Linux应用层开发（5）：I2C通讯

原创 已于 2024-07-27 16:24:34 修改 · 1.3k 阅读 · 17 ·
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#网络 #arm开发 #ubuntu #linux #嵌入式硬件

于 2024-07-25 21:42:33 首次发布

1.I2C通讯协议简介

 I2C 通讯协议(Inter－Integrated Circuit)是由Phiilps公司开发的， 由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要USART、CAN等通讯协议的外部收发设备， 被广泛地使用在多个集成电路(IC)间的通讯。

 1.1. I2C物理层

I2C通讯设备之间的常用连接方式如下图。

常见的I2C通讯系统

它的物理层有如下特点：

  • 它是一个支持多设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。 在一个I2C通讯总线中，可连接多个I2C通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。

  • 一个I2C总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA) ，一条串行时钟线 (SCL)。 数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。

  • 每个连接到总线的设备都有一个独立的设备地址<

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Linux应用开发基础知识——I2C应用编程(十二)
嵌入式技术开发
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I2C（Inter-IntegratedCircuitBUS）是集成电路总线，是目前应用最广泛的总线之一，最初由PHILIPS（现为NXP）设计。它使用多主从架构，主要用于连接低速周边设备。I2C总线在硬件物理层包括两条线：一条数据线（SDA）和一条时钟线（SCL）。所有设备都连接在这两条线上。
Linux——Linux驱动之玩转I2C（上）应用层下操作已有驱动的I2C设备实战（I2C总线特征、时序、查询I2C设备节点、应用层调用I2C步骤）
数字世界 万物互联
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做嵌入式开发我们常用到I2C接口，连接传感器、EEPROM等，所以，此处嵌入式Linux驱动开发，我们也不例外，要学会Linux下I2C是如何玩转的。此处我们计划分几个博文进行讲解，本博文先介绍下怎么在应用层操作I2C设备，有了一个初步体验后，在后面的博文中在讲解下如何自己写一个I2C设备驱动。
Linux下的I2C通信
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linux下的i2c通信。
Linux i2c通信
fasterry
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i2c通信的协议原理： 可参考博客：https://blog.youkuaiyun.com/pengliang528/article/details/79522644 I2C通信内核中操作方法 #define I2C_BUS_ID (2) //设备挂载在i2c总线的ID #define I2C_SLAVE_ADDR (0x68) //high 7bits 从设备地址，第一个字节的高7...
Linux系统编程8-I2C通信
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序号 内容 链接 1 多进程 点我访问 2 进程间通信 点我访问 3 多线程 点我访问 4 网络编程 点我访问 5 shell 点我访问 6 Makefile 点我访问 7 串口通信 点我访问 7 I2C通信 点我访问 一 I2C介绍 IIC（IIC，inter-Integrated circuit）,两线式串行总线，用于MCU和外设间的通信。 IIC只需两根线：数据线SDA和时钟线SCL。以半双工方式实现MCU和外设之间数据传输，速度可达400kbps。 二....
Linux的i2c通讯协议
Android/Linux驱动开发，让驱动入门门槛更低！
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I2C通信，一条数据线，一条时钟线。 I2C 总线在传送数据过程中共有三种类型信号：开始信号、结束信号和应答信号。 开始信号：SCL 为高电平时， SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。 结束信号：SCL 为高电平时， SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。 应答信号：接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后，向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。 I2C写数据时序 首先主机（即树莓派，后面统称为主机）会发送一个开始信号，然后将其 I2C 的 7 位地址与写操作位组合
I2C通讯协议（Linux开发、单片机）
pawnxi的博客
06-11 1268
I2C 的协议定义了通讯的 起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址a广播 等环节。
Linux应用层开发（6）：SPI通信
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07-27 1781
SPI 协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议(Serial Peripheral Interface)，即串行外围设备接口，是一种高速全双工的通信总线。它被广泛地使用在 ADC、 LCD 等设备与 MCU 间，要求通讯速率较高的场合。学习本章时，可与 I2C 章节对比阅读，体会两种通讯总线的差异。下面我们分别对 SPI 协议的物理层及协议层进行讲解。
Linux应用层开发（3）：input子系统
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07-22 957
本章讲解Linux input输入子系统驱动相关应用层程序的控制原理。
Linux驱动学习—I2C总线
suifen_的博客
01-14 3338
I2C是很常见的一种总线协议，I2C是NXP公司设计的，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)，因为I2C这两条数据线是开漏输出的，所以需要接上拉电阻，总线空闲的时候SCL和SDA处于高电平。I2C总线标准模式下速度可以达到100Kb/s,快速模式下可以达到400kb/s。
IIC Linux 应用层的两种操作方式
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一种是使用read and write的方式读写。一种是使用构造i2c_msg结构体的方式并利用ioctl的方式读写
应用层读写I2C代码
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可在应用层读写 8位，或者16位地址的I2C设备
Linux驱动学习笔记之I2C通信（观b站讯为电子有感）
weixin_45726161的博客
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1.1.1 I2C通信的定义I2C 是很常用的一个串行通信接口，用于连接各种外设、传感器等。I2C 总线仅仅使用时钟线SCL（Serial Clock）、数据线SDA (Serial Data)这两根信号线就实现了设备之间的数据交互，极大地简化了对硬件资源和 PCB 板布线空间的占用。本文主要介绍中在 Linux 内核中如何使用 I2C 的驱动框架。1.1.2 I2C通信的特点I2C通信是一种同步、半双工的通信方式，支持总线挂载多设备（一主多从、多主多从）。
Linux应用层I2C操作
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Linux应用层I2C操作: https://notes.z-dd.net/2019/05/22/Linux%E5%BA%94%E7%94%A8%E5%B1%82I2C%E6%93%8D%E4%BD%9C/
Linux内核i2c通信,绝对干货！基于Cortex-A9，分析Linux内核I2C架构
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05-08 379
3． 应答信号的传输为了完成一个字节数据的传输，接收方将发送一个应答位给发送方。应答信号出现在SCL线上的时钟周期中的第九个时钟周期，为了发送或接收1个字节的数据，主机端会产生8个时钟周期，为了传输一个ACK位，主机端需要产生一个时钟脉冲。ACK时钟脉冲到来之际，发送方会在SDA线上设置高电平以释放SDA线。在ACK时钟脉冲之间，接收方会驱动和保持SDA线为低电平，这发生在第9个时钟脉冲为高电平期...
linux下I2c框架分析之通信（五）
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平台：君正x1000 内核：Linux3.5 在linux的i2c框架中，设备和主机的通信数据都是经过适配器处理的，所以通信的协议的实现也是依靠适配器驱动实现的。 在通信结构i2c_algorithm中主要实现两个成员.master_xfer和.functionality ，i2c通信协议的实现主要是master_xfer完成，functionality主要是返回支出的功能。 /* \drivers\i2c\busses\i2c-v12-jz.c */ static const struct i2c_a
Linux在应用层上使用I2C
qq_27809619的博客
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通常情况下i2c读写一般是在kernel中使用，但是在应用层上一样可以使用。在应用上可以通过读写/dev/i2c-x这个节点从而控制i2c接口进行读写数据。通常一个SOC有多个I2C控制器，假设有这个SOC有3个控制器，我们会在/dev目录下看到i2c-0、i2c-1、i2c-2，计数从0开始。
Linux I2C协议
qq_21051665的博客
06-11 344
I2C总线协议是NXP公司设计的，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(4.7K)，空闲状态的时候处于高电平。I2C总线标准模式下速度可以达到100Kb/S, 快速模式下可以达到400Kb/S。主机发送完8位数据之后会在时钟周期内等待从机应该，也就是将SDA信号拉低。SCL高电平且SDA下降沿则是起始位。SCL高电平且SDA上升沿则是停止位。
【I2C】基于/dev/i2c-x应用层读写I2C设备
ZHONGCAI0901的博客
03-25 4702
本测试程序主要是参考中的，为了方便以后使用，在这里做一个记录。其实它主要是基于驱动创建的/dev/i2c-x字符设备来操作I2C设备。
应用层如何使用I2C接口通信
最新发布
12-02
<think> 首先，用户的问题是：“我想查找应用层使用I2C接口进行通信的方法 请问应用层使用I2C接口通信的方法”。根据系统级指令，我需要使用中文回答，并遵循格式要求。 回顾引用： - 引用[1]介绍I2C的基本概念：双向通讯，SDA和SCL线，开漏输出，SOC内部集成。 - 引用[2]讨论Linux应用开发中的I2C应用编程：多主从架构，用于低速设备，通信过程类比。 - 引用[3]提供示例代码：在Linux下与pca9555通信的测试代码。 用户的问题是关于应用层使用I2C接口进行通信的方法。在Linux系统中，应用层通过I2C接口通信通常涉及使用设备文件和系统调用。 关键点： - 在Linux中，I2C设备通常通过/dev/i2c-*设备文件暴露给用户空间。 - 应用可以使用ioctl系统调用与这些设备交互，通过I2C_RDWR或I2C_SMBUS命令。 - 用户空间I2C库如i2c-tools提供了命令行工具（如i2cset, i2cget）和库函数。 从引用[2]中，它提到“Linux应用开发基础知识——I2C应用编程”，并描述了通信过程。因此，我应该基于此解释方法。 回答结构： 1. **介绍I2C应用层通信基础**：解释在Linux应用层如何使用I2C。 2. **步骤**：描述如何打开设备文件、设置从设备地址、读写操作。 3. **代码示例**：提供简单示例代码，使用C语言或Python（如果适用）。 4. **工具使用**：提到i2c-tools工具。 5. **引用标识**：在相关部分末尾添加引用标识，如[^1], [^2]。 6. **相关问题**：生成相关问题。 系统指令要求： - 行内数学表达式用$...$，但这里可能不需要太多数学。 - 独立公式用$$...$$，可能也不需要。 - LaTeX语法正确：确保代码块正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识。 回答大纲： 1. **引言**：简要说明应用层I2C通信方法。 2. **详细步骤**： - 打开I2C设备文件。 - 设置从设备地址。 - 进行读写操作。 - 使用ioctl调用。 3. **代码示例**：提供简单代码片段。 4. **工具推荐**：提到i2c-tools。 5. **总结**。 6. **相关问题**。 生成相关问题： - 如系统指令示例所示，在结尾添加“§§相关问题§§”，然后列出问题。 引用标识： - 引用[1]：关于I2C硬件。 - 引用[2]：关于Linux I2C应用编程。 - 引用[3]：关于具体代码示例。 在回答中，自然地添加引用： - 例如，“在Linux系统中，应用层可以通过设备文件访问I2C总线[^2]。” 代码示例：引用[3]提供了pca9555的代码，我可以简化一个通用示例。 最终回答： - 使用中文。 - 结构清晰。 </think> ### 应用层使用I2C接口通信的方法 在Linux系统中，应用层通过I2C接口通信主要依赖于设备文件和系统调用。I2C总线在物理层由SDA（串行数据线）和SCL（串行时钟线）组成，支持双向通信，并通过开漏输出实现多主从架构[^1]。应用层通信方法基于Linux内核提供的I2C子系统，用户空间程序可以通过以下步骤操作I2C设备。以下内容基于Linux应用开发的最佳实践，确保可靠性和可移植性。 #### 1. **基础原理** - **设备文件访问**：Linux将每个I2C总线控制器映射为`/dev/i2c-*`设备文件（例如`/dev/i2c-0`表示第一个总线）。应用层通过打开这些文件并设置从设备地址（Slave Address）来初始化通信[^2]。 - **通信协议**：I2C通信遵循主从模式。主设备（应用层程序）控制时钟线（SCL），并通过数据线（SDA）发送命令。每笔传输包括起始位、地址帧、读写位、数据帧和应答位（ACK/NACK）。类比于体育老师与学生传递球的场景：主设备“发送球”（数据）后，从设备需“回应”（ACK）[^2]。 - **数据传输模式**：支持标准模式（100 kHz）、快速模式（400 kHz）等。应用层需处理字节级读写，包括寄存器地址和数据的传输。 #### 2. **具体实现步骤** 以下是应用层使用I2C接口通信的核心步骤（以C语言为例）： - **步骤1: 打开I2C设备文件** 使用`open()`系统调用打开总线设备文件。例如，访问第一个I2C总线： ```c #include <fcntl.h> #include <linux/i2c-dev.h> #include <sys/ioctl.h> int file; char *filename = "/dev/i2c-0"; // I2C总线设备文件 if ((file = open(filename, O_RDWR)) < 0) { perror("Failed to open I2C device"); return -1; } ``` 此步骤确保应用获得总线访问权限[^2]。 - **步骤2: 设置从设备地址** 使用`ioctl()`设置目标从设备的地址（通常为7位或10位地址）。例如，设置地址为`0x50`： ```c int addr = 0x50; // 从设备地址，例如EEPROM器件 if (ioctl(file, I2C_SLAVE, addr) < 0) { perror("Failed to set slave address"); close(file); return -1; } ``` 地址设置后，所有后续操作都针对该从设备[^2]。 - **步骤3: 执行读写操作** - **写操作**：向从设备寄存器写入数据。使用`write()`系统调用，数据格式通常为[寄存器地址, 数据字节]。例如，向寄存器`0x00`写入值`0xAB`： ```c unsigned char buffer[2]; buffer[0] = 0x00; // 寄存器地址 buffer[1] = 0xAB; // 数据 if (write(file, buffer, 2) != 2) { perror("Failed to write to I2C device"); close(file); return -1; } ``` - **读操作**：从从设备寄存器读取数据。通常先写入寄存器地址，再读取数据。例如，从寄存器`0x00`读取1字节： ```c unsigned char reg_addr = 0x00; unsigned char data; if (write(file, &reg_addr, 1) != 1) { perror("Failed to set read address"); close(file); return -1; } if (read(file, &data, 1) != 1) { perror("Failed to read from I2C device"); close(file); return -1; } printf("Read data: 0x%02X\n", data); ``` 此过程确保数据正确传输，并处理应答位[^2][^3]。 - **高级操作**：使用`ioctl()`的`I2C_RDWR`命令实现复合读写（写入地址后立即读取），适合多字节传输。 #### 3. **实用工具和库** - **i2c-tools工具包**：Linux提供命令行工具简化调试： - `i2cdetect`：扫描总线上的从设备地址。 - `i2cget`：读取寄存器值，例如`i2cget -y 0 0x50 0x00`。 - `i2cset`：写入数据，例如`i2cset -y 0 0x50 0x00 0xAB`。 这些工具基于底层系统调用，适合快速测试[^2]。 - **Python库**：使用`smbus2`库简化开发： ```python from smbus2 import SMBus with SMBus(0) as bus: # 打开总线0 bus.write_byte_data(0x50, 0x00, 0xAB) # 向地址0x50的寄存器0x00写入0xAB data = bus.read_byte_data(0x50, 0x00) # 读取数据 print(f"Read data: 0x{data:02X}") ``` #### 4. **注意事项** - **错误处理**：所有系统调用需检查返回值，处理I/O错误或总线冲突。 - **权限问题**：确保应用有权限访问`/dev/i2c-*`文件（例如通过`chmod`或用户组配置）。 - **性能优化**：避免频繁打开/关闭设备文件；使用批量传输减少延迟。 - **兼容性**：代码需适配不同内核版本。参考Linux内核文档[^2]。 以上方法基于Linux I2C应用编程的通用模型，适用于各类I2C设备（如传感器、EEPROM）。如需具体设备驱动（如pca9555 GPIO扩展器），可参考示例代码实现寄存器级操作[^3]。
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