1.开发环境
操作系统：SylixOS
编程环境：RealEvo-IDE3.1.5
硬件平台：SAMA5D2 Xplained开发板

2.EEPROM简介
EEPROM，或写作E2PROM，全称电子抹除式可复写只读存储器 （英语：Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory），是一种可以通过电子方式多次复写的半导体存储设备。相比EPROM，EEPROM不需要用紫外线照射，也不需取下，就可以用特定的电压，来抹除芯片上的信息，以便写入新的数据。
2.1 存储结构及设备地址
本篇使用的EEPROM芯片型号是AT24MAC402，该芯片提供2Kbit串行电可擦除可编程的存储单元，即256 bytes，并可通过I2C兼容的串行接口(TWI)进行读写操作。此外，AT24MAC402可用来存放全球唯一的MAC或EUI地址（EUI-48）。其内部存储组织结构如图 2-1所示。

图 2-1 AT24MAC402内部存储结构

由图 2-1可知，AT24MAC402提供了128-bit Serial Number和48-bit(9Ah-9Fh)的扩展存储部分用来存储序列号和全球唯一的MAC或EUI地址。作为I2C从设备，可通过两个不同的设备地址访问EEPROM的这两部分(标准和扩展)的内部存储地址。AT24MAC402的芯片手册对这两部分的编址如图 2-2所示。

图 2-2 设备地址

其中Bit[3:1]由硬件引脚电平决定，在没有设置写保护的情况下，对于标准EEPROM可进行读写操作，而扩展部分仅支持读操作。SAMA5D2开发板EEPROM的电路图如图 2-3所示。

图 2-3 EEPROM电路图连线

结合图 2-2可知EEPROM标准部分的设备地址是‘1010100’，即0x54；扩展部分的设备地址是‘1011100’，即0x5C。
2.2 操作模式
2.2.1 读操作
标准EEPROM部分和扩展部分均支持读操作，EEPROM支持以下三种类型的读操作：
当前地址读：在当前地址读操作方式时无需发送读字节地址，每次只将当前地址所存数据读出，片内地址始终保持自加，直到读完整个EEPROM后又回到0地址。
随机地址读：主设备发送有效从设备内部地址，并且从设备发送响应信号后将会将该内部地址处的数据通过I2C发送给主设备。
顺序读：多字节连续读操作既可以是当前地址读，也可以是随机地址读，每次处理器接收到一字节数据都返回一个ACK，EEPROM接收到此ACK后会自动地址加1，接着输出下一个字节数据，直到处理器返回NO ACK时，读过程结束。
2.2.2 写操作
标准EEPROM部分，在写保护被禁止的情况下提供写操作，并且支持以下两种写操作：
字节写：按字节写时通常在向EEPROM发送设备地址并收到应答信号后，发送写字节地址再次收到ACK后开始写数据，最后发送停止位结束写操作。
页写：写页时EEPROM可一次连续写入整页数据（一页为16字节）。其发地址过程与写字节时完全相同。不同的是，当写完一个数据字节后，处理器发不发停止状态，而是在应答信号后继续写入数据，每一个字节接收完毕后，EEPROM都返回一个ACK，一直到写完整页。如果页写时写入数超出该物理页边界，则超出数据将重新写入页首地址覆盖之前所写数据。
3.技术实现
本篇通过内核模块的方式实现EEPROM的设备驱动。
EEPROM驱动的编写同样是实现设备文件操作控制块结构体file_operations的成员函数，在EEPROM设备驱动中主要实现了__e2promOpen、__e2promClose、__e2promRead、__e2promWrite、__e2promIoctl函数功能，__e2promIoctl函数用来设置待访问的EEPROM的内部地址。
应用程序可以通过访问标准文件I/O函数来读写EEPROM设备，在读写EEPROM设备前，可调用lseek函数设置要读/写的eeprom内部寄存器地址，然后调用标准文件I/O对该内部地址进行读/写操作。
EEPROM的读写功能，实质上是调用I2C设备发送接口的方式实现的。这里使用字符驱动的框架来实现EEPROM的读写操作。由于标准EEPROM和扩展部分的设备地址不同，但是对这两部分的操作是一样的，因此本篇仅给出标准EEPROM设备的驱动实现。
标准EEPROM设备文件操作结构体如程序清单 3-1所示。

程序清单 3-1 e2prom设备文件操作集

/***********************************************************************************************************e2prom设备文件操作集*********************************************************************************************************/structfile_operationsGfileOperate={.fo_open=__e2promOpen,.fo_close=__e2promClose,.fo_read=__e2promRead,.fo_write=__e2promWrite,.fo_ioctl=__e2promIoctl};

通过调用标准I/O函数，可最终调用到file_operations结构体中的对应的成员函数。
3.1 读操作
__e2promRead读取EEPROM内部数据，其实现如程序清单 3-2所示。

程序清单 3-2 __e2promRead实现

/***********************************************************************************************************函数名称:__e2promRead**功能描述:读取eeprom设备**输　入:pvArg版本类型选择参数**pcBuffer缓冲区**stMaxByte缓冲区大小**输　出:ERROR*********************************************************************************************************/staticssize_t__e2promRead(PVOIDpvArg,PCHARpcBuffer,size_tstMaxByte){UINT32uiRet;if(!pcBuffer){returnPX_ERROR;}uiRet=__at24xxRead(Gi2cDev,Goffset,(UINT8*)pcBuffer,stMaxByte);Goffset=(Goffset+stMaxByte)%EEPROM_MEM_SIZE;/*内部地址计数器保存值*/return(uiRet==ERROR_NONE)?stMaxByte:PX_ERROR;}

__e2promRead将会调用at24xxRead函数实现读操作，at24xxRead实现如程序清单 3-3所示。

程序清单 3-3 at24xxRead实现

/***********************************************************************************************************函数名称:__at24xxRead**功能描述:AT24xx寄存器读函数**输　入:pI2cDevi2c设备**RegAddress寄存器地址**buf数据接收缓冲区**len需要读取的数据长度**输　出:返回0表示函数执行成功*********************************************************************************************************/staticint__at24xxRead(PLW_I2C_DEVICEpI2cDev,UINT8ucRegAddress,UINT8*ucBuf,UINTuiLen){INTiError;LW_I2C_MESSAGEi2cMsgs[2]={{.I2CMSG_usAddr=pI2cDev->I2CDEV_usAddr,.I2CMSG_usFlag=0,/*0表示写操作*/.I2CMSG_usLen=sizeof(ucRegAddress),.I2CMSG_pucBuffer=&ucRegAddress,/*先写要读的寄存器地址*/},{.I2CMSG_usAddr=pI2cDev->I2CDEV_usAddr,.I2CMSG_usFlag=LW_I2C_M_RD,/*表示读操作*/.I2CMSG_usLen=uiLen,.I2CMSG_pucBuffer=ucBuf,/*接着读操作*/}};iError=API_I2cDeviceTransfer(pI2cDev,i2cMsgs,2);if(iError<0){return(PX_ERROR);}return(ERROR_NONE);}

实质上，应用层调用read函数，最终是调用的API_I2cDeviceTransfer函数实现接收与发送操作。
3.2 写操作
__e2promWrite向EEPROM写入数据，其实现如程序清单 3-4所示。

程序清单 3-4 e2promWrite实现

/***********************************************************************************************************函数名称:__e2promWrite**功能描述:写eeprom设备**输　入:pvArg版本类型选择参数**pcBuffer缓冲区**stMaxByte缓冲区大小**输　出:ERROR*********************************************************************************************************/staticssize_t__e2promWrite(PVOIDpvArg,PCHARpcBuffer,size_tstMaxByte){UINT32uiRet;if(!pcBuffer){returnPX_ERROR;}uiRet=__at24xxWrite(Gi2cDev,Goffset,(UINT8*)pcBuffer,stMaxByte);Goffset=(Goffset+stMaxByte)%EEPROM_MEM_SIZE;/*内部地址计数器保存值*/return(uiRet==ERROR_NONE)?stMaxByte:PX_ERROR;}

__e2promWrite将会调用at24xxWrite函数实现EEPROM的写操作，at24xxWrite实现如程序清单 3-5所示。

程序清单 3-5 at24xxWrite实现

/***********************************************************************************************************函数名称:__at24xxWrite**功能描述:AT24xx寄存器写函数**输　入:pI2cDevi2c设备**RegAddress寄存器地址**buf需要写入寄存器的数据**len写入数据长度**输　出:返回0表示函数执行成功*********************************************************************************************************/staticint__at24xxWrite(PLW_I2C_DEVICEpI2cDev,UINT8ucRegAddress,UINT8*ucBuf,UINTuiLen){INTiError;if(!pI2cDev){returnPX_ERROR;}/**发送缓存大小:至少为(数据+地址)字节数*/UINT8*pui2cBuf=(UINT8*)malloc(uiLen+1);LW_I2C_MESSAGEi2cMsgs[1]={{.I2CMSG_usAddr=pI2cDev->I2CDEV_usAddr,.I2CMSG_usFlag=0,/*0表示写操作*/.I2CMSG_usLen=uiLen+sizeof(ucRegAddress),/*(数据+地址)字节数*/.I2CMSG_pucBuffer=pui2cBuf,},};/**发送缓存开头存放的是地址信息,然后才是数据*/pui2cBuf[0]=ucRegAddress;memcpy(&pui2cBuf[1],&ucBuf[0],uiLen);iError=API_I2cDeviceTransfer(pI2cDev,i2cMsgs,1);if(iError<0){free(pui2cBuf);printk(KERN_ERR"__at24xxWrite():failedtoi2ctransfer!\n");return(PX_ERROR);}free(pui2cBuf);return(ERROR_NONE);}

实质上，应用层调用write函数，最终是调用的API_I2cDeviceTransfer函数实现接收与发送操作。
3.3 设置读写地址
通过实现__e2promIoctl函数，完成设置待读/写的EEPROM的内部寄存器地址，其实现如程序清单 3-6所示。

程序清单 3-6 __e2promIoctl实现

/***********************************************************************************************************函数名称:__e2promIoctl**功能描述:控制eeprom设备**输　入:pdevhdrHdr设备头**iCmd命令**lArg命令参数**输　出:ERROR*********************************************************************************************************/staticINT__e2promIoctl(PLW_DEV_HDRpdevhdrHdr,INTiCmd,LONGlArg){INTiError;structstat*pstat;switch(iCmd){caseFIOSEEK:/*获取e2prom内部地址偏移*/Goffset=*(off_t*)lArg;break;caseFIOFSTATGET:/*获得文件属性*/pstat=(structstat*)lArg;pstat->st_dev=(dev_t)pdevhdrHdr;pstat->st_ino=(ino_t)0;/*相当于唯一节点*/pstat->st_mode=0644|S_IFCHR;/*默认属性*/pstat->st_nlink=1;pstat->st_uid=0;pstat->st_gid=0;pstat->st_rdev=1;pstat->st_size=0;pstat->st_blksize=0;pstat->st_blocks=0;pstat->st_atime=API_RootFsTime(LW_NULL);/*默认使用rootfs基准时间*/pstat->st_mtime=API_RootFsTime(LW_NULL);pstat->st_ctime=API_RootFsTime(LW_NULL);break;default:errno=ENOSYS;iError=PX_ERROR;break;}returnERROR_NONE;}

通过在应用层调用lseek，可以调用到底层的__e2promIoctl函数，在__e2promIoctl函数中通过给全局变量Goffset赋值，在调用read/write函数时，底层相应的__e2promRead/ __e2promWrite便可获得Goffset的偏移值，进而读取/写入到EEPROM内部寄存器中。
3.4 驱动模块初始化及卸载
驱动模块初始化实现如程序清单 3-7所示。

程序清单 3-7 模块初始化

/***********************************************************************************************************函数名称:module_init**功能描述:驱动加载模块**输　入:NONE**输　出:ERROR_CODE*********************************************************************************************************/intmodule_init(void){printk("hello_moduleinit!\n");INTiDrvNum=API_IosDrvInstallEx(&GfileOperate);/*安装驱动程序*/API_IosDevAdd(&GdevhdrHdr,"/dev/eeprom",iDrvNum);/*安装设备*/Gi2cDev=API_I2cDeviceCreate("/bus/i2c/1","/dev/eeprom",DEVICE_ADDR,0);returnERROR_NONE;}

模块卸载实现如程序清单 3-8所示。

程序清单 3-8 模块卸载

/***********************************************************************************************************函数名称:module_exit**功能描述:驱动卸载模块**输　入:NONE**输　出:NONE*********************************************************************************************************/voidmodule_exit(void){printk("hello_moduleexit!\n");API_IosDevDelete(&GdevhdrHdr);/*删除设备*/API_I2cDeviceDelete(Gi2cDev);/*删除指定的i2c设备*/return;}