[IMX6ULL驱动开发学习]01.iic通信

前言：
本文引入了iic、SMbus传输数据的原理，讲解了基于SMBus协议的API调用，包含i2c-tools编译后的库文件建立工程at24c02_test，进行了基于IMX6ull板子和AT24C02存储器的数据传输实验

• iic应用场景：加密芯片，触摸屏

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1.原理框架
*1.1 iic硬件连接 *

主设备：Soc，从设备：Device A…

• iic controller 和 iic device 建立通信
• 用户要确定使用哪条iic总线，即nr
• iic controller端使用i2c_adapter结构体，里面有.xfer()函数发送数据，有nr变量
• iic device端使用i2c.client结构体，里面有设备addr变量，有记录设备挂载在哪个iic controller的.adapter变量（实际上addr变量是在i2c_adapter结构体里记录）
• iic controller端和iic device端之间是iic_msg结构体，其为传输的数据，含有flag标记为写/读，有buf[]、len变量记录数据和长度

int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num)

.xfer函数

怎么表示要传输的数据呢？

u8 data_addr = 0x10; 
i8 data; 
struct i2c_msg msgs[2]; 
msgs[0].addr   = 0x50; 
msgs[0].flags  = 0; 
msgs[0].len    
= 1; 
msgs[0].buf    
= &data_addr; 
msgs[1].addr   = 0x50; 
msgs[1].flags  = I2C_M_RD; 
msgs[1].len    
= 1; 
msgs[1].buf    
= &data; 

msg[0]对0x50设备发送“写”命令，msg[1]读取 从设备的0x10地址的数据

1.2 iic写操作

1.3 iic读操作

1.4 iic数据传输格式：
9个时钟内，发送8位数据地址（7位地址、1位表读或写，0为写，1为读）、1位反馈位。（SCL为低电平时，从设备读取SDA；SCL为高时候，SDA信号可以变化，具体变1还是0由8位地址决定。1位反馈位，主设备默认为低电平不驱动三极管，从设备反馈时驱动三极管拉低SDA，原因看SDA的真值表，无反馈则SDA为高电平）

图中第3点写错了，第9个clk的SDA初始为高，从设备反馈时拉低，否则为高（第9个clk时候主设备不驱动三极管，主设备out端为0，从设备不驱动时out为0，SDA由上拉电阻控制为高电平；从设备驱动时out为1，SDA被拉低为0）

1.5 iic中主、从设备怎么控制SDA信号，实现分时控制iic总线？

主从设备分时控制iic总线图，SDA真值表

1.6 比起iic通信，更常用的兼容iic协议的是SMBus协议，主要区别是SMBus明确了数据传输格式，且在写、读之间，可以不发出P信号，而是直接发出S信号

1.7 SMBus中的symbols

S     (1 bit) : Start bit(开始位)
Sr    (1 bit) : 重复的开始位
P     (1 bit) : Stop bit(停止位)
R/W#  (1 bit) : Read/Write bit. Rd equals 1, Wr equals 0.(读写位)
A, N  (1 bit) : Accept and reverse accept bit.(回应位)
Address(7 bits): I2C 7 bit address. Note that this can be expanded as usual to
                get a 10 bit I2C address.
                (地址位，7位地址)
Command Code  (8 bits): Command byte, a data byte which often selects a register on
                the device.
                (命令字节，一般用来选择芯片内部的寄存器)
Data Byte (8 bits): A plain data byte. Sometimes, I write DataLow, DataHigh
                for 16 bit data.
                (数据字节，8位；如果是16位数据的话，用2个字节来表示：DataLow、DataHigh)
Count (8 bits): A data byte containing the length of a block operation.
				(在block操作总，表示数据长度)
[..]:           Data sent by I2C device, as opposed to data sent by the host
                adapter.
                (中括号表示I2C设备发送的数据，没有中括号表示host adapter发送的数据)

``
1.8 SMBus的API
注意：R/W#本意是用来表示读或写，Command Code 表示从设备内寄存器地址

type	CC/NCC-有无Command Code	图示
2.2 SMBus Quick Command	NCC
2.3 SMBus Receive Byte	NCC
2.4 SMBus Send Byte	NCC
2.5 SMBus Read Byte	CC
2.6 SMBus Read Word	CC
2.7 SMBus Write Byte	CC
2.8 SMBus Write Word	CC
2.9 SMBus Block Read	CC
2.10 SMBus Block Write	CC
2.11 I2C Block Read	CC
212 I2C Block Write	CC
2.13 SMBus Block Write - Block Read Process Call	CC
2.14 Packet Error Checking (PEC)	NCC

1.9 i2c-tools（需要下载，安装编译后移植libi2c.so文件到开发板）
应用层访问硬件肯定是需要驱动程序的。对于I2C设备，Linux内核已经提供驱动程序drivers/i2c/i2c-dev.c，通过它可以直接使用下面的I2C控制器驱动程序来访问I2C设备，而i2c-tools正是基于该驱动开发的一套示例代码，也是一套好用的调试工具。框架如下：

代码测试(在imx6ull上输入命令查看i2c设备信息)：

// 列出当前的I2C Adapter(或称为I2C Bus、I2C Controller)
# i2cdetect -l
// --表示没有该地址对应的设备, UU表示有该设备并且它已经有驱动程序,
// 数值表示有该设备但是没有对应的设备驱动
# i2cdetect -y -a 0  
// 以imx6ull上的AT24c02为例，使用SMbus协议在终端测试通信
// 0号iic总线，0x1e设备地址，0表写入，0x4表复位，0x3表使能 
// 0xc为寄存器地址，w表示read word data 
# i2cset -f -y 0 0x1e 0 0x4
# i2cset -f -y 0 0x1e 0 0x3
# i2cget -f -y 0 0x1e 0xc w
# i2cget -f -y 0 0x1e 0xe w
//使用使用I2C协议测试
# i2ctransfer -f -y 0 w2@0x1e 0 0x4
# i2ctransfer -f -y 0 w2@0x1e 0 0x3
# i2ctransfer -f -y 0 w1@0x1e 0xc r2
# i2ctransfer -f -y 0 w1@0x1e 0xe r2

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2.源码分析
2.1 iic方式

2.2 SMBus方式

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3.SMBus方式测试通信实例
at24c02_test.c

#include <sys/ioctl.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <i2c/smbus.h>
#include "i2cbusses.h"
#include <time.h>


/* ./at24c02 <i2c_bus_number> w "100ask.taobao.com"
 * ./at24c02 <i2c_bus_number> r
 */

int main(int argc, char **argv)
{
	unsigned char dev_addr = 0x50;
	unsigned char mem_addr = 0;
	unsigned char buf[32];

	int file;
	char filename[20];
	unsigned char *str;

	int ret;

	struct timespec req;
	
	if (argc != 3 && argc != 4)
	{
		printf("Usage:\n");
		printf("write eeprom: %s <i2c_bus_number> w string\n", argv[0]);
		printf("read  eeprom: %s <i2c_bus_number> r\n", argv[0]);
		return -1;
	}

	file = open_i2c_dev(argv[1][0]-'0', filename, sizeof(filename), 0);
	if (file < 0)
	{
		printf("can't open %s\n", filename);
		return -1;
	}

	if (set_slave_addr(file, dev_addr, 1))
	{
		printf("can't set_slave_addr\n");
		return -1;
	}

	if (argv[2][0] == 'w')
	{
		// write str: argv[3]
		str = argv[3];

		req.tv_sec  = 0;
		req.tv_nsec = 20000000; /* 20ms */
		
		while (*str)
		{
			// mem_addr, *str
			// mem_addr++, str++
			ret = i2c_smbus_write_byte_data(file, mem_addr, *str);
			if (ret)
			{
				printf("i2c_smbus_write_byte_data err\n");
				return -1;
			}
			// wait tWR(10ms)
			nanosleep(&req, NULL);
			
			mem_addr++;
			str++;
		}
		ret = i2c_smbus_write_byte_data(file, mem_addr, 0); // string end char
		if (ret)
		{
			printf("i2c_smbus_write_byte_data err\n");
			return -1;
		}
	}
	else
	{
		// read
		ret = i2c_smbus_read_i2c_block_data(file, mem_addr, sizeof(buf), buf);
		if (ret < 0)
		{
			printf("i2c_smbus_read_i2c_block_data err\n");
			return -1;
		}
		
		buf[31] = '\0';
		printf("get data: %s\n", buf);
	}
	
	return 0;
	
}

• 在i2c-tools编译下的目录里建立工程文件at24c02_test.c(因为要用到编译的lib文件等)，然后建立一个makefile文件：
  makefile文件：

all:
	$(CROSS_COMPILE)gcc -I ./include -o at24c02_test at24c02_test.c i2cbusses.c smbus.c

• 其中i2cbusses.c smbus.c为i2c-tools编译生成的库文件
• 将工程移植到ubuntu，输入交叉编译环境：

export ARCH=arm 
export CROSS_COMPILE= arm-buildroot-linux-gnueabihf- 
export PATH=$PATH:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueab
 ihf_sdk-buildroot/bin

• 然后make，得到可执行文件，将可执行文件at24c02_test 移植到开发板上执行
• 最终结果：
  

参考资料：

• i2c-tools（csdn） : https://blog.youkuaiyun.com/weixin_53226223/article/details/135250445
• 韦东山应用开发资料（b站）
• ap3216c文件（百度）

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总结：本文为个人学习iic通信时的总结，学的时候很糊涂，搞不清ap3216c写入0x3、0x4的原因，看不完全SCL和SDA硬件原理图，如今是初步掌握了用法。本文较为罗嗦，今后会简化原理方面，多注重代码层的讲解。

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