使用BBB的I2C

leixiaofeng · 发表于 2015-5-23 14:28:18

一、I2C基本操作

1、简介
[size=13.8461542129517px]I2C是一种串行通讯方法，它只需要两根线就能实现通讯，一根时钟线SCL，一根数据线SDA。一般情况下这两根线都使用上拉电阻，同时把芯片的管脚设置成开漏输出（简单理解开漏输出的含义就是：让它输出低电平时，它能输出低电平；而让它输出高电平时，它就断路，什么也不输出，由外接电平决定这个引脚的电平）。如果芯片内部带有上拉电阻（比如BBB的芯片就自带上拉电阻），那不外接上拉也可以。
[size=13.8461542129517px]BBB系统自带了一个Linux下的I2C工具i2c-tools，非常好用，下文以i2c开头的命令都是这个工具包里的，如果你的系统里没有的话，可以搜索并下载i2c-tools工具包。
[size=13.8461542129517px]BBB上有两个可用的I2C，i2c-0和i2c-1，分别对应header上的I2C1和I2C2（总是这么混乱= =）。我们这里使用i2c-1，对应的header是P9_19和P9_20。我怎么知道它有两个可用的I2C呢？使用命令 i2cdetect -l 就可以看到
[size=13.8461542129517px]

i2c-0 i2c OMAP I2C adapter I2C adapter
i2c-1 i2c OMAP I2C adapter I2C adapter

[color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码
2、检查引脚功能配置是否正确
[size=13.8461542129517px]首先确认一下i2c-1对应的IO口复用功能是否正确（[size=13.8461542129517px]BBB默认就是正确的，所以无需进行配置，但严谨起见应当检查一下[size=13.8461542129517px]）。查表（见附件）得，P9_19和P9_20分别对应95和94号引脚。然后输入命令：
[size=13.8461542129517px]

cat /sys/kernel/debug/pinctrl/44e10800.pinmux/pins | grep 97c

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[size=13.8461542129517px]上述命令把pins这个文件中包含97c的内容输出（97c是从表中看到的引脚地址），得到95号引脚的功能和复用寄存器值
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pin 95 (44e1097c) 00000073 pinctrl-single

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[size=13.8461542129517px]95号引脚的功能寄存器值是0x00000073，化成2进制是1110011，其含义是：启用功能3（即I2C2_SCL），使能上下拉，开启上拉（所以我们可以不必外接上拉电阻了），使能输入，高速模式。同样可以检查94号引脚，也是0x00000073。

3、查找i2c设备的地址
[size=13.8461542129517px]（此时我们还没有插入设备）使用命令# i2cdetect -y -r 1 ，可以查看i2c设备地址。其中 -y 选项用来屏蔽讨厌的确认环节，-r 是因为AM3359不支持一种叫做Quick Write的东东，1 代表我们要查看i2c-1总线上的设备（也就是P9_19和P9_20上插着的设备）。输出如下
[size=13.8461542129517px]

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- UU UU UU UU -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --

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[size=13.8461542129517px]这里的地址都是16进制表示的。--代表该地址没有设备，UU代表这个地址正忙（也许被内部资源占用了，图中的0x54到0x57这4个地址）。下面我把i2c设备插上以后再执行命令，输出变成了
[size=13.8461542129517px]

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1e --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- 53 UU UU UU UU -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- 69 -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- 77

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[size=13.8461542129517px]会发现多出了4个地址：0x1e，0x53，0x69和0x77。因为我接入的模块上包含4个芯片，所以这个总线上显示了4个地址。通过读芯片手册得知气压计对应的是0x77这个地址。这一步就完成了。
[size=13.8461542129517px]需要补充说明的是，这里显示的是i2c设备的地址（1110111b=0x77），i2c的设备地址只有7位，最高位当做0。而读/写地址则在最低位增加一个1/0（11101111b / 11101110b），这使得读写地址与设备地址看起来很不相同。

4、查看和修改设备的寄存器值
[size=13.8461542129517px]输入命令# i2cdump -y 1 0x77，我们可以查看设备的寄存器值，其中 -y 还是屏蔽确认环节，1 还是代表查看i2c-1总线，0x77是要查询的设备地址。
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f 0123456789abcdef
00: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
10: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
20: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
30: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
40: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
50: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
60: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
70: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
80: a5 94 4d 19 b3 27 38 43 8a 2a 1e 05 fb af c7 6e ??M??'8C?*?????n
90: 84 df 5f b0 56 5a 15 7a 00 3a 80 00 d4 bd 09 80 ??_?VZ?z.:?.????
a0: a5 94 4d 19 b3 27 38 43 8a 2a 1e 05 fb af c7 6e ??M??'8C?*?????n
b0: 84 df 5f b0 56 5a 15 7a 00 3a 80 00 d4 bd 09 80 ??_?VZ?z.:?.????
c0: 00 00 bc 33 00 00 00 00 00 00 00 10 00 00 00 03 ..?3.......?...?
d0: 55 02 06 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 U??.............
e0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
f0: 00 00 00 00 00 00 80 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ......?.........

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[size=13.8461542129517px]这里用16进制显示了每个寄存器的值，具体哪个寄存器是干嘛的，就得查阅芯片的数据手册了。
[size=13.8461542129517px]如果想取出某个特定寄存器的值，比如0x80寄存器，可以使用命令 i2cget -y 1 0x77 0x80实现。如果想向某个寄存器写入值，可使用命令 i2cset -y 1 0x69 0x20 0x0f实现。（向i2c-1总线上，设备地址为0x69，寄存器地址为0x20处写入值0x0f）

二、使用BMP085驱动读取气压值

[size=13.8461542129517px]很巧的是，BBB自带了BMP085气压芯片的驱动，所以我们可以更方便地读取气压值。输入命令
[size=13.8461542129517px]

echo bmp085 0x77 > /sys/class/i2c-adapter/i2c-1/new_device

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[size=13.8461542129517px]加载成功后使用如下命令就可以读取气压值了
[size=13.8461542129517px]

cat sys/bus/i2c/drivers/bmp085/1-0077/pressure0_input

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[size=13.8461542129517px]使用完毕以后，我们可以用如下命令从驱动中卸载这个i2c设备
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echo 0x77 > /sys/class/i2c-adapter/i2c-1/delete_device

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[size=13.8461542129517px]想查看加载或卸载是否成功的话，可以输入如下命令
[size=13.8461542129517px]

dmesg | grep bmp

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[size=13.8461542129517px]你应该会看到类似下面的输出
[size=13.8461542129517px]

[ 6428.602566] i2c i2c-1: new_device: Instantiated device bmp085 at 0x77
[ 6428.633419] bmp085 1-0077: Successfully initialized bmp085!
[ 6436.479407] i2c i2c-1: delete_device: Deleting device bmp085 at 0x77

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[size=13.8461542129517px]上面给出了使用某个芯片的现成驱动来操作的方法。要是我用的I2C设备没有现成的驱动怎么办？下面就介绍如何在c语言程序中使用通用的i2c-dev驱动来操作i2c设备。[size=13.8461542129517px]
三、用C语言操作I2C设备
[size=13.8461542129517px]下面以使用L3G4200D三轴陀螺仪为例。
[size=13.8461542129517px]BBB自带了i2c-dev驱动，它使用ioctl方法对i2c设备进行配置，然后利用read()、write()函数就可以操作i2c设备了。
[size=13.8461542129517px]要操作某个i2c设备，首先要确定它的地址。按照我在前文中的说法，通常i2cdetect显示的器件地址是由“7位”二进制数换算成的，而器件的读写地址则需要将这7位左移，然后在末尾添加一个1或0。但是对于i2c-dev驱动来说，我们不必费此周折，只要告诉他i2cdetect显示的那个地址就可以了，驱动会自动根据你的读操作或写操作来相应地在末尾添加1或者0。

[size=13.8461542129517px]先把完整程序摆出来：
[size=13.8461542129517px]

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> //exit()
#include <fcntl.h> //define O_RDWR
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <sys/ioctl.h>
void main()
{
int file,i;
int addr = 0b01101001; //i2c device address of gyro
char *filename = "/dev/i2c-1";
char wbuf[] = {0x20, 0x0f}; //first byte is address to write. others are bytes to be written
char read_start_buf[1];
char rbuf[1000] = {0};
if((file = open(filename, O_RDWR)) < 0)
{
perror("Failed to open i2c device.\n");
exit(1);
}
if(ioctl(file, I2C_SLAVE, addr) < 0)
{
printf("Failed to access bus.\n");
exit(1);
}
write(file, wbuf, 2); //write 0x0f to register 0x20 to enable gyro.
for(i=0;i<5;i++)
{
read_start_buf[0] = 0x29;
write(file, read_start_buf, 1); //reposition file pointer to register 0x29
read(file, rbuf, 1); //read register 0x29 and save to rbuf
printf("%x", rbuf[0]);
read_start_buf[0] = 0x28;
write(file, read_start_buf, 1); //reposition file pointer to register 0x28
read(file, rbuf, 1); //read register 0x28 and save to rbuf
printf("%x\n", rbuf[0]);
sleep(1);
}
close(file);
}

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[size=13.8461542129517px]上面的程序首先打开/dev/i2c-1这个设备，然后用ioctl配置成slave模式。然后通过将第0x20这个寄存器写成0x0f来使能陀螺仪。然后在for循环中依次读取0x29和0x28两个寄存器的值并输出，这两个寄存器一起组成了X轴的角速度值。

[size=13.8461542129517px]程序输出如下：
[size=13.8461542129517px]

root@beaglebone:~/ioctl_test# ./i2c
03c
04a
035
05f
03c
root@beaglebone:~/ioctl_test# ./i2c
1f7f
f2c3
f567
3979
3aca

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[size=13.8461542129517px]这里运行了两次，第一次陀螺仪静止（但输出仍有一点小波动），第二次陀螺仪在晃动。可以看到输出值的不同。

[size=13.8461542129517px]需要注意的一点，读i2c设备时如何定位读取的位置？
[size=13.8461542129517px]使用lseek()的话会返回-1，这个是不可行的。答案就是程序中，用write()写一个字节。write函数参数中的buf数组里的第一项代表了write的位置，从第二项开始是写入的内容，因此只写一个字节就是把指针移动过去了但是不写入任何内容。

[size=13.8461542129517px]用这个方法就无需其他驱动也可以操作任意i2c外设了。

[size=13.8461542129517px]最后补充一点。按理说执行 read(file, rbuf, 10); 的话，可以读出当前指针位置开始的10个字节的内容。我在其他设备上也验证了这点。但是在L3G4200D陀螺仪上，一次读取10个的话，读出的就全是一样的数值，都是第一个数值。所以只能一位一位地读取。同样的，执行 i2cdump -y 1 0x69 c 会导致输出全部是一样的，都是第一个字节的内容。把c参数（该参数表示连续字节读取）去掉才可以正常输出。