为BeagleBone AI添加MPU6050加速度传感器的Linux驱动程序

已于 2022-03-22 20:12:38 修改
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分类专栏： 嵌入式Linux 电子模块 文章标签： linux
于 2022-03-22 15:01:07 首次发布
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/CharmingSun/article/details/123661005
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本文详细介绍了如何为BeagleBone AI添加MPU6050加速度传感器的Linux驱动程序。首先，修改设备树，包括设置GPIO和I2C的相关配置；接着编写驱动程序和应用程序；最后，运行程序并加载驱动模块。通过这些步骤，实现了在BeagleBone AI上与MPU6050的交互。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

一、修改设备树

不要使用插件设备树更改pinmux，因为在很多板子上都无效，BeagleBone AI也不例外。首先对设备树作如下更改：

  1. 将pinmux@1400节点的cape_pins_default子节点内的CTRL_CORE_PAD_VIN1A_D20（0x4a003544 - 0x4a000000 - 0x2000 - 0x1400 = 0x00000144）、CTRL_CORE_PAD_GPIO6_15（0x4a00368C - 0x4a000000 - 0x2000 - 0x1400 = 0x0000028c）、CTRL_CORE_PAD_GPIO6_14（0x4A003688 - 0x4a000000 - 0x2000 - 0x1400 = 0x00000288）三个寄存器的值分别改为0x0001000f（PIN_OUTPUT | MUX_MODE15）、0x00060009（PIN_OUTPUT_PULLUP | INPUT_EN | MUX_MODE9）、0x00060009（PIN_OUTPUT_PULLUP | INPUT_EN | MUX_MODE9）；
  2. 关闭AE2管脚是因为它和i2c3_sda对应的E21管脚在BeagleBone AI上是连在一起的，这个可以通过看板子的原理图和芯片的数据手册知道；
  3. 将i2c3对应的i2c@48060000节点的status属性值从"disabled"更改为"okay"；
  4. 在i2c@48060000节点内添加clock-frequency = <0x00061a80>;属性，这个属性指定了i2c的速度为400kHz；
  5. 在i2c@48060000节点内添加i2c_mpu6050@68节点及其内容。

如下为更改后的am5729-beagleboneai.dts文件：

...
    ocp {
        compatible = "ti,dra7-l3-noc", "simple-bus";
        #address-cells = <0x00000001>;
        #size-cells = <0x00000001>;
        ranges = <0x00000000 0x00000000 0x00000000 0xc0000000>;
        ti,hwmods = "l3_main_1", "l3_main_2";
        reg = <0x00000000 0x44000000 0x00000000 0x01000000 0x00000000 0x45000000 0x00000000 0x00001000>;
        interrupts-extended = <0x00000001 0x00000000 0x00000004 0x00000004 0x00000008 0x00000000 0x0000000a 0x00000004>;
        phandle = <0x00000139>;
        l4@4a000000 {
            compatible = "ti,dra7-l4-cfg", "simple-bus";
            #address-cells = <0x00000001>;
            #size-cells = <0x00000001>;
            ranges = <0x00000000 0x4a000000 0x0022c000>;
            phandle = <0x0000013a>;
            scm@2000 {
                compatible = "ti,dra7-scm-core", "simple-bus";
                reg = <0x00002000 0x00002000>;
                #address-cells = <0x00000001>;
                #size-cells = <0x00000001>;
                ranges = <0x00000000 0x00002000 0x00002000>;
                phandle = <0x0000013b>;
...
                pinmux@1400 {
                    compatible = "ti,dra7-padconf", "pinctrl-single";
                    reg = <0x00001400 0x00000468>;
                    #address-cells = <0x00000001>;
                    #size-cells = <0x00000000>;
                    #pinctrl-cells = <0x00000001>;
                    #interrupt-cells = <0x00000001>;
                    interrupt-controller;
                    pinctrl-single,register-width = <0x00000020>;
                    pinctrl-single,function-mask = <0x3fffffff>;
                    phandle = <0x0000013f>;
...
                    cape_pins_default {
                        pinctrl-single,pins = <
                        	...
                            0x00000144 0x0001000f   /* vin1a_d20.off */
                            0x0000028c 0x00060009   /* gpio6_15.i2c3_scl */
                            0x00000288 0x00060009   /* gpio6_14.i2c3_sda */
                        	...
                        >;
                        phandle = <0x00000137>;
                    };
...
                };
...
            };
...
        };
...
        i2c@48060000 {
            compatible = "ti,omap4-i2c";
            reg = <0x48060000 0x00000100>;
            interrupts = <0x00000000 0x00000038 0x00000004>;
            #address-cells = <0x00000001>;
            #size-cells = <0x00000000>;
            ti,hwmods = "i2c3";
            status = "okay";
            clock-frequency = <0x00061a80>;
            phandle = <0x000001db>;
            i2c_mpu6050@68 {
                compatible = "charming,i2c_mpu6050";
                reg = <0x68>;
                status = "okay";
            };
        };
...
    };
...

执行如下命令编译设备树文件：

dtc -I dts -O dtb -o am5729-beagleboneai.dtb am5729-beagleboneai.dts

然后将编译好的am5729-beagleboneai.dtb文件替换掉开发板根文件系统中的/boot/dtbs/4.14.108-ti-r143/am5729-beagleboneai.dtb文件。

二、编写程序

i2c_mpu6050.c：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/platform_device.h>

#define SMPLRT_DIV		0x19
#define CONFIG			0x1A
#define GYRO_CONFIG		0x1B
#define ACCEL_CONFIG	0x1C
#define ACCEL_XOUT_H	0x3B
#define ACCEL_XOUT_L	0x3C
#define ACCEL_YOUT_H	0x3D
#define ACCEL_YOUT_L	0x3E
#define ACCEL_ZOUT_H	0x3F
#define ACCEL_ZOUT_L	0x40
#define TEMP_OUT_H		0x41
#define TEMP_OUT_L		0x42
#define GYRO_XOUT_H		0x43
#define GYRO_XOUT_L		0x44
#define GYRO_YOUT_H		0x45
#define GYRO_YOUT_L		0x46
#define GYRO_ZOUT_H		0x47
#define GYRO_ZOUT_L		0x48
#define PWR_MGMT_1		0x6B
#define WHO_AM_I		0x75

/*------------------字符设备内容----------------------*/
#define DEV_NAME		"I2C3_mpu6050"
#define DEV_CNT			(1)

/*定义 led 资源结构体，保存获取得到的节点信息以及转换后的虚拟寄存器地址*/
static dev_t mpu6050_devno;				 //定义字符设备的设备号
static struct cdev mpu6050_chr_dev;		 //定义字符设备结构体chr_dev
struct class *class_mpu6050;			 //保存创建的类
struct device *device_mpu6050;			 // 保存创建的设备
struct device_node *mpu6050_device_node; //rgb_led的设备树节点结构体

/*------------------IIC设备内容----------------------*/
struct i2c_client *mpu6050_client = NULL; //保存mpu6050设备对应的i2c_client结构体，匹配成功后由.prob函数带回。

/*通过i2c 向mpu6050写入数据
*mpu6050_client：mpu6050的i2c_client结构体。
*address, 数据要写入的地址，
*data, 要写入的数据
*返回值，错误返回-1，成功返回0
*/
static int i2c_write_mpu6050(struct i2c_client *mpu6050_client, u8 address, u8 data)
{
	int error = 0;
	u8 write_data[2];
	struct i2c_msg send_msg; //要发送的数据结构体

	/*设置要发送的数据*/
	write_data[0] = address;
	write_data[1] = data;

	/*发送 iic要写入的地址 reg*/
	send_msg.addr = mpu6050_client->addr; //mpu6050在 iic 总线上的地址
	send_msg.flags = 0;					  //标记为发送数据
	send_msg.buf = write_data;			  //写入的首地址
	send_msg.len = 2;					  //reg长度

	/*执行发送*/
	error = i2c_transfer(mpu6050_client->adapter, &send_msg, 1);
	if (error != 1)
	{
		printk(KERN_DEBUG "\n i2c_transfer error \n");
		return -1;
	}
	return 0;
}

/*通过i2c 向mpu6050写入数据
*mpu6050_client：mpu6050的i2c_client结构体。
*address, 要读取的地址，
*data，保存读取得到的数据
*length，读长度
*返回值，错误返回-1，成功返回0  
*/
static int i2c_read_mpu6050(struct i2c_client *mpu6050_client, u8 address, void *data, u32 length)
{
	int error = 0;
	u8 address_data = address;
	struct i2c_msg mpu6050_msg[2];
	/*设置读取位置msg*/
	mpu6050_msg[0].addr = mpu6050_client->addr; //mpu6050在 iic 总线上的地址
	mpu6050_msg[0].flags = 0;					//标记为发送数据
	mpu6050_msg[0].buf = &address_data;			//写入的首地址
	mpu6050_msg[0].len = 1;						//写入长度

	/*设置读取位置msg*/
	mpu6050_msg[1].addr = mpu6050_client->addr; //mpu6050在 iic 总线上的地址
	mpu6050_msg[1].flags = I2C_M_RD;			//标记为读取数据
	mpu6050_msg[1].buf = data;					//读取得到的数据保存位置
	mpu6050_msg[1].len = length;				//读取长度

	error = i2c_transfer(mpu6050_client->adapter, mpu6050_msg, 2);

	if (error != 2)
	{
		printk(KERN_DEBUG "\n i2c_read_mpu6050 error \n");
		return -1;
	}
	return 0;
}

/*初始化i2c
*返回值，错误返回-1，成功返回0
*/
static int mpu6050_init(void)
{
	int error = 0;
	/*配置mpu6050电源管理，0x00,正常启动*/
	error += i2c_write_mpu6050(mpu6050_client, PWR_MGMT_1, 0X00);
	/*设置MPU6050的采样频率*/
	error += i2c_write_mpu6050(mpu6050_client, SMPLRT_DIV, 0X07);
	/*设置数字低通滤波器和帧同步引脚采样*/
	error += i2c_write_mpu6050(mpu6050_client, CONFIG, 0X06);
	/*设置量程和 X、Y、Z 轴加速度自检*/
	error += i2c_write_mpu6050(mpu6050_client, ACCEL_CONFIG, 0X01);

	if (error < 0)
	{
		/*初始化错误*/
		printk(KERN_DEBUG "\n mpu6050_init error \n");
		return -1;
	}
	return 0;
}

/*字符设备操作函数集，open函数实现*/
static int mpu6050_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	// printk("\n mpu6050_open \n");

	/*向 mpu6050 发送配置数据，让mpu6050处于正常工作状态*/
	mpu6050_init();
	return 0;
}

/*字符设备操作函数集，.read函数实现*/
static ssize_t mpu6050_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *off)
{
	char data_H;
	char data_L;
	int error;
	//保存mpu6050转换得到的原始数据
	short mpu6050_result[6]; 

	/*读取3轴加速度原始值*/
	i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, ACCEL_XOUT_H, &data_H, 1);
	i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, ACCEL_XOUT_L, &data_L, 1);
	mpu6050_result[0] = data_H << 8;
	mpu6050_result[0] += data_L;

	i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, ACCEL_YOUT_H, &data_H, 1);
	i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, ACCEL_YOUT_L, &data_L, 1);
	mpu6050_result[1] = data_H << 8;
    mpu6050_result[1] += data_L;

	i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, ACCEL_ZOUT_H, &data_H, 1);
	i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, ACCEL_ZOUT_L, &data_L, 1);
	mpu6050_result[2] = data_H << 8;
	mpu6050_result[2] += data_L;

	/*读取3轴角速度原始值*/
	i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, GYRO_XOUT_H, &data_H, 1);
	i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, GYRO_XOUT_L, &data_L, 1);
	mpu6050_result[3] = data_H << 8;
	mpu6050_result[3] += data_L;

	i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, GYRO_YOUT_H, &data_H, 1);
	i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, GYRO_YOUT_L, &data_L, 1);
	mpu6050_result[4] = data_H << 8;
	mpu6050_result[4] += data_L;

	i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, GYRO_ZOUT_H, &data_H, 1);
	i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, GYRO_ZOUT_L, &data_L, 1);
	mpu6050_result[5] = data_H << 8;
	mpu6050_result[5] += data_L;


	// printk("AX=%d, AY=%d, AZ=%d \n",(int)mpu6050_result[0],(int)mpu6050_result[1],(int)mpu6050_result[2]);
	// printk("GX=%d, GY=%d, GZ=%d \n \n",(int)mpu6050_result[3],(int)mpu6050_result[4],(int)mpu6050_result[5]);

	/*将读取得到的数据拷贝到用户空间*/
	error = copy_to_user(buf, mpu6050_result, cnt);

	if(error != 0)
	{
		printk("copy_to_user error!");
		return -1;
	}
	return 0;
}

/*字符设备操作函数集，.release函数实现*/
static int mpu6050_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	// printk("\n mpu6050_release \n");
	return 0;
}

/*字符设备操作函数集*/
static struct file_operations mpu6050_chr_dev_fops =
	{
		.owner = THIS_MODULE,
		.open = mpu6050_open,
		.read = mpu6050_read,
		.release = mpu6050_release,
};

/*----------------平台驱动函数集-----------------*/
static int mpu6050_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)
{

	int ret = -1; //保存错误状态码

	printk(KERN_EMERG "\t  match successed  \n");
	/*---------------------注册 字符设备部分-----------------*/

	//采用动态分配的方式，获取设备编号，次设备号为0，
	//设备名称为rgb-leds，可通过命令cat  /proc/devices查看
	//DEV_CNT为1，当前只申请一个设备编号
	ret = alloc_chrdev_region(&mpu6050_devno, 0, DEV_CNT, DEV_NAME);
	if (ret < 0)
	{
		printk("fail to alloc mpu6050_devno\n");
		goto alloc_err;
	}

	//关联字符设备结构体cdev与文件操作结构体file_operations
	mpu6050_chr_dev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_init(&mpu6050_chr_dev, &mpu6050_chr_dev_fops);

	// 添加设备至cdev_map散列表中
	ret = cdev_add(&mpu6050_chr_dev, mpu6050_devno, DEV_CNT);
	if (ret < 0)
	{
		printk("fail to add cdev\n");
		goto add_err;
	}

	/*创建类 */
	class_mpu6050 = class_create(THIS_MODULE, DEV_NAME);

	/*创建设备 DEV_NAME 指定设备名，*/
	device_mpu6050 = device_create(class_mpu6050, NULL, mpu6050_devno, NULL, DEV_NAME);
	mpu6050_client = client;
	return 0;

add_err:
	// 添加设备失败时，需要注销设备号
	unregister_chrdev_region(mpu6050_devno, DEV_CNT);
	printk("\n error! \n");
alloc_err:

	return -1;
}

static int mpu6050_remove(struct i2c_client *client)
{
	/*删除设备*/
	device_destroy(class_mpu6050, mpu6050_devno);	  //清除设备
	class_destroy(class_mpu6050);					  //清除类
	cdev_del(&mpu6050_chr_dev);						  //清除设备号
	unregister_chrdev_region(mpu6050_devno, DEV_CNT); //取消注册字符设备
	return 0;
}

/*定义ID 匹配表*/
static const struct i2c_device_id gtp_device_id[] = {
	{"charming,i2c_mpu6050", 0},
	{}};

/*定义设备树匹配表*/
static const struct of_device_id mpu6050_of_match_table[] = {
	{.compatible = "charming,i2c_mpu6050"},
	{/* sentinel */}};

/*定义i2c总线设备结构体*/
struct i2c_driver mpu6050_driver = {
	.probe = mpu6050_probe,
	.remove = mpu6050_remove,
	.id_table = gtp_device_id,
	.driver = {
		.name = "charming,i2c_mpu6050",
		.owner = THIS_MODULE,
		.of_match_table = mpu6050_of_match_table,
	},
};

/*
*驱动初始化函数
*/
static int __init mpu6050_driver_init(void)
{
	int ret;
	pr_info("mpu6050_driver_init\n");
	ret = i2c_add_driver(&mpu6050_driver);
	return ret;
}

/*
*驱动注销函数
*/
static void __exit mpu6050_driver_exit(void)
{
	pr_info("mpu6050_driver_exit\n");
	i2c_del_driver(&mpu6050_driver);
}

module_init(mpu6050_driver_init);
module_exit(mpu6050_driver_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

app.c：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    short resive_data[6];  //保存收到的 mpu6050转换结果数据，依次为 AX(x轴角度), AY, AZ 。GX(x轴加速度), GY ,GZ

    /*打开文件*/
    int fd = open("/dev/I2C3_mpu6050", O_RDWR);
    if(fd < 0)
    {
		printf("open file : %s failed !\n", argv[0]);
		return -1;
	}

    /*读取数据*/
    int error = read(fd,resive_data,12);
    if(error < 0)
    {
        printf("write file error! \n");
        close(fd);
        /*判断是否关闭成功*/
    }

    /*打印数据*/
    printf("AX=%d, AY=%d, AZ=%d ",(int)resive_data[0],(int)resive_data[1],(int)resive_data[2]);
	printf("    GX=%d, GY=%d, GZ=%d \n \n",(int)resive_data[3],(int)resive_data[4],(int)resive_data[5]);

    /*关闭文件*/
    error = close(fd);
    if(error < 0)
    {
        printf("close file error! \n");
    }
    
    return 0;
}

Makefile：

KERNEL_DIR=/opt/ti-processor-sdk-linux-am57xx-evm-05.03.00.07/board-support/linux-4.14.79+gitAUTOINC+e669d52447-ge669d52447

ARCH=arm
CROSS_COMPILE=/opt/ti-processor-sdk-linux-am57xx-evm-05.03.00.07/linux-devkit/sysroots/x86_64-arago-linux/usr/bin/arm-linux-gnueabihf-
export  ARCH  CROSS_COMPILE

obj-m := i2c_mpu6050.o

all:app
	$(MAKE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(CURDIR) modules

app:	
	${CROSS_COMPILE}gcc app.c -o App

.PHONE:clean copy 

clean:
	rm *.o *.order *.symvers *.mod.c

delete:
	rm App i2c_mpu6050.ko

执行如下命令编译驱动程序和应用程序：

make
make clean

三、运行程序

执行如下命令加载i2c_mpu6050.ko模块，并且执行App：

debian@beaglebone:~$ sudo insmod i2c_mpu6050.ko
[sudo] password for debian:
[  112.814058]    match successed

Message from syslogd@beaglebone at Mar 22 06:01:50 ...
 kernel:[  112.814058]    match successed
debian@beaglebone:~$ chmod +x ./App
debian@beaglebone:~$ sudo ./App
AX=206, AY=14350, AZ=7764     GX=-246, GY=-126, GZ=-29

debian@beaglebone:~$ sudo ./App
AX=212, AY=14332, AZ=7772     GX=-302, GY=-126, GZ=-29
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自己写的基于linux mpu6050的iic驱动代码 已在开发板上运行过了
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linux下mpu6050驱动
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regmap子系统 在芯片驱动开发中，基本都是读写操作寄存器。 常用到的接口都是如SPI、I2C，对于一些硬件则可能会支持两种接口， 对于Linux的SPI、I2C总线，它们读写操作接口是不同，但是针对这些硬件而言无论使用哪种接口它们最终读写寄存器的方式都是一样。 针对这种更换接口就要将驱动改动很大的做法在Linux下是不可想象，基于分层分离的思想，代码复用等原则， Linux下引入了regmap模型，将SPI、I2C这些常用接口统一抽象成regmap API SOC内部寄存器也可以使用Regmap
linux驱动i2c子系统之mpu6050
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其实也没什么新颖的，因为Linux内核贯彻设备和驱动分离的原则，i2c驱动开发的流程和平台总线设备驱动开发差不太多。这个i2c子系统呢同样也是系统帮我们做好了bus,在硬件外设信息方面，我们描述好i2c外设设备然后注册进去或在设备树中描述好i2c外设硬件信息，设备这部分就搞定了，而i2c驱动方面，也和之前学过的一样，写好匹配的符号表，和proce的函数然后注册这个驱动到系统中，如果在系统中找到对应的设备或者在设备树中找到了一致的compatible，就会进入probe函数。
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嵌入式系统与微控制器的开发过程中需要通过评估板、开发板的协助来加快产品的开发速度，选择合适的实时操作系统也是系统开发过程的要素。DigiKey提供了多种评估板与开发板供客户选择，并提供实时操作系统的支持，设计师可以到DigiKey的应用与技术网页参考更详细的信息，若有更多需求，也可与DigiKey联系以获得更多详细的信息。​ Taobao天皓智联whaosoftaiothttp://143ai.com ​
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