't have to set the ``data`` field
85 to NULL in remove() or if probe() failed anymore. The i2c-core does this
86 automatically on these occasions. Those are also the only times the core will
87 touch this field.
88
89
90 Accessing the client
91 ====================
92
93 Let's say we have a valid client structure. At some time, we will need
94 to gather information from the client, or write new information to the
95 client.
96
97 I have found it useful to define foo_read and foo_write functions for this.
98 For some cases, it will be easier to call the i2c functions directly,
99 but many chips have some kind of register-value idea that can easily
100 be encapsulated.
101
102 The below functions are simple examples, and should not be copied
103 literally::
104
105   int foo_read_value(struct i2c_client *client, u8 reg)
106   {
107         if (reg < 0x10) /* byte-sized register */
108                 return i2c_smbus_read_byte_data(client, reg);
109         else            /* word-sized register */
110                 return i2c_smbus_read_word_data(client, reg);
111   }
112
113   int foo_write_value(struct i2c_client *client, u8 reg, u16 value)
114   {
115         if (reg == 0x10)        /* Impossible to write - driver error! */
116                 return -EINVAL;
117         else if (reg < 0x10)    /* byte-sized register */
118                 return i2c_smbus_write_byte_data(client, reg, value);
119         else                    /* word-sized register */
120                 return i2c_smbus_write_word_data(client, reg, value);
121   }
122
123
124 Probing and attaching
125 =====================
126
127 The Linux I2C stack was originally written to support access to hardware
128 monitoring chips on PC motherboards, and thus used to embed some assumptions
129 that were more appropriate to SMBus (and PCs) than to I2C.  One of these
130 assumptions was that most adapters and devices drivers support the SMBUS_QUICK
131 protocol to probe device presence.  Another was that devices and their drivers
132 can be sufficiently configured using only such probe primitives.
133
134 As Linux and its I2C stack became more widely used in embedded systems
135 and complex components such as DVB adapters, those assumptions became more
136 problematic.  Drivers for I2C devices that issue interrupts need more (and
137 different) configuration information, as do drivers handling chip variants
138 that can't be distinguished by protocol probing, or which need some board
139 specific information to operate correctly.
140
141
142 Device/Driver Binding
143 ---------------------
144
145 System infrastructure, typically board-specific initialization code or
146 boot firmware, reports what I2C devices exist.  For example, there may be
147 a table, in the kernel or from the boot loader, identifying I2C devices
148 and linking them to board-specific configuration information about IRQs
149 and other wiring artifacts, chip type, and so on.  That could be used to
150 create i2c_client objects for each I2C device.
151
152 I2C device drivers using this binding model work just like any other
153 kind of driver in Linux:  they provide a probe() method to bind to
154 those devices, and a remove() method to unbind.
155
156 ::
157
158         static int foo_probe(struct i2c_client *client,
159                              const struct i2c_device_id *id);
160         static int foo_remove(struct i2c_client *client);
161
162 Remember that the i2c_driver does not create those client handles.  The
163 handle may be used during foo_probe().  If foo_probe() reports success
164 (zero not a negative status code) it may save the handle and use it until
165 foo_remove() returns.  That binding model is used by most Linux drivers.
166
167 The probe function is called when an entry in the id_table name field
168 matches the device's name. It is passed the entry that was matched so
169 the driver knows which one in the table matched.
170
171
172 Device Creation
173 ---------------
174
175 If you know for a fact that an I2C device is connected to a given I2C bus,
176 you can instantiate that device by simply filling an i2c_board_info
177 structure with the device address and driver name, and calling
178 i2c_new_device().  This will create the device, then the driver core will
179 take care of finding the right driver and will call its probe() method.
180 If a driver supports different device types, you can specify the type you
181 want using the type field.  You can also specify an IRQ and platform data
182 if needed.
183
184 Sometimes you know that a device is connected to a given I2C bus, but you
185 don't know the exact address it uses.  This happens on TV adapters for
186 example, where the same driver supports dozens of slightly different
187 models, and I2C device addresses change from one model to the next.  In
188 that case, you can use the i2c_new_scanned_device() variant, which is
189 similar to i2c_new_device(), except that it takes an additional list of
190 possible I2C addresses to probe.  A device is created for the first
191 responsive address in the list.  If you expect more than one device to be
192 present in the address range, simply call i2c_new_scanned_device() that
193 many times.
194
195 The call to i2c_new_device() or i2c_new_scanned_device() typically happens
196 in the I2C bus driver. You may want to save the returned i2c_client
197 reference for later use.
198
199
200 Device Detection
201 ----------------
202
203 Sometimes you do not know in advance which I2C devices are connected to
204 a given I2C bus.  This is for example the case of hardware monitoring
205 devices on a PC's SMBus.  In that case, you may want to let your driver
206 detect supported devices automatically.  This is how the legacy model
207 was working, and is now available as an extension to the standard
208 driver model.
209
210 You simply have to define a detect callback which will attempt to
211 identify supported devices (returning 0 for supported ones and -ENODEV
212 for unsupported ones), a list of addresses to probe, and a device type
213 (or class) so that only I2C buses which may have that type of device
214 connected (and not otherwise enumerated) will be probed.  For example,
215 a driver for a hardware monitoring chip for which auto-detection is
216 needed would set its class to I2C_CLASS_HWMON, and only I2C adapters
217 with a class including I2C_CLASS_HWMON would be probed by this driver.
218 Note that the absence of matching classes does not prevent the use of
219 a device of that type on the given I2C adapter.  All it prevents is
220 auto-detection; explicit instantiation of devices is still possible.
221
222 Note that this mechanism is purely optional and not suitable for all
223 devices.  You need some reliable way to identify the supported devices
224 (typically using device-specific, dedicated identification registers),
225 otherwise misdetections are likely to occur and things can get wrong
226 quickly.  Keep in mind that the I2C protocol doesn't include any
227 standard way to detect the presence of a chip at a given address, let
228 alone a standard way to identify devices.  Even worse is the lack of
229 semantics associated to bus transfers, which means that the same
230 transfer can be seen as a read operation by a chip and as a write
231 operation by another chip.  For these reasons, explicit device
232 instantiation should always be preferred to auto-detection where
233 possible.
234
235
236 Device Deletion
237 ---------------
238
239 Each I2C device which has been created using i2c_new_device() or
240 i2c_new_scanned_device() can be unregistered by calling
241 i2c_unregister_device().  If you don't call it explicitly, it will be
242 called automatically before the underlying I2C bus itself is removed, as a
243 device can't survive its parent in the device driver model.
244
245
246 Initializing the driver
247 =======================
248
249 When the kernel is booted, or when your foo driver module is inserted,
250 you have to do some initializing. Fortunately, just registering the
251 driver module is usually enough.
252
253 ::
254
255   static int __init foo_init(void)
256   {
257         return i2c_add_driver(&foo_driver);
258   }
259   module_init(foo_init);
260
261   static void __exit foo_cleanup(void)
262   {
263         i2c_del_driver(&foo_driver);
264   }
265   module_exit(foo_cleanup);
266
267   The module_i2c_driver() macro can be used to reduce above code.
268
269   module_i2c_driver(foo_driver);
270
271 Note that some functions are marked by ``__init``.  These functions can
272 be removed after kernel booting (or module loading) is completed.
273 Likewise, functions marked by ``__exit`` are dropped by the compiler when
274 the code is built into the kernel, as they would never be called.
275
276
277 Driver Information
278 ==================
279
280 ::
281
282   /* Substitute your own name and email address */
283   MODULE_AUTHOR("Frodo Looijaard <frodol@dds.nl>"
284   MODULE_DESCRIPTION("Driver for Barf Inc. Foo I2C devices");
285
286   /* a few non-GPL license types are also allowed */
287   MODULE_LICENSE("GPL");
288
289
290 Power Management
291 ================
292
293 If your I2C device needs special handling when entering a system low
294 power state -- like putting a transceiver into a low power mode, or
295 activating a system wakeup mechanism -- do that by implementing the
296 appropriate callbacks for the dev_pm_ops of the driver (like suspend
297 and resume).
298
299 These are standard driver model calls, and they work just like they
300 would for any other driver stack.  The calls can sleep, and can use
301 I2C messaging to the device being suspended or resumed (since their
302 parent I2C adapter is active when these calls are issued, and IRQs
303 are still enabled).
304
305
306 System Shutdown
307 ===============
308
309 If your I2C device needs special handling when the system shuts down
310 or reboots (including kexec) -- like turning something off -- use a
311 shutdown() method.
312
313 Again, this is a standard driver model call, working just like it
314 would for any other driver stack:  the calls can sleep, and can use
315 I2C messaging.
316
317
318 Command function
319 ================
320
321 A generic ioctl-like function call back is supported. You will seldom
322 need this, and its use is deprecated anyway, so newer design should not
323 use it.
324
325
326 Sending and receiving
327 =====================
328
329 If you want to communicate with your device, there are several functions
330 to do this. You can find all of them in <linux/i2c.h>.
331
332 If you can choose between plain I2C communication and SMBus level
333 communication, please use the latter. All adapters understand SMBus level
334 commands, but only some of them understand plain I2C!
335
336
337 Plain I2C communication
338 -----------------------
339
340 ::
341
342         int i2c_master_send(struct i2c_client *client, const char *buf,
343                             int count);
344         int i2c_master_recv(struct i2c_client *client, char *buf, int count);
345
346 These routines read and write some bytes from/to a client. The client
347 contains the i2c address, so you do not have to include it. The second
348 parameter contains the bytes to read/write, the third the number of bytes
349 to read/write (must be less than the length of the buffer, also should be
350 less than 64k since msg.len is u16.) Returned is the actual number of bytes
351 read/written.
352
353 ::
354
355         int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msg,
356                          int num);
357
358 This sends a series of messages. Each message can be a read or write,
359 and they can be mixed in any way. The transactions are combined: no
360 stop bit is sent between transaction. The i2c_msg structure contains
361 for each message the client address, the number of bytes of the message
362 and the message data itself.
363
364 You can read the file ``i2c-protocol`` for more information about the
365 actual I2C protocol.
366
367
368 SMBus communication
369 -------------------
370
371 ::
372
373         s32 i2c_smbus_xfer(struct i2c_adapter *adapter, u16 addr,
374                            unsigned short flags, char read_write, u8 command,
375                            int size, union i2c_smbus_data *data);
376
377 This is the generic SMBus function. All functions below are implemented
378 in terms of it. Never use this function directly!
379
380 ::
381
382         s32 i2c_smbus_read_byte(struct i2c_client *client);
383         s32 i2c_smbus_write_byte(struct i2c_client *client, u8 value);
384         s32 i2c_smbus_read_byte_data(struct i2c_client *client, u8 command);
385         s32 i2c_smbus_write_byte_data(struct i2c_client *client,
386                                       u8 command, u8 value);
387         s32 i2c_smbus_read_word_data(struct i2c_client *client, u8 command);
388         s32 i2c_smbus_write_word_data(struct i2c_client *client,
389                                       u8 command, u16 value);
390         s32 i2c_smbus_read_block_data(struct i2c_client *client,
391                                       u8 command, u8 *values);
392         s32 i2c_smbus_write_block_data(struct i2c_client *client,
393                                        u8 command, u8 length, const u8 *values);
394         s32 i2c_smbus_read_i2c_block_data(struct i2c_client *client,
395                                           u8 command, u8 length, u8 *values);
396         s32 i2c_smbus_write_i2c_block_data(struct i2c_client *client,
397                                            u8 command, u8 length,
398                                            const u8 *values);
399
400 These ones were removed from i2c-core because they had no users, but could
401 be added back later if needed::
402
403         s32 i2c_smbus_write_quick(struct i2c_client *client, u8 value);
404         s32 i2c_smbus_process_call(struct i2c_client *client,
405                                    u8 command, u16 value);
406         s32 i2c_smbus_block_process_call(struct i2c_client *client,
407                                          u8 command, u8 length, u8 *values);
408
409 All these transactions return a negative errno value on failure. The 'write'
410 transactions return 0 on success; the 'read' transactions return the read
411 value, except for block transactions, which return the number of values
412 read. The block buffers need not be longer than 32 bytes.
413
414 You can read the file ``smbus-protocol`` for more information about the
415 actual SMBus protocol.
416
417
418 General purpose routines
419 ========================
420
421 Below all general purpose routines are listed, that were not mentioned
422 before::
423
424         /* Return the adapter number for a specific adapter */
425         int i2c_adapter_id(struct i2c_adapter *adap);