I3C

概述
开发指导

概述

功能简介

I3C（Improved Inter Integrated Circuit）总线是由MIPI Alliance开发的一种简单、低成本的双向二线制同步串行总线。

基本概念

I3C是两线双向串行总线，针对多个传感器从设备进行了优化，并且一次只能由一个I3C主设备控制。相比于I2C，I3C总线拥有更高的速度、更低的功耗，支持带内中断、从设备热接入以及切换当前主设备，同时向后兼容I2C从设备。

IBI（In-Band Interrupt）：带内中断。在SCL线没有启动信号时，I3C从设备可以通过拉低SDA线使主设备发出SCL启动信号，从而发出带内中断请求。若有多个从机同时发出中断请求，I3C主机则通过从机地址进行仲裁，低地址优先相应。
DAA（Dynamic Address Assignment）：动态地址分配。I3C支持对从设备地址进行动态分配从而避免地址冲突。在分配动态地址之前，连接到I3C总线上的每个I3C设备都应以两种方式之一来唯一标识： 1）设备可能有一个符合I2C规范的静态地址，主机可以使用此静态地址； 2）在任何情况下，设备均应具有48位的临时ID。除非设备具有静态地址且主机使用静态地址，否则主机应使用此48位临时ID。
CCC（Common Command Code）：通用命令代码（CCC），所有I3C设备均支持CCC，可以直接将其传输到特定的I3C从设备，也可以同时传输到所有I3C从设备。
BCR（Bus Characteristic Register）：总线特性寄存器，每个连接到 I3C 总线的 I3C 设备都应具有相关的只读总线特性寄存器（BCR），该寄存器描述了I3C兼容设备在动态地址分配和通用命令代码中的作用和功能。
DCR（Device Characteristic Register）：设备特性寄存器，连接到 I3C 总线的每个 I3C 设备都应具有相关的只读设备特性寄存器 (DCR)。该寄存器描述了用于动态地址分配和通用命令代码的 I3C 兼容设备类型（例如，加速度计、陀螺仪等）。

运作机制

在HDF框架中，同类型控制器对象较多时（可能同时存在十几个同类型控制器），如果采用独立服务模式则需要配置更多的设备节点，且相关服务会占据更多的内存资源。相反，采用统一服务模式可以使用一个设备服务作为管理器，统一处理所有同类型对象的外部访问（这会在配置文件中有所体现）,实现便捷管理和节约资源的目的。I3C模块接口适配模式采用统一服务模式（如图1所示）。

I3C模块各分层的作用为：接口层提供打开控制器、传输消息、获取和设置控制器参数以及关闭控制器的接口。核心层主要提供绑定设备、初始化设备以及释放设备的能力。适配层实现其他具体的功能。

图 1 I3C统一服务模式

约束与限制

I3C模块当前仅支持轻量和小型系统内核（LiteOS）。

开发指导

场景介绍

I3C可连接单个或多个I3C、I2C从器件，它主要用于：

与传感器通信，如陀螺仪、气压计或支持I3C协议的图像传感器等。
通过软件或硬件协议转换，与其他通信接口（如 UART 串口等）的设备进行通信。

接口说明

I3cMethod定义：

struct I3cMethod {
    int32_t (*sendCccCmd)(struct I3cCntlr *cntlr, struct I3cCccCmd *ccc);
    int32_t (*transfer)(struct I3cCntlr *cntlr, struct I3cMsg *msgs, int16_t count);
    int32_t (*i2cTransfer)(struct I3cCntlr *cntlr, struct I3cMsg *msgs, int16_t count);
    int32_t (*setConfig)(struct I3cCntlr *cntlr, struct I3cConfig *config);
    int32_t (*getConfig)(struct I3cCntlr *cntlr, struct I3cConfig *config);
    int32_t (*requestIbi)(struct I3cDevice *dev);
    void (*freeIbi)(struct I3cDevice *dev);
};

表1 I3cMethod结构体成员的回调函数功能说明

函数成员	入参	出参	返回值	功能
sendCccCmd	cntlr: 结构体指针，核心层I3C控制器; ccc：传入的通用命令代码结构体指针;	ccc：传出的通用命令代码结构体指针;	HDF_STATUS相关状态	发送CCC（Common command Code，即通用命令代码）
Transfer	cntlr: 结构体指针，核心层I3C控制器; msgs：结构体指针，用户消息 ; count：int16_t，消息数量	msgs：结构体指针，用户消息 ;	HDF_STATUS相关状态	使用I3C模式传递用户消息
i2cTransfer	cntlr: 结构体指针，核心层I3C控制器; msgs：结构体指针，用户消息 ; count：int16_t，消息数量	msgs：结构体指针，用户消息 ;	HDF_STATUS相关状态	使用I2C模式传递用户消息
setConfig	cntlr: 结构体指针，核心层I3C控制器; config: 控制器配置参数	无	HDF_STATUS相关状态	设置I3C控制器配置参数
getConfig	cntlr: 结构体指针，核心层I3C控制器;	config: 控制器配置参数	HDF_STATUS相关状态	获取I3C控制器配置参数
requestIbi	device: 结构体指针，核心层I3C设备;	无	HDF_STATUS相关状态	为I3C设备请求IBI（In-Bind Interrupt，即带内中断）
freeIbi	device: 结构体指针，核心层I3C设备;	无	HDF_STATUS相关状态	释放IBI

开发步骤

I3C模块适配的四个环节是实例化驱动入口、配置属性文件、实例化I3C控制器对象以及注册中断处理子程序。

实例化驱动入口：
- 实例化HdfDriverEntry结构体成员。
- 调用HDF_INIT将HdfDriverEntry实例化对象注册到HDF框架中。
配置属性文件：
- 在device_info.hcs文件中添加deviceNode描述。
- 【可选】添加i3c_config.hcs器件属性文件。
实例化I3C控制器对象：
- 初始化I3cCntlr成员。
- 实例化I3cCntlr成员I3cMethod方法集合，其定义和成员函数说明见下文。
注册中断处理子程序： 为控制器注册中断处理程序，实现设备热接入和IBI（带内中断）功能。

实例化驱动入口

驱动入口必须为HdfDriverEntry（在 hdf_device_desc.h 中定义）类型的全局变量，且moduleName要和device_info.hcs中保持一致。HDF框架会将所有加载的驱动的HdfDriverEntry对象首地址汇总，形成一个类似数组的段地址空间，方便上层调用。

一般在加载驱动时HDF会先调用Bind函数，再调用Init函数加载该驱动。当Init调用异常时，HDF框架会调用Release释放驱动资源并退出。

I3C驱动入口参考：

I3C模块这种类型的控制器会出现很多个控制器挂接的情况，因而在HDF框架中首先会为这类型的控制器创建一个管理器对象，并同时对外发布一个管理器服务来统一处理外部访问。这样，用户需要打开某个控制器时，会先获取到管理器服务，然后管理器服务根据用户指定参数查找到指定控制器。

I3C管理器服务的驱动由核心层实现，厂商不需要关注这部分内容的实现，但在实现Init函数的时候需要调用核心层的I3cCntlrAdd函数，它会实现相应功能。
```
static struct HdfDriverEntry g_virtualI3cDriverEntry = {
    .moduleVersion = 1,
    .Init = VirtualI3cInit,
    .Release = VirtualI3cRelease,
    .moduleName = "virtual_i3c_driver",//【必要且与 HCS 里面的名字匹配】
};
HDF_INIT(g_virtualI3cDriverEntry);   //调用HDF_INIT将驱动入口注册到HDF框架中

/* 核心层i3c_core.c管理器服务的驱动入口 */
struct HdfDriverEntry g_i3cManagerEntry = {
    .moduleVersion = 1,
    .Init     = I3cManagerInit,
    .Release  = I3cManagerRelease,
    .moduleName = "HDF_PLATFORM_I3C_MANAGER",//这与device_info文件中device0对应
};
HDF_INIT(g_i3cManagerEntry);
```
配置属性文件

完成驱动入口注册之后，下一步请在device_info.hcs文件中添加deviceNode信息，并在i3c_config.hcs中配置器件属性。deviceNode信息与驱动入口注册相关，器件属性值对于厂商驱动的实现以及核心层I3cCntlr相关成员的默认值或限制范围有密切关系。

统一服务模式的特点是device_info文件中第一个设备节点必须为I3C管理器，其各项参数必须如下设置:

成员名	值
moduleName	HDF_PLATFORM_I3C_MANAGER
serviceName	无（预留）
policy	0
cntlrMatchAttr	无（预留）

从第二个节点开始配置具体I3C控制器信息，此节点并不表示某一路I3C控制器，而是代表一个资源性质设备，用于描述一类I3C控制器的信息。本例只有一个I3C控制器，如有多个控制器，则需要在device_info文件增加deviceNode信息，以及在i3c_config文件中增加对应的器件属性。

- device_info.hcs 配置参考

    ```c
    root {
        device_i3c :: device {
            device0 :: deviceNode {
                policy = 0;
                priority = 52;
                permission = 0644;
                serviceName = "HDF_PLATFORM_I3C_MANAGER";
                moduleName = "HDF_PLATFORM_I3C_MANAGER";
            }
        }
        i3c_virtual :: deviceNode {
            policy = 0;         // 等于0，不需要发布服务
            priority = 56;      // 驱动启动优先级
            permission = 0644;  // 驱动创建设备节点权限
            moduleName = "virtual_i3c_driver";        //【必要】用于指定驱动名称，需要与期望的驱动Entry中的moduleName一致；
            serviceName = "VIRTUAL_I3C_DRIVER";       //【必要】驱动对外发布服务的名称，必须唯一
            deviceMatchAttr = "virtual_i3c";          //【必要】用于配置控制器私有数据，要与i3c_config.hcs中对应控制器保持一致
        }                                             // 具体的控制器信息在 i3c_config.hcs 中
    }
    ```

- i3c_config.hcs 配置参考

    ```c
    root {
        platform {
            i3c_config {
                match_attr = "virtual_i3c";  //【必要】需要和device_info.hcs中的deviceMatchAttr值一致
                template i3c_controller {    // 模板公共参数，继承该模板的节点如果使用模板中的默认值，则节点字段可以缺省
                    busId = 0;               //【必要】i3c总线号
                    busMode = 0x0;           // 总线模式，0x0:纯净; 0x1:混合高速; 0x2:混合受限; 0x3: 混合低速;
                    regBasePhy = 0x120b0000; //【必要】物理基地址
                    regSize = 0xd1;          //【必要】寄存器位宽
                    IrqNum = 20;             //【必要】中断号
                    i3cMaxRate = 12900000;   //【可选】i3c模式最大时钟速率
                    i3cRate = 12500000;      //【可选】i3c模式时钟速率
                    i2cFmRate = 1000000;     //【可选】i2c FM模式时钟速率
                    i2cFmPlusRate = 400000;  //【可选】i2c FM+模式时钟速率
                }
                controller_0 :: i3c_controller {
                    busId = 18;
                    IrqNum = 20;
                }
            }
        }
    }
    ```

实例化I3C控制器对象

配置属性文件完成后，要以核心层I3cCntlr对象的初始化为核心，包括厂商自定义结构体（传递参数和数据），实例化I3cCntlr成员I3cMethod（让用户可以通过接口来调用驱动底层函数）。

此步骤需要通过实现HdfDriverEntry成员函数（Bind，Init，Release）来完成。
- 自定义结构体参考
  
  从驱动的角度看，自定义结构体是参数和数据的载体，而且i3c_config.hcs文件中的数值会被HDF读入通过DeviceResourceIface来初始化结构体成员，其中一些重要数值也会传递给核心层I3cCntlr对象，例如设备号、总线号等。
```
struct VirtualI3cCntlr {
    struct I3cCntlr cntlr;   //【必要】是核心层控制对象，具体描述见下面
    volatile unsigned char *regBase;//【必要】寄存器基地址
    uint32_t regBasePhy;     //【必要】寄存器物理基地址
    uint32_t regSize;        //【必要】寄存器位宽
    uint16_t busId;          //【必要】设备号
    uint16_t busMode;
    uint16_t IrqNum;
    uint32_t i3cMaxRate;
    uint32_t i3cRate;
    uint32_t i2cFmRate;
    uint32_t i2cFmPlusRate;
};

/* I3cCntlr是核心层控制器结构体，其中的成员在Init函数中被赋值 */
struct I3cCntlr {
    OsalSpinlock lock;
    void *owner;
    int16_t busId;
    struct I3cConfig config;
    uint16_t addrSlot[(I3C_ADDR_MAX + 1) / ADDRS_PER_UINT16];
    struct I3cIbiInfo *ibiSlot[I3C_IBI_MAX];
    const struct I3cMethod *ops;
    const struct I3cLockMethod *lockOps;
    void *priv;
};
```
  I3cCntlr成员回调函数结构体I3cMethod的实例化，I3cLockMethod回调函数结构体本例未实现，若要实例化，可参考I2C驱动开发，其他成员在Init函数中初始化
- init函数参考
  
  入参： HdfDeviceObject 是整个驱动对外暴露的接口参数，具备 HCS 配置文件的信息
  
  返回值： HDF_STATUS相关状态（下表为部分展示，如需使用其他状态，可见//drivers/framework/include/utils/hdf_base.h中HDF_STATUS 定义）

状态(值)	问题描述
HDF_ERR_INVALID_OBJECT	控制器对象非法
HDF_ERR_INVALID_PARAM	参数非法
HDF_ERR_MALLOC_FAIL	内存分配失败
HDF_ERR_IO	I/O 错误
HDF_SUCCESS	传输成功
HDF_FAILURE	传输失败

     **函数说明：**
     初始化自定义结构体对象，初始化I3cCntlr成员，调用核心层I3cCntlrAdd函数。

     ```c
     static int32_t VirtualI3cParseAndInit(struct HdfDeviceObject *device, const struct DeviceResourceNode *node)
     {
         int32_t ret;
         struct VirtualI3cCntlr *virtual = NULL;    //【必要】自定义结构体对象
         (void)device;
     
         virtual = (struct VirtualI3cCntlr *)OsalMemCalloc(sizeof(*virtual)); //【必要】内存分配
         if (virtual == NULL) {
             HDF_LOGE("%s: Malloc virtual fail!", __func__);
             return HDF_ERR_MALLOC_FAIL;
         }
     
         ret = VirtualI3cReadDrs(virtual, node);     //【必要】将i3c_config文件的默认值填充到结构体中
         if (ret != HDF_SUCCESS) {
             HDF_LOGE("%s: Read drs fail! ret:%d", __func__, ret);
             goto __ERR__;
         }
         ...
         virtual->regBase = OsalIoRemap(virtual->regBasePhy, virtual->regSize);//【必要】地址映射
         ret = OsalRegisterIrq(hi35xx->softIrqNum, OSAL_IRQF_TRIGGER_NONE, I3cIbiHandle, "I3C", virtual); //【必要】注册中断程序
         if (ret != HDF_SUCCESS) {
             HDF_LOGE("%s: register irq failed!", __func__);
             return ret;
         }
         ...
         VirtualI3cCntlrInit(virtual);              //【必要】I3C设备的初始化
         virtual->cntlr.priv = (void *)node;        //【必要】存储设备属性
         virtual->cntlr.busId = virtual->busId;     //【必要】初始化I3cCntlr成员
         virtual->cntlr.ops = &g_method;            //【必要】I3cMethod的实例化对象的挂载
         (void)OsalSpinInit(&virtual->spin);
         ret = I3cCntlrAdd(&virtual->cntlr);        //【必要且重要】调用此函数将控制器添加至核心，返回成功信号后驱动才完全接入平台核心层 
         if (ret != HDF_SUCCESS) {
             HDF_LOGE("%s: add i3c controller failed! ret = %d", __func__, ret);
             (void)OsalSpinDestroy(&virtual->spin);
             goto __ERR__;
         }
     
         return HDF_SUCCESS;
     __ERR__:                                       //若控制器添加失败，需要执行去初始化相关函数
         if (virtual != NULL) {
             OsalMemFree(virtual);
             virtual = NULL;
         }
     
         return ret;
     }
     
     static int32_t VirtualI3cInit(struct HdfDeviceObject *device)
     {
         int32_t ret;
         const struct DeviceResourceNode *childNode = NULL;
     
         if (device == NULL || device->property == NULL) {
             HDF_LOGE("%s: device or property is NULL", __func__);
             return HDF_ERR_INVALID_OBJECT;
         }
     
         DEV_RES_NODE_FOR_EACH_CHILD_NODE(device->property, childNode) {
             ret = VirtualI3cParseAndInit(device, childNode);
             if (ret != HDF_SUCCESS) {
                 break;
             }
         }
     
         return ret;
     }
     ```

- Release 函数参考

    **入参：** 
    HdfDeviceObject 是整个驱动对外暴露的接口参数，具备 HCS 配置文件的信息 。
    
    **返回值：**
    无。
    
    **函数说明：**
    释放内存和删除控制器，该函数需要在驱动入口结构体中赋值给 Release 接口， 当HDF框架调用Init函数初始化驱动失败时，可以调用 Release 释放驱动资源。所有强制转换获取相应对象的操作**前提**是在Init函数中具备对应赋值的操作。

    ```c
    static void VirtualI3cRemoveByNode(const struct DeviceResourceNode *node)
    {
        int32_t ret;
        int16_t busId;
        struct I3cCntlr *cntlr = NULL;
        struct VirtualI3cCntlr *virtual = NULL;
        struct DeviceResourceIface *drsOps = NULL;
    
        drsOps = DeviceResourceGetIfaceInstance(HDF_CONFIG_SOURCE);
        if (drsOps == NULL || drsOps->GetUint32 == NULL) {
            HDF_LOGE("%s: invalid drs ops fail!", __func__);
            return;
        }
    
        ret = drsOps->GetUint16(node, "busId", (uint16_t *)&busId, 0);
        if (ret != HDF_SUCCESS) {
            HDF_LOGE("%s: read busId fail!", __func__);
            return;
        }
    ...
    /* 可以调用I3cCntlrGet函数通过设备的cntlrNum获取I3cCntlr对象， 以及调用I3cCntlrRemove函数来释放I3cCntlr对象的内容 */
        cntlr = I3cCntlrGet(busId);
        if (cntlr != NULL && cntlr->priv == node) {
            I3cCntlrPut(cntlr);
            I3cCntlrRemove(cntlr);                    //【必要】主要是从管理器驱动那边移除I3cCntlr对象
            virtual = (struct VirtualI3cCntlr *)cntlr;//【必要】通过强制转换获取自定义的对象并进行release操作
            (void)OsalSpinDestroy(&virtual->spin);
            OsalMemFree(virtual);
        }
        return;
    }
    
    static void VirtualI3cRelease(struct HdfDeviceObject *device)
    {
        const struct DeviceResourceNode *childNode = NULL;
    
        HDF_LOGI("%s: enter", __func__);
    
        if (device == NULL || device->property == NULL) {
            HDF_LOGE("%s: device or property is NULL", __func__);
            return;
        }
    ...
    //遍历、解析i3c_config.hcs中的所有配置节点，并分别进行release操作
        DEV_RES_NODE_FOR_EACH_CHILD_NODE(device->property, childNode) {
            VirtualI3cRemoveByNode(childNode); //函数定义如上
        }
    }
    ```

注册中断处理子程序

在中断处理程序中通过判断中断产生的地址，实现热接入、IBI等操作。

static int32_t VirtualI3cReservedAddrWorker(struct VirtualI3cCntlr *virtual, uint16_t addr)
{
    (void)virtual;
    switch (addr) {
        case I3C_HOT_JOIN_ADDR:
             VirtualI3cHotJoin(virtual);
            break;
        case I3C_RESERVED_ADDR_7H3E:
        case I3C_RESERVED_ADDR_7H5E:
        case I3C_RESERVED_ADDR_7H6E:
        case I3C_RESERVED_ADDR_7H76:
        case I3C_RESERVED_ADDR_7H7A:
        case I3C_RESERVED_ADDR_7H7C:
        case I3C_RESERVED_ADDR_7H7F:
        /* 广播地址单比特错误的所有情形 */
        HDF_LOGW("%s: broadcast Address single bit error!", __func__);
            break;
        default:
            HDF_LOGD("%s: Reserved address which is not supported!", __func__);
            break;
    }
    
    return HDF_SUCCESS;
}

static int32_t I3cIbiHandle(uint32_t irq, void *data)
{
    struct VirtualI3cCntlr *virtual = NULL;
    struct I3cDevice *device = NULL;
    uint16_t ibiAddr;
    char *testStr = "Hello I3C!";

    (void)irq;
    if (data == NULL) {
        HDF_LOGW("%s: data is NULL!", __func__);
        return HDF_ERR_INVALID_PARAM;
    }
    virtual = (struct VirtualI3cCntlr *)data;
    /* 【必要】获取产生中断的地址，使用CHECK_RESERVED_ADDR宏判断该地址是否为I3C保留地址 */
    ibiAddr = VirtualI3cGetIbiAddr();
    if (CHECK_RESERVED_ADDR(ibiAddr) == I3C_ADDR_RESERVED) {
        HDF_LOGD("%s: Calling VirtualI3cResAddrWorker...", __func__);
        return VirtualI3cReservedAddrWorker(virtual, ibiAddr);
    } else {
        HDF_LOGD("%s: Calling I3cCntlrIbiCallback...", __func__);
        device = GetDeviceByAddr(&virtual->cntlr, ibiAddr);
        if (device == NULL) {
            HDF_LOGE("func:%s device is NULL!",__func__);
            return HDF_ERR_MALLOC_FAIL;
        }
        if (device->ibi->payload > VIRTUAL_I3C_TEST_STR_LEN) {
            /* 将字符串"Hello I3C!"放入IBI缓冲区内 */
            *device->ibi->data = *testStr;
        }
        /* 根据产生IBI的I3C设备调用IBI回调函数 */
        return I3cCntlrIbiCallback(device);
    }

    return HDF_SUCCESS;
}