南宁网站建设推荐q479185700顶上,新公司网站建设流程,专业网站模仿,wordpress注册登录一、I2C简介 I2C老朋友了#xff0c;在单片机里面也学过#xff0c;现在再复习一下。I2C使用两条线在主控制器和从机之间进行数据通信。一条是 SCL(串行时钟线)#xff0c;另外一条是 SDA(串行数据线)#xff0c;这两条数据线需要接上拉电阻#xff0c;总线空闲的时候 SCL…一、I2C简介 I2C老朋友了在单片机里面也学过现在再复习一下。I2C使用两条线在主控制器和从机之间进行数据通信。一条是 SCL(串行时钟线)另外一条是 SDA(串行数据线)这两条数据线需要接上拉电阻总线空闲的时候 SCL 和 SDA 处于高电平。 I2C 是支持多从机的也就是一个 I2C 控制器下可以挂多个 I2C 从设备这些不同的 I2C从设备有不同的器件地址这样 I2C 主控制器就可以通过 I2C 设备的器件地址访问指定的 I2C设备了如下图 SDA 和 SCL 都必须接一个上拉电阻一般是 4.7K。其余的 I2C 从器件都挂接到 SDA 和 SCL 这两根线上这样就可以通过 SDA 和 SCL 这两根线来访问多个 I2C 设备。 1. 起始位 I2C 通信起始标志通过起始位可以告诉 I2C 从机主机要进行 I2C 通信。在 SCL 为高电平的时候SDA 为下降沿的时候是起始位。 2. 停止位 停止位就是 I2C 停止通信的标志位和起始位功能相反。在 SCL 为高电平的时候SDA 出现上升沿就表示停止位。 3. 数据传输 I2C 总线进行数据传输的时候要保证在 SCL 高电平期间SDA 上的数据稳定所以只有当SCL 为低电平的时候SDA 才能进行数据变化。 4. 应答信号 当 I2C 主机发送完 8 位数据之后会将 SDA 设置为输入状态等待从机应答等待从机告诉主主机接收到了数据。应答信号是从从机发送主机只需要提供应答信号所需要的时钟。其实主机发送完数据之后的一个时钟信号就是给应答信号使用的。从机将 SDA 拉低表示发出应答信号也就是通信成功否则通信失败。 5. I2C 写时序 主机和从机通信就两个操作读和写。 MSB数据最高有效位。 1开始信号就是起始位。 2发送 I2C 设备地址每一个 I2C 器件都有一个设备地址通过具体的设备地址就可以访问设备其中高 7 位是设备地址最后一位是读写位。为 1 表示读操作为 0 表示写操作。 3I2C 设备地址后面跟着一位读写位1表示读操作0表示写操作。 4从机发送的 ACK 应答信号。 5从新开始发送信号。 6发送要写入数据的寄存器地址。 7从机发送 ACK 应答信号。 8发送给寄存器的数据。 9从机发送 ACK 应答信号。 10停止信号。 6. I2C 读时序 I2C 读时序总共 4 步第一步发送设备地址第二步发送读取的寄存器地址第三步重新发送设备地址第四步是 I2C 从设备输出要读取的寄存器值。 1主机发送起始位 2主机发送要读取的从设备地址 3读取控制位向从机发送数据这里是写信号。 4从机发送 ACK 应答信号 5重新发送起始位 6主机发送要读取的寄存器地址 7从机发送 ACK 应答信号 8重新发送起始位 9重新发送要读取的从设备地址 10读写控制位这里是读信号接下来是从设备里面读取数据 11从机发送 ACK 应答信号 12主机从从机那读取的数据 13主机发送 NO ACK 信号表示读取完成不需要从机发送 ACK 信号。 14主机发送 STOP 信号停止位。 二、AP3216C 简介 STM32MP1 开发板上通过 I2C5 连接了一个三合一环境传感器 AP3216C。支持环境光强度(ALS)、接近距离(PS)和红外线强度(IR)这三个环境参数检测。该芯片可以通过 IIC 接口与主控制相连并且支持中断。 AP3216C 常被用于手机、平板、导航设备等其内置的接近传感器可以用于检测是否有物 体接近比如手机上用来检测耳朵是否接触听筒如果检测到的话就表示正在打电话手机就 会关闭手机屏幕以省电。也可以使用环境光传感器检测光照强度可以实现自动背光亮度调节。 AP3216 的设备地址为 0X1E通过这些寄存器我们可以配置 AP3216C 的工作模式并且读取相应的数据。以下是 AP3216C 寄存器。
寄存器地址位寄存器功能描述0x002:0系统模式 000掉电模式默认 001使能ALS 010使能PSIR 011使能ALSPSIR 100软复位 101ALS单次模式 110 PSIR 单次模式。 111 ALSPSIR 单次模式 0X0A 7 1:0 IR 低位数据 0 IRPS 数据有效 1:无效 IR 最低 2 位数据。 0X0B 7:0 IR 高位数据 IR 高 8 位数据 0X0C7:0 ALS 低位数据 ALS 低 8 位数据 0X0D7:0 ALS 高位数据 ALS 高 8 位数据 0X0E 7 6 3:0 PS 低位数据 0物体在远离 1物体在接近 0 IRPS 数据有效 1 IRPS 数据无效 PS 最低 4 位数据0X0F 7 6 5:0 PS 高位数据 0物体在远离 1物体在接近 0 IRPS 数据有效 1 IRPS 数据无效 PS 最低 6 位数据 0X00 这个寄存器是模式控制寄存器用来设置 AP3216C 的工作模式一般开始先将其设置为 0X04也就是先软件复位一次 AP3216C。接下来根据实际使用情况选择合适的工作模式比如设置为 0X03也就是开启 ALSPSIR。 0X0A~0X0F 这 6 个寄存器就是数据寄存器保存着 ALS、 PS 和 IR 这三个传感器获取到的数据值。如果同时打开 ALS、 PS 和 IR 的读取间隔最少要 112.5ms因为 AP3216C 完成一次转换需要 112.5ms。 三、Linux 中 I2C 的总线框架 使用裸机方式编写 I2C 设备的驱动程序需要实现两个部分 1、I2C 主机驱动2、I2C设备驱动。 I2C 主机驱动也就是 SoC 的 I2C 控制器对应的驱动程序I2C 设备驱动其实就是挂在 I2C 总线下的具体设备对应的驱动程序比如 eeprom、触摸屏 IC 等等。对于主机驱动来说只要编写完成就不需要更改其他的 I2C 设备都是直接调用主机驱动提供的 API 函数来完成读写操作即可。 I2C 总线框架也叫 I2C 子系统总体如下 1、I2C核心I2C-core I2C 核心提供了 I2C 总线驱动适配器和设备驱动的注册、注销方法 I2C 通信方法 (algorithm)与具体硬件无关的代码。
2、I2C 总线驱动I2C_adapter I2C 总线驱动是 I2C 适配器的软件实现提供 I2C 适配器与从设备间完成数据通信的能力。I2C 总线驱动由 i2c_adapter 和 i2c_algorithm 来描述。 I2C 适配器是 SoC 中内置 i2c 控制器的软 件抽象可以理解为他所代表的是一个 I2C 主机。
3、I2C设备驱动I2C_client_driver 包括两部分设备的注册和驱动的注册。 I2C 子系统帮助内核统一管理 I2C 设备让驱动开发工程师在内核中可以更加容易地添加 自己的 I2C 设备驱动程序。 1.I2C 总线驱动 首先复习一下 platform它是虚拟出来的一条总线目的就是为了实现总线、设备、驱动框架。那 I2C 呢是不需要虚拟的直接使用 I2C 总线即可。I2C 总线驱动重点是 I2C 适配器SOC 的 I2C 接口控制器驱动这里会有两个重要数据结构i2c_adapter 和 i2c_algorithmI2C 子系统将 SoC 的适配器抽象成一个 i2c_adapter 结构体它在 include/linux/i2c.h 文件中
struct i2c_adapter {struct module *owner;unsigned int class;const struct i2c_algorithm *algo;void *algo_data;/* data fields that are valid for all devices */const struct i2c_lock_operations *lock_ops;struct rt_mutex bus_lock;struct rt_mutex mux_lock;int timeout; /* in jiffies */int retries;struct device dev; /* the adapter device */unsigned long locked_flags;#define I2C_ALF_IS_SUSPENDED 0#define I2C_ALF_SUSPEND_REPORTED 1int nr;char name[48];struct completion dev_released;struct mutex userspace_clients_lock;struct list_head userspace_clients;struct i2c_bus_recovery_info *bus_recovery_info;const struct i2c_adapter_quirks *quirks;struct irq_domain *host_notify_domain;
};i2c_algorithm 结构体定义在 include/linux/i2c.h 文件中
struct i2c_algorithm {/** If an adapter algorithm cant do I2C-level access, set* master_xfer to NULL. If an adapter algorithm can do SMBus* access, set smbus_xfer. If set to NULL, the SMBus protocol is* simulated using common I2C messages.** master_xfer should return the number of messages successfully* processed, or a negative value on error.*/int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num); int (*master_xfer_atomic)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num);int (*smbus_xfer)(struct i2c_adapter *adap, u16 addr, unsigned short flags,char read_write, u8 command, int size, union i2c_smbus_data *data);int (*smbus_xfer_atomic)(struct i2c_adapter *adap, u16 addr, unsigned short flags,char read_write, u8 command, int size, union i2c_smbus_data *data);/* To determine what the adapter supports */u32 (*functionality)(struct i2c_adapter *adap);#if IS_ENABLED(CONFIG_I2C_SLAVE)int (*reg_slave)(struct i2c_client *client);int (*unreg_slave)(struct i2c_client *client);#endif
};master_xfer 是 I2C 适配器的传输函数通过此函数可以完成完成与 I2C 设备之间的通信。 smbus_xfer 是 SMBUS 总线的传输函数。smbus 协议是从 I2C 协议的基础上发展而来的他们之间有很大的相似度 SMBus 与 I2C 总线之间在时序特性上存在一些差别应用于移动 PC 和桌面 PC 系统中的低速率通讯。 I2C 总线驱动主要工作就是初始化 i2c_adapter 结构体变量然后设置 i2c_algorithm 中的 master_xfer 函数。完成以后通过 i2c_add_numbered_adapter 或 i2c_add_adapter这两个函数向I2C子系统注册设置好的i2c_adapter。这两个函数的区别在于 i2c_add_adapter 会动态分配一个总线编号而 i2c_add_numbered_adapter 函数则指定一个静态的总线编号。 如果要删除 I2C 适配器的话使用 i2c_del_adapter 函数即可。 一般 SoC 的 I2C 总线驱动都是由半导体厂商编写。正常这些是被屏蔽掉的只需要专注 I2C 设备驱动。以后争取去到半导体厂去写驱动。 2.I2C 总线设备 I2C 重点看两个数据结构i2c_client 和 i2c_driveri2c_client 用于描述 I2C 总线下的设备i2c_driver 用于描述 I2C 总线下的设备驱动。 i2c_client 结构体定义在 include/linux/i2c.h如下
struct i2c_client {unsigned short flags; /* div., see below */struct i2c_adapter *adapter; /* the adapter we sit on */struct device dev; /* the device structure */int init_irq; /* irq set at initialization */int irq; /* irq issued by device */struct list_head detected;
#if IS_ENABLED(CONFIG_I2C_SLAVE)i2c_slave_cb_t slave_cb; /* callback for slave mode */
#endif
};一个 I2C 设备对应一个 i2c_client 结构体变量系统每检测一个 I2C 从设备就会给这个设备分配一个 i2c_client。 i2c_driver 是 I2C 设备驱动的重点在 include/linux/i2c.h如下
struct i2c_driver {unsigned int class;/* Standard driver model interfaces */int (*probe)(struct i2c_client *client, // I2C设备和驱动匹配成功后probe函数执行const struct i2c_device_id *id); // 类似于platform驱动int (*remove)(struct i2c_client *client);/* New driver model interface to aid the seamless removal of* the current probe()s, more commonly unused than used* second parameter.*/int (*probe_new)(struct i2c_client *client);/* driver model interfaces that dont relate to enumeration */void (*shutdown)(struct i2c_client *client);/* Alert callback, for example for the SMBus alert protocol.* The format and meaning of the data value depends on the* protocol. For the SMBus alert protocol, there is a single* bit of data passed as the alert responses low bit (event* flag). For the SMBus Host Notify protocol, the data* corresponds to the 16-bit payload data reported by the* slave device acting as master.*/void (*alert)(struct i2c_client *client,enum i2c_alert_protocol protocol,unsigned int data);/* an ioctl-like command that can be used to perform specific* functions with the device.*/int (*command)(struct i2c_client *client, unsigned int cmd,void *arg);struct device_driver driver; // 如果使用设备树需要设置 device_driver 的 of_match_table 成员变量const struct i2c_device_id *id_table; // id_table 是传统、未使用设备树的设备匹配 ID 表/* Device detection callback for automatic device creation */int (*detect)(struct i2c_client *client,struct i2c_board_info *info);const unsigned short *address_list;struct list_head clients;bool disable_i2c_core_irq_mapping;
};如果构建 I2C 设备驱动编写那么重点是构建 i2c_driver构建完成后需要向 I2C 子系统注册 i2c_driver。 i2c_driver 注册函数为 int i2c_register_driver
/** description : 注册i2c_driver* param - owner : 一般为 THIS_MODULE* param - driver : 要注册的 i2c_driver* return : 0成功负值失败。*/
int i2c_register_driver(struct module *owner, struct i2c_driver *driver); 其实 i2c_add_driver 也可以用来注册 i2c_driveri2c_add_driver 本质是一个宏是对 i2c_register_driver 进行简单的封装只需要一个参数就可以注册 i2c_driver。 注销 i2c_driver 的函数为
/** description : 注销i2c_driver* param - driver : 要注销的 i2c_driver* return : 无*/
void i2c_del_driver(struct i2c_driver *driver); i2c_driver 注册示例代码如下
/* i2c 驱动的 probe 函数 */
static int xxx_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)
{/* 函数具体程序 */return 0;
}/* i2c 驱动的 remove 函数 */
static int ap3216c_remove(struct i2c_client *client)
{/* 函数具体程序 */return 0;
}/* 传统匹配方式 ID 列表 */ // 这里是没用用到设备树的时候的一种写法
static const struct i2c_device_id xxx_id[] {{xxx, 0},{}
};/* 设备树匹配列表 */
static const struct of_device_id xxx_of_match[] {{ .compatible xxx },{ /* Sentinel */ }
};/* i2c 驱动结构体 */ // 当I2C设备和I2C驱动匹配成功后probe函数执行
static struct i2c_driver xxx_driver {.probe xxx_probe,.remove xxx_remove,.driver {.owner THIS_MODULE,.name xxx,.of_match_table xxx_of_match,},.id_table xxx_id,
};/* 驱动入口函数 */
static int __init xxx_init(void)
{int ret 0;ret i2c_add_driver(xxx_driver);return ret;
}/* 驱动出口函数 */
static void __exit xxx_exit(void)
{i2c_del_driver(xxx_driver);
}module_init(xxx_init);
module_exit(xxx_exit);3. I2C 设备和驱动匹配过程 I2C 设备和驱动的匹配过程是由 I2C 子系统核心层来完成的 drivers/i2c/i2c-core-base.c 就 是 I2C 的核心部分。之前示例代码中的
1、i2c_adapter 注册/注销函数
int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adapter);
int i2c_add_numbered_adapter(struct i2c_adapter *adap);
void i2c_del_adapter(struct i2c_adapter * adap) // 用于从内核中注销删除已注册的I2C总线
2、 i2c_driver 注册/注销函数
int i2c_register_driver(struct module *owner, struct i2c_driver *driver)
int i2c_add_driver (struct i2c_driver *driver); // 这是上一个的代码的宏
void i2c_del_driver(struct i2c_driver *driver) 设备和驱动的匹配过程也是由核心层完成I2C 总线的数据结构为 i2c_bus_type定义在
drivers/i2c/i2c-core-base.c 文件i2c_bus_type 内容如下
struct bus_type i2c_bus_type {.name i2c,.match i2c_device_match,.probe i2c_device_probe,.remove i2c_device_remove,.shutdown i2c_device_shutdown,
}; 其中.match 就是 I2C 总线的设备和驱动匹配函数在这里就是 i2c_device_match 函数。
static int i2c_device_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{struct i2c_client *client i2c_verify_client(dev);struct i2c_driver *driver;/* Attempt an OF style match *//*i2c_of_match_device 函数用于完成设备树中定义的设备与驱动匹配过程。比较I2C 设备节点的compatible 属性和 of_device_id 中的 compatible 属性是否相等 如果相当的话就表示 I2C 设备和驱动匹配*/if (i2c_of_match_device(drv-of_match_table, client))return 1;/* Then ACPI style match */// 用于 ACPI 形式的匹配if (acpi_driver_match_device(dev, drv))return 1;driver to_i2c_driver(drv);/* Finally an I2C match *//* 用于传统的、无设备树的 I2C 设备和驱动匹配过程。比较 I2C 设备名字和i2c_device_id 的 name 字段是否相等相等的话就说明 I2C 设备和驱动匹配成功 */ if (i2c_match_id(driver-id_table, client))return 1;return 0;
} 总结I2C总线驱动或者说 I2C适配器驱动的主要工作就是初始化 i2c_adapter结构体变量然后设置 i2c_algorithm中的 master_xfer 函数。完成以后通过 i2c_add_numbered_adapter或 i2c_add_adapter这两个函数向系统注册设置好的 i2c_adapter。 四、STM32MP1 I2C 适配器驱动分析 I2C 子系统分为 I2C 适配器驱动SoC的I2C控制器驱动和 I2C 设备驱动。I2C 设备驱动是根据不同的 I2C 从设备编写I2C 适配器驱动一般由厂商编写。我们也可以来看一下源码在内核源码 arch/arm/boot/dts/stm32mp151.dtsi 设备树文件中找到 STM32MP1 的 I2C 控制器节点
i2c1: i2c40012000 {compatible st,stm32mp15-i2c;reg 0x40012000 0x400;interrupt-names event, error; // 指定了两种中断类型interrupts-extended exti 21 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH,intc GIC_SPI 32 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH;clocks rcc I2C1_K;resets rcc I2C1_R;#address-cells 1;#size-cells 0;dmas dmamux1 33 0x400 0x80000001,dmamux1 34 0x400 0x80000001;dma-names rx, tx;power-domains pd_core;st,syscfg-fmp syscfg 0x4 0x1;wakeup-source;status disabled;
};这里在教我们如何看源码首先看 i2c1 节点的 compatible 属性通过这个属性可以在源码中找到对应的驱动文件。在 Linux 源码中搜索这个字符串即可找到对应的驱动文件。STM32MP1 的 I2C 适配器驱动驱动文件为 drivers/i2c/busses/i2c-stm32f7.c在此文件中有如下内容
static const struct of_device_id stm32f7_i2c_match[] {{ .compatible st,stm32f7-i2c, .data stm32f7_setup },// 这里就是与设备树中的compatible属性相匹配{ .compatible st,stm32mp15-i2c, .data stm32mp15_setup }, {},
};MODULE_DEVICE_TABLE(of, stm32f7_i2c_match);static struct platform_driver stm32f7_i2c_driver {.driver {.name stm32f7-i2c,.of_match_table stm32f7_i2c_match,.pm stm32f7_i2c_pm_ops,},.probe stm32f7_i2c_probe, // 当设备和驱动匹配成功.probe函数执行.remove stm32f7_i2c_remove,
};module_platform_driver(stm32f7_i2c_driver);STM32MP1 的 I2C 适配器驱动是个标准的 platform 驱动由此可以看出虽然 I2C 总线为别的设备提供了一种总线驱动框架但是 I2C 适配器却是 platform 驱动。 stm32f7_i2c_probe 主要工作 1.初始化 i2c_adapter设置 i2c_algorithm 为 stm32f7_i2c_algo最后向 Linux 内核注 册 i2c_adapter。 2.初始化 I2C1 控制器的相关寄存器。 stm32f7_i2c_algo 包含 I2C1 适配器与 I2C 设备 的通信函数 master_xfer。 五、I2C 设备驱动编写流程
1. I2C 设备信息描述
① 未使用设备树 没有使用设备树的时候BSP 使用 i2c_board_info 结构体来描述 I2C 具体设备。
struct i2c_board_info {char type[I2C_NAME_SIZE]; // I2C设备名字必设置unsigned short flags;unsigned short addr; // I2C设备器件地址必设置const char *dev_name;void *platform_data;struct device_node *of_node;struct fwnode_handle *fwnode;const struct property_entry *properties;const struct resource *resources;unsigned int num_resources;int irq;
};// 举例
static struct i2c_board_info armadillo5x0_i2c_rtc {I2C_BOARD_INFO(s35390a, 0x30), // I2C_BOARD_INFO是一个宏
};#define I2C_BOARD_INFO(dev_type, dev_addr) \ .type dev_type, .addr (dev_addr) // 这个宏设置了名字和地址 ② 使用设备树 使用设备树相对简单只需要通过创建相应节点。STM32MP1 有一个 I2C 器件 AP3216C这个器件挂载在 I2C5 总线接口上所以需要在 i2c5 节点创建字节点描述设备。
i2c5 {// 这pinctrl-names default, sleep;pinctrl-0 i2c5_pins_a;pinctrl-1 i2c5_pins_sleep_a;// 这 声明了pinctrl里的pinmux配置status okay;// I2C设备节点的创建重点是compatible和reg一个匹配驱动一个设置设备地址ap3216c1e {compatible alientek,ap3216c;reg 0x1e; // 设置ap3216c设备地址};
};2. I2C 设备数据收发处理流程 I2C 设备驱动首先要做的就是初始化 i2c_driver 并向 Linux 内核注册。当设备和驱动匹配以后 i2c_driver 里面的 probe 函数就会执行 probe 函数里面所做的就是字符设备驱动那一套。一般需要在 probe 函数里面初始化 I2C 设备要初始化 I2C 设备就必须能够对 I2C 设备寄存器进行读写操作这里就要用到 i2c_transfer 函数。i2c_transfer 函数最终会调用 I2C 适配器中 i2c_algorithm 里面的 master_xfer 函数。
/** description : 对 I2C 设备寄存器进行读写操作* param - adap : 所使用的 I2C 适配器 i2c_client 会保存其对应的 i2c_adapter* param - msgs : I2C 要发送的一个或多个消息* param - num : 消息数量也就是 msgs 的数量* return : 负值失败其他非负值发送的 msgs 数量*/
int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap,struct i2c_msg *msgs,int num); 使用 i2c_transfer 进行 I2C 数据收发示例代码如下
/* 设备结构体 */
struct xxx_dev {
......void *private_data; /* 私有数据一般会设置为 i2c_client */
};/*
* description : 读取 I2C 设备多个寄存器数据
* param – dev : I2C 设备
* param – reg : 要读取的寄存器首地址
* param – val : 读取到的数据
* param – len : 要读取的数据长度
* return : 操作结果
*/
static int xxx_read_regs(struct xxx_dev *dev, u8 reg, void *val, int len)
{int ret;struct i2c_msg msg[2]; // 一个用于发送寄存器地址一个用于读取寄存器值struct i2c_client *client (struct i2c_client *)dev-private_data;/* msg[0]第一条写消息发送要读取的寄存器首地址 */msg[0].addr client-addr; /* I2C 器件地址 */msg[0].flags 0; /* 标记为发送数据 */msg[0].buf reg /* 读取的首地址 */msg[0].len 1; /* reg 长度 *//* msg[1]第二条读消息读取寄存器数据 */msg[1].addr client-addr; /* I2C 器件地址 */msg[1].flags I2C_M_RD; /* 标记为读取数据 */msg[1].buf val; /* 读取数据缓冲区 */msg[1].len len; /* 要读取的数据长度 */ret i2c_transfer(client-adapter, msg, 2);if(ret 2) {ret 0;} else {ret -EREMOTEIO;}return ret;
}/*
* description : 向 I2C 设备多个寄存器写入数据
* param – dev : 要写入的设备结构体
* param – reg : 要写入的寄存器首地址
* param – val : 要写入的数据缓冲区
* param – len : 要写入的数据长度
* return : 操作结果
*/
static s32 xxx_write_regs(struct xxx_dev *dev, u8 reg, u8 *buf, u8 len)
{u8 b[256];struct i2c_msg msg;struct i2c_client *client (struct i2c_client *)dev-private_data;b[0] reg; /* 寄存器首地址 */memcpy(b[1],buf,len); /* 将要发送的数据拷贝到数组 b 里面 */msg.addr client-addr; /* I2C 器件地址 */msg.flags 0; /* 标记为写数据 */msg.buf b; /* 要发送的数据缓冲区 */msg.len len 1; /* 要发送的数据长度 */return i2c_transfer(client-adapter, msg, 1);
}另外还有两个API函数分别用于I2C数据的收发操作这两个函数最终都会调用i2c_transfer。首先来看一下 I2C 数据发送函数 i2c_master_send
/** description : I2C 数据发送函数* param - client : I2C 设备对应的 i2c_client* param - buf : 要发送的数据* param - count : 要发送的数据字节数要小于 64KB以为 i2c_msg 的 len 成员变量是一个 u16(无符号 16 位)类型的数据* return : 负值失败其他非负值发送的字节数*/
int i2c_master_send(const struct i2c_client *client,const char *buf,int count); I2C 数据接收函数为 i2c_master_recv
/** description : I2C 数据接收函数* param - client : I2C 设备对应的 i2c_client* param - buf : 要接收的数据* param - count : 要接收的数据字节数要小于 64KB以为 i2c_msg 的 len 成员变量是一个 u16(无
符号 16 位)类型的数据* return : 负值失败其他非负值发送的字节数*/
int i2c_master_recv(const struct i2c_client *client,char *buf,int count); I2C 设备驱动的重点是 i2c_msg 的构建和 i2c_transfer 函数调用。 六、硬件原理分析 AP3216C 使用的是 I2C5其中 I2C5_SCL 使用的是 PA11 这个 IOI2C_SDA 使用的是 PA12 这个 IO。 AP3216C 还有个中断引脚这里我们没有用到中断功能。 七、程序编写
1. 修改设备树
① IO修改和添加添加pinctrl AP3216C用到了I2C5接口并且IO口只用达到了 PA11和PA12。打开stm32mp15-pinctrl.dtsi找到以下内容
// 第一个状态默认使用第二个状态睡眠状态使用
i2c5_pins_a: i2c5-0 {pins {pinmux STM32_PINMUX(A, 11, AF4), /* I2C5_SCL */STM32_PINMUX(A, 12, AF4); /* I2C5_SDA */bias-disable;drive-open-drain;slew-rate 0;};
};i2c5_pins_sleep_a: i2c5-1 {pins {pinmux STM32_PINMUX(A, 11, ANALOG), /* I2C5_SCL */STM32_PINMUX(A, 12, ANALOG); /* I2C5_SDA */};
};② 在 i2c5 节点追加 ap3216c 子节点添加设备节点 打开 stm32mp157d-atk.dts 文件通过节点内容追加的方式向 i2c5 节点中添加“ap3216c1e”子节点
i2c5 {pinctrl-names default, sleep;pinctrl-0 i2c5_pins_a;pinctrl-1 i2c5_pins_sleep_a;status okay;ap3216c1e { // 1e是ap3216c设备地址compatible alientek,ap3216c;reg 0x1e;};
};修改完成后重新编译设备树make dtbs使用新的设备树启动Linux内核/sys/bus/i2c/devices 目录下存放着所有 I2C 设备如果设备树修改正确的话会在 /sys/bus/i2c/devices 目录下看到一个名为“0-001e”的子目录。这里的1e是ap3216c设备地址进入0-001e子目录可以看到name文件输入命令cat name就可以看到此设备名字这里是ap3216c。
2. 驱动编写 太久没弄了复习一下新建21_i2c文件夹在这个文件夹里创建Vscode工作区命名为i2c工程创建好后新建ap3216c.c和ap3216creg.h两个文件ap3216c.c 为 AP3216C 的 驱动代码 ap3216creg.h 是 AP3216C 寄存器头文件。先在 ap3216creg.h 中定义好 AP3216C 的寄存器输入如下内容
#ifndef AP3216C_H
#define AP3216C_H#define AP3216C_ADDR 0X1E /* AP3216C 器件地址 *//* AP3316C 寄存器 */
#define AP3216C_SYSTEMCONG 0x00 /* 配置寄存器 */
#define AP3216C_INTSTATUS 0X01 /* 中断状态寄存器 */
#define AP3216C_INTCLEAR 0X02 /* 中断清除寄存器 */
#define AP3216C_IRDATALOW 0x0A /* IR 数据低字节 */
#define AP3216C_IRDATAHIGH 0x0B /* IR 数据高字节 */
#define AP3216C_ALSDATALOW 0x0C /* ALS 数据低字节 */
#define AP3216C_ALSDATAHIGH 0X0D /* ALS 数据高字节 */
#define AP3216C_PSDATALOW 0X0E /* PS 数据低字节 */
#define AP3216C_PSDATAHIGH 0X0F /* PS 数据高字节 */#endifap3216c.c内容如下
#include linux/types.h
#include linux/kernel.h
#include linux/delay.h
#include linux/ide.h
#include linux/init.h
#include linux/module.h
#include linux/errno.h
#include linux/gpio.h
#include linux/cdev.h
#include linux/device.h
#include linux/of_gpio.h
#include linux/semaphore.h
#include linux/timer.h
#include linux/i2c.h
#include asm/mach/map.h
#include asm/uaccess.h
#include asm/io.h
#include ap3216creg.h#define AP3216C_CNT 1
#define AP3216C_NAME ap3216cstruct ap3216c_dev
{dev_t devid; /* 设备号 */struct cdev cdev; /* cdev */struct class *class; /* 类 */struct device *device; /* 设备 */struct device_node *nd; /* 设备节点 */struct i2c_client *client; /* i2c 设备 */ // 在i2c中必须存在unsigned short ir, als, ps; /* 三个光传感器数据 */
};/** description : 从 ap3216c 读取多个寄存器数据* param - dev: ap3216c 设备* param - reg: 要读取的寄存器首地址* param - val: 读取到的数据* param - len: 要读取的数据长度* return : 操作结果*/
static int ap3216c_read_regs(struct ap3216c_dev *dev, u8 reg, void *val, int len)
{int ret;struct i2c_msg msg[2]; // 因为这里是读取操作既要写又要读struct i2c_client *client (struct i2c_client *)dev-client; // dev里的client成员强转换为i2c_client结构体赋值给client/* msg[0] 为发送要读取的首地址 */msg[0].addr client-addr; /* ap3216c 地址 */msg[0].flags 0; /* 标记为发送数据 */ // 这里表示写操作msg[0].buf reg; /* 读取的首地址 */msg[0].len 1; /* reg 长度 *//* msg[1] 读取数据 */msg[1].addr client-addr; /* ap3216c 地址 */msg[1].flags I2C_M_RD; /* 标记为读取数据 */ // 这里是读操作msg[1].buf val; /* 读取数据缓冲区 */msg[1].len len; /* 要读取的数据长度 */ret i2c_transfer(client-adapter, msg, 2);if (ret 2){ret 0;}else{printk(i2c rd failed%d reg%06x len%d\n, ret, reg, len);ret -EREMOTEIO;}return ret;
}/** description : 向 ap3216c 多个寄存器写入数据* param - dev: ap3216c 设备* param - reg: 要写入的寄存器首地址* param - val: 要写入的数据缓冲区* param - len: 要写入的数据长度* return : 操作结果*/
static s32 ap3216c_write_regs(struct ap3216c_dev *dev, u8 reg, u8 *buf, u8 len) // s32是有符号的32位整数
{u8 b[256];struct i2c_msg msg;struct i2c_client *client (struct i2c_client *)dev-client;b[0] reg; /* 寄存器首地址 */memcpy(b[1], buf, len); /* 将要写入的数据拷贝到数组 b 里面 */msg.addr client-addr; /* ap3216c 地址 */msg.flags 0; /* 标记为写数据 */msg.buf b; /* 要写入的数据缓冲区 */msg.len len 1; /* 要写入的数据长度 */return i2c_transfer(client-adapter, msg, 1);
}/** description: 读取 ap3216c 指定寄存器值读取一个寄存器* param - dev: ap3216c 设备* param - reg: 要读取的寄存器* return : 读取到的寄存器值*/
static unsigned char ap3216c_read_reg(struct ap3216c_dev *dev, u8 reg)
{u8 data 0;ap3216c_read_regs(dev, reg, data, 1);return data;
}/** description: 向 ap3216c 指定寄存器写入指定的值写一个寄存器* param - dev: ap3216c 设备* param - reg: 要写的寄存器* param - data: 要写入的值* return : 无*/
static void ap3216c_write_reg(struct ap3216c_dev *dev, u8 reg, u8 data)
{u8 buf 0;buf data;ap3216c_write_regs(dev, reg, buf, 1); // 这里我觉得可以这样写ap3216c_write_regs(dev, reg, data, 1);
}/** description: 读取 AP3216C 的数据包括 ALS,PS 和 IR, 注意如果同时* 打开 ALS,IRPS 两次数据读取的时间间隔要大于 112.5ms* param – ir : ir 数据* param - ps : ps 数据* param - ps : als 数据* return : 无。*/
void ap3216c_readdata(struct ap3216c_dev *dev)
{unsigned char i 0;unsigned char buf[6];/* 循环读取所有传感器数据 */// AP3216C_IRDATALOW 0x0A然后AP3216C_IRDATAHIGH再加1就是AP3216C_ALSDATALOW依次类推总共3个数据每个数据都有高低位for (i 0; i 6; i){buf[i] ap3216c_read_reg(dev, AP3216C_IRDATALOW i);}if (buf[0] 0X80) /* IR_OF 位为 1,则数据无效 */dev-ir 0;else /* 读取 IR 传感器的数据 */dev-ir ((unsigned short)buf[1] 2) | (buf[0] 0X03);// 这个其实就是在组装成16字节左移8位dev-als ((unsigned short)buf[3] 8) | buf[2]; // 传输als数据if (buf[4] 0x40) /* IR_OF 位为 1,则数据无效 */dev-ps 0;else /* 读取 PS 传感器的数据 */dev-ps ((unsigned short)(buf[5] 0X3F) 4) | (buf[4] 0X0F);
}/** description : 打开设备* param – inode : 传递给驱动的 inode* param - filp : 设备文件 file 结构体有个叫做 private_data 的成员变量* 一般在 open 的时候将 private_data 指向设备结构体。* return : 0 成功;其他 失败*/
static int ap3216c_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{/* 从 file 结构体获取 cdev 指针 再根据 cdev 获取 ap3216c_dev 首地址 *//* 文件操作函数的参数通常只有 filp 结构没有设备结构体。因此设备驱动程序需要通过 filp 结构获取设备结构体 */// 这样做是为了通过 cdev 指针来访问 ap3216c_dev 结构体的其他成员struct cdev *cdev filp-f_path.dentry-d_inode-i_cdev;struct ap3216c_dev *ap3216cdev container_of(cdev, struct ap3216c_dev, cdev); //(某个成员的指针, 结构体的类型, 结构体中的成员的名称)/* 初始化 AP3216C */ap3216c_write_reg(ap3216cdev, AP3216C_SYSTEMCONG, 0x04);mdelay(50);ap3216c_write_reg(ap3216cdev, AP3216C_SYSTEMCONG, 0X03);return 0;
}/** description : 从设备读取数据* param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)* param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区* param - cnt : 要读取的数据长度* param - offt : 相对于文件首地址的偏移* return : 读取的字节数如果为负值表示读取失败*/
static ssize_t ap3216c_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *off)
{short data[3];long err 0;struct cdev *cdev filp-f_path.dentry-d_inode-i_cdev;struct ap3216c_dev *dev container_of(cdev, struct ap3216c_dev, cdev);ap3216c_readdata(dev);data[0] dev-ir;data[1] dev-als;data[2] dev-ps;err copy_to_user(buf, data, sizeof(data));return 0;
}/** description : 关闭/释放设备* param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)* return : 0 成功;其他 失败*/
static int ap3216c_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{return 0;
}/* AP3216C 操作函数 */
static const struct file_operations ap3216c_ops {.owner THIS_MODULE,.open ap3216c_open,.read ap3216c_read,.release ap3216c_release,
};/** description : i2c 驱动的 probe 函数当驱动与设备匹配以后此函数就会执行* param – client : i2c 设备* param - id : i2c 设备 ID* return : 0成功;其他负值,失败*/
static int ap3216c_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)
{int ret;struct ap3216c_dev *ap3216cdev;ap3216cdev devm_kzalloc(client-dev, sizeof(*ap3216cdev), GFP_KERNEL); // 由于 linux 内核不推荐使用全局变量 要使用内存的就用 devm_kzalloc 之类的函数去申请空间if (!ap3216cdev)return -ENOMEM;/* 注册字符设备驱动 *//* 1、创建设备号 */ret alloc_chrdev_region(ap3216cdev-devid, 0, AP3216C_CNT, AP3216C_NAME);if (ret 0){pr_err(%s Couldnt alloc_chrdev_region, ret%d\r\n, AP3216C_NAME, ret);return -ENOMEM;}/* 2、初始化 cdev */ap3216cdev-cdev.owner THIS_MODULE;cdev_init(ap3216cdev-cdev, ap3216c_ops);/* 3、添加一个 cdev */ret cdev_add(ap3216cdev-cdev, ap3216cdev-devid, AP3216C_CNT);if (ret 0){goto del_unregister;}/* 4、创建类 */ap3216cdev-class class_create(THIS_MODULE, AP3216C_NAME);if (IS_ERR(ap3216cdev-class)){goto del_cdev;}/* 5、创建设备 */ap3216cdev-device device_create(ap3216cdev-class, NULL, ap3216cdev-devid, NULL, AP3216C_NAME);if (IS_ERR(ap3216cdev-device)){goto destroy_class;}ap3216cdev-client client;/* 保存 ap3216cdev 结构体 */i2c_set_clientdata(client, ap3216cdev);return 0;
destroy_class:device_destroy(ap3216cdev-class, ap3216cdev-devid);
del_cdev:cdev_del(ap3216cdev-cdev);
del_unregister:unregister_chrdev_region(ap3216cdev-devid, AP3216C_CNT);return -EIO;
}/** description : i2c 驱动的 remove 函数移除 i2c 驱动的时候此函数会执行* param - client : i2c 设备* return : 0成功;其他负值,失败*/
static int ap3216c_remove(struct i2c_client *client)
{struct ap3216c_dev *ap3216cdev i2c_get_clientdata(client);/* 注销字符设备驱动 *//* 1、删除 cdev */cdev_del(ap3216cdev-cdev);/* 2、注销设备号 */unregister_chrdev_region(ap3216cdev-devid, AP3216C_CNT);/* 3、注销设备 */device_destroy(ap3216cdev-class, ap3216cdev-devid);/* 4、注销类 */class_destroy(ap3216cdev-class);return 0;
}/* 传统匹配方式 ID 列表 */
static const struct i2c_device_id ap3216c_id[] {{alientek,ap3216c, 0},{}};/* 设备树匹配列表 */
static const struct of_device_id ap3216c_of_match[] {{.compatible alientek,ap3216c},{/* Sentinel */}};/* i2c 驱动结构体 */
static struct i2c_driver ap3216c_driver {.probe ap3216c_probe,.remove ap3216c_remove,.driver {.owner THIS_MODULE,.name ap3216c,.of_match_table ap3216c_of_match,},.id_table ap3216c_id,
};/** description : 驱动入口函数* param : 无* return : 无*/
static int __init ap3216c_init(void)
{int ret 0;ret i2c_add_driver(ap3216c_driver);return ret;
}/** description : 驱动出口函数* param : 无* return : 无*/
static void __exit ap3216c_exit(void)
{i2c_del_driver(ap3216c_driver);
}/* module_i2c_driver(ap3216c_driver) */module_init(ap3216c_init);
module_exit(ap3216c_exit);
MODULE_LICENSE(GPL);
MODULE_AUTHOR(ALIENTEK);
MODULE_INFO(intree, Y); 3.编写测试App 这个比较简单就是一直在读取ap3216C的设备文件从而得到ir、als和ps三个值。
#include stdio.h
#include unistd.h
#include sys/types.h
#include sys/stat.h
#include sys/ioctl.h
#include fcntl.h
#include stdlib.h
#include string.h
#include poll.h
#include sys/select.h
#include sys/time.h
#include signal.h
#include fcntl.h/** description : main 主程序* param - argc : argv 数组元素个数* param - argv : 具体参数* return : 0 成功;其他 失败*/
int main(int argc, char *argv[])
{int fd;char *filename;unsigned short databuf[3];unsigned short ir, als, ps;int ret 0;if (argc ! 2){printf(Error Usage!\r\n);return -1;}filename argv[1];fd open(filename, O_RDWR);if (fd 0){printf(cant open file %s\r\n, filename);return -1;}while (1){ret read(fd, databuf, sizeof(databuf));if (ret 0){ /* 数据读取成功 */ir databuf[0]; /* ir 传感器数据 */als databuf[1]; /* als 传感器数据 */ps databuf[2]; /* ps 传感器数据 */printf(ir %d, als %d, ps %d\r\n, ir, als, ps);}usleep(200000); /*100ms */}close(fd); /* 关闭文件 */return 0;
} 八、运行测试 首先编写 Makefile 文件
KERNELDIR : /home/alientek/linux/atk-mpl/linux/my_linux/linux-5.4.31
CURRENT_PATH : $(shell pwd)obj-m : ap3216c.obuild: kernel_moduleskernel_modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M$(CURRENT_PATH) modulesclean:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M$(CURRENT_PATH) clean 之后编译 ap3216c.c 和 ap3216cApp.c 文件
make
arm-none-linux-gnueabihf-gcc ap3216cApp.c -o ap3216cApp 将编译好的 ap3216cApp 和 ap3216c.ko 复制
sudo cp ap3216cApp ap3216c.ko /home/alientek/linux/nfs/rootfs/lib/modules/5.4.31/ -f 开启开发板进入 lib/modules/5.4.31输入以下命令
cd lib/modules/5.4.31/ 加载驱动
depmod
modprobe ap3216c.ko 当驱动模块加载成功以后使用 ap3216cApp 来测试输入如下命令
./ap3216cApp /dev/ap3216c 测试 APP 会不断的从 AP3216C 中读取数据然后输出到终端上可以拿手电筒照AP3216C或者手指靠近 AP3216C 来观察传感器数据有没有变化。
