从驱动程序到应用程序的 I2C（中型）
Linux中对I2C的支持非常全面，既提供了内核态的访问方式，也提供了用户态的访问方法。
Linux中对I2C的支持可以分为两个层面，一个是adapter和algorithm，对应的是i2c控制器；再一个是driver和client.Linux内核提供了丰富的接口来实添加i2c设备驱动。要添加一个i2c设备驱动，需要几个固定的步骤。首先，需要往i2c设备列表里添加一组设备ID foo_idtable：
static struct i2c_device_id foo_idtable[] = {
{ "foo", my_id_for_foo },
{ "bar", my_id_for_bar },
{ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, foo_idtable);
然后填充i2c driver的数据结构：
static struct i2c_driver foo_driver = {
.driver = {
.name = "foo",
.pm = &foo_pm_ops, /* optional */
},
.id_table = foo_idtable,
.probe = foo_probe,
.remove = foo_remove,
/* if device autodetection is needed: */
.class = I2C_CLASS_SOMETHING,
.detect = foo_detect,
.address_list = normal_i2c,
.shutdown = foo_shutdown, /* optional */
.command = foo_command, /* optional, deprecated */
}
剩下的就是逐一初始化foo_probe()、foo_remove()、foo_detect()等函数。一旦准备好了相应的client结构，就可以实现foo_read_valule()和foo_write_value()函数，当然这两者都是基于底层公共的i2c/smbus读写函数：i2c_smbus_read/write_byte_data/word()去实现。
如果确实有i2c设备挂载在某个i2c总线上，可以通过填充i2c_board_info数据结构来构造这个设备的实例，然后调用i2c_new_device()来探测实际接入的i2c设备。当然也可能事先无法确认系统上有什么类型的i2c设备，这个时候需要定义一个call back函数，放在probe()后面，让它去确认是否有指定类型的i2c设备挂在系统上。使用完设备后，可以调用i2c_unregister_device()来注销之前注册的设备。当然执行这些所有操作的前提是设备对应的驱动已经被初始化好并且加载到内核，可以参考下面的代码来实现初始化和退出操作：
static int __init foo_init(void)
{
return i2c_add_driver(&foo_driver);
}
module_init(foo_init);
static void __exit foo_cleanup(void)
{
i2c_del_driver(&foo_driver);
}
module_exit(foo_cleanup);
The module_i2c_driver() macro can be used to reduce above code.
module_i2c_driver(foo_driver);
如果驱动中，需要向设备发送或者从设备接受数据，可以调用：
int i2c_master_send(struct i2c_client *client, const char *buf, int count);
int i2c_master_recv(struct i2c_client *client, char *buf, int count);
这两组函数来实现，更多的函数在linux/i2c.h中有说明。
当然linux内核中也提供了设备作为从设备的驱动，这中情况下的系统层次图如下所示：
e.g. sysfs I2C slave events I/O registers
+-----------+ v +---------+ v +--------+ v +------------+
| Userspace +........+ Backend +-----------+ Driver +-----+ Controller |
+-----------+ +---------+ +--------+ +------------+
| |
----------------------------------------------------------------+-- I2C
--------------------------------------------------------------+---- Bus
不同于PCI/USB设备，I2C没有提供硬件上自动枚举的能力，因此在初始化i2c设备之前需要显式地指定设备的地址。内核提供了多个显式初始化一个i2c设备的方法：
1、通过bus number声明一个i2c设备:
这种情况尤其适用于i2c作为系统总线的嵌入式系统，以omp2 h4为例，用户需要注册i2c board info:
Example (from omap2 h4):
static struct i2c_board_info h4_i2c_board_info[] __initdata = {
{
I2C_BOARD_INFO("isp1301_omap", 0x2d),
.irq = OMAP_GPIO_IRQ(125),
},
{ /* EEPROM on mainboard */
I2C_BOARD_INFO("24c01", 0x52),
.platform_data = &m24c01,
},
{ /* EEPROM on cpu card */
I2C_BOARD_INFO("24c01", 0x57),
.platform_data = &m24c01,
},
};
static void __init omap_h4_init(void)
{
(...)
i2c_register_board_info(1, h4_i2c_board_info,
ARRAY_SIZE(h4_i2c_board_info));
(...)
}
2、通过设备树申明一个i2c设备：
这种方式需要把心建的设备节点挂在master conrollor对应的设备树上，也就是说它必须是master controller的子节点，如下面的例子所示：
i2c1: i2c@400a0000 {
/* ... master properties skipped ... */
clock-frequency = <100000>;
flash@50 {
compatible = "atmel,24c256";
reg = <0x50>;
};
pca9532: gpio@60 {
compatible = "nxp,pca9532";
gpio-controller;
#gpio-cells = <2>;
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Pinshape Pinshape是一个提供一系列3D打印模型的网站。网站上提供的型号质量很高，因此您可以确保您的最终印刷产品看起来很棒。该网站提供了广泛的模型，包括从家居用品到小雕像和珠宝的所有物品。 但这还不是Pinshape所能提供的全部！该网站还允许用户上传和共享自己的3D模型。这意味着您不仅可以下载出色的模型，还可以通过分享自己的设计为社区做出贡献。此外，Pinshape 提供了一系列自定义选项，因此您可以调整和调整模型以满足您的特定需求。 使用说明： 要下载模型，请在网站上创建一个帐户，搜索所需的模型，然后单击下载按钮。该网站还为每种型号提供了一系列定制选项。 36.Yeggi Yeggi 提供了大量免费的 3D 模型，您可以下载各种格式的模型，例如 STL、OBJ 和 FBX。该网站易于使用，您可以按关键字、类别或特定网站搜索模型。 Yeggi 对于任何寻找 3D 模型的人来说都是一个很好的资源。它提供了大量的模型集合，从日常物品到复杂的机械，以及介于两者之间的一切。该网站的收藏量在不断增长，每天都有新的型号增加。 使用说明： 要下载模型，请在网站上搜索所需的模型，然后单击下载按钮。该网站还提供指向托管模型的原始网站的链接。 37. 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【Netty】「萌新入门」（七）ByteBuf 的性能优化-堆内存的分配和释放都是由 Java 虚拟机自动管理的，这意味着它们可以快速地被分配和释放，但是也会产生一些开销。 直接内存需要手动分配和释放，因为它由操作系统管理，这使得分配和释放的速度更快，但是也需要更多的系统资源。 另外，直接内存可以映射到本地文件中，这对于需要频繁读写文件的应用程序非常有用。 此外，直接内存还可以避免在使用 NIO 进行网络传输时发生数据拷贝的情况。在使用传统的 I/O 时，数据必须先从文件或网络中读取到堆内存中，然后再从堆内存中复制到直接缓冲区中，最后再通过 SocketChannel 发送到网络中。而使用直接缓冲区时，数据可以直接从文件或网络中读取到直接缓冲区中，并且可以直接从直接缓冲区中发送到网络中，避免了不必要的数据拷贝和内存分配。 通过 ByteBufAllocator.DEFAULT.directBuffer 方法来创建基于直接内存的 ByteBuf： ByteBuf directBuf = ByteBufAllocator.DEFAULT.directBuffer(16); 通过 ByteBufAllocator.DEFAULT.heapBuffer 方法来创建基于堆内存的 ByteBuf： ByteBuf heapBuf = ByteBufAllocator.DEFAULT.heapBuffer(16); 注意： 直接内存是一种特殊的内存分配方式，可以通过在堆外申请内存来避免 JVM 堆内存的限制，从而提高读写性能和降低 GC 压力。但是，直接内存的创建和销毁代价昂贵，因此需要慎重使用。 此外，由于直接内存不受 JVM 垃圾回收的管理，我们需要主动释放这部分内存，否则会造成内存泄漏。通常情况下，可以使用 ByteBuffer.clear 方法来释放直接内存中的数据，或者使用 ByteBuffer.cleaner 方法来手动释放直接内存空间。 测试代码： public static void testCreateByteBuf { ByteBuf buf = ByteBufAllocator.DEFAULT.buffer(16); System.out.println(buf.getClass); ByteBuf heapBuf = ByteBufAllocator.DEFAULT.heapBuffer(16); System.out.println(heapBuf.getClass); ByteBuf directBuf = ByteBufAllocator.DEFAULT.directBuffer(16); System.out.println(directBuf.getClass); } 运行结果： class io.netty.buffer.PooledUnsafeDirectByteBuf class io.netty.buffer.PooledUnsafeHeapByteBuf class io.netty.buffer.PooledUnsafeDirectByteBuf 池化技术 在 Netty 中，池化技术指的是通过对象池来重用已经创建的对象，从而避免了频繁地创建和销毁对象，这种技术可以提高系统的性能和可伸缩性。 通过设置 VM options，来决定池化功能是否开启： -Dio.netty.allocator.type={unpooled|pooled} 在 Netty 4.1 版本以后，非 Android 平台默认启用池化实现，Android 平台启用非池化实现； 这里我们使用非池化功能进行测试，依旧使用的是上面的测试代码 testCreateByteBuf，运行结果如下所示： class io.netty.buffer.UnpooledByteBufAllocator$InstrumentedUnpooledUnsafeDirectByteBuf class io.netty.buffer.UnpooledByteBufAllocator$InstrumentedUnpooledUnsafeHeapByteBuf class io.netty.buffer.UnpooledByteBufAllocator$InstrumentedUnpooledUnsafeDirectByteBuf 可以看到，ByteBuf 类由 PooledUnsafeDirectByteBuf 变成了 UnpooledUnsafeDirectByteBuf； 在没有池化的情况下，每次使用都需要创建新的 ByteBuf 实例，这个操作会涉及到内存的分配和初始化，如果是直接内存则代价更为昂贵，而且频繁的内存分配也可能导致内存碎片问题，增加 GC 压力。 使用池化技术可以避免频繁内存分配带来的开销，并且重用池中的 ByteBuf 实例，减少了内存占用和内存碎片问题。另外，池化技术还可以采用类似 jemalloc 的内存分配算法，进一步提升分配效率。 在高并发环境下，池化技术的优点更加明显，因为内存的分配和释放都是比较耗时的操作，频繁的内存分配和释放会导致系统性能下降，甚至可能出现内存溢出的风险。使用池化技术可以将内存分配和释放的操作集中到预先分配的池中，从而有效地降低系统的内存开销和风险。 内存释放 当在 Netty 中使用 ByteBuf 来处理数据时，需要特别注意内存回收问题。 Netty 提供了不同类型的 ByteBuf 实现，包括堆内存（JVM 内存）实现 UnpooledHeapByteBuf 和堆外内存（直接内存）实现 UnpooledDirectByteBuf，以及池化技术实现的 PooledByteBuf 及其子类。 UnpooledHeapByteBuf：通过 Java 的垃圾回收机制来自动回收内存； UnpooledDirectByteBuf：由于 JVM 的垃圾回收机制无法管理这些内存，因此需要手动调用 release 方法来释放内存； PooledByteBuf：使用了池化机制，需要更复杂的规则来回收内存; 由于池化技术的特殊性质，释放 PooledByteBuf 对象所使用的内存并不是立即被回收的，而是被放入一个内存池中，待下次分配内存时再次使用。因此，释放 PooledByteBuf 对象的内存可能会延迟到后续的某个时间点。为了避免内存泄漏和占用过多内存，我们需要根据实际情况来设置池化技术的相关参数，以便及时回收内存； Netty 采用了引用计数法来控制 ByteBuf 对象的内存回收，在博文 「源码解析」ByteBuf 的引用计数机制 中将会通过解读源码的形式对 ByteBuf 的引用计数法进行深入理解； 每个 ByteBuf 对象被创建时，都会初始化为1，表示该对象的初始计数为1。 在使用 ByteBuf 对象过程中，如果当前 handler 已经使用完该对象，需要通过调用 release 方法将计数减1，当计数为0时，底层内存会被回收，该对象也就被销毁了。此时即使 ByteBuf 对象还在，其各个方法均无法正常使用。 但是，如果当前 handler 还需要继续使用该对象，可以通过调用 retain 方法将计数加1，这样即使其他 handler 已经调用了 release 方法，该对象的内存仍然不会被回收。这种机制可以有效地避免了内存泄漏和意外访问已经释放的内存的情况。 一般来说，应该尽可能地保证 retain 和 release 方法成对出现，以确保计数正确。