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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应用层操作I2C

在实时系统中,我们用的但大部分是模拟i2c,也就是gpio模拟i2c的时序;
在Linux中,一般没人用模拟i2c,为什么?linux是非实时系统 -> 延时不准 -> 不能使用模拟i2c;
在Linux下直接使用硬件i2c。

名称	优点	缺点
硬件i2c	速度快,稳定	可移植不强
模拟i2c	可移植强	速度慢,不稳定

我们知道在哪个i2c后,就可以通过/dev下对应的i2c节点进行操作i2c总线;

每一个节点对应一个i2c总线;
也就是说/dev/i2c-0对应i2c0,假如你的设备挂在i2c0上,那你就需要通过系统IO对这个节点进行操作;

应用层的i2c通信是通过一个特定格式的数据包进行通信的;

#define I2C_M_TEN		0x0010	/* this is a ten bit chip address */
#define I2C_M_RD		    0x0001	/* read data, from slave to master */
#define I2C_M_NOSTART		0x4000	/* if I2C_FUNC_NOSTART */
#define I2C_M_REV_DIR_ADDR	0x2000	/* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
#define I2C_M_IGNORE_NAK	0x1000	/* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
#define I2C_M_NO_RD_ACK		0x0800	/* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
#define I2C_M_RECV_LEN		0x0400	/* length will be first received byte */

struct i2c_msg {
    
	__u16 addr;	     /* 器件地址 */
	__u16 flags;     /* 读写标志,0是写,1是读 */
	__u16 len;		/* buf的长度*/
	__u8 *buf;		/* 指向数据的指针 */
};

struct i2c_rdwr_ioctl_data {
    
	struct i2c_msg __user *msgs;	/* 指向i2c_msg数组的指针 */
	__u32 nmsgs;			/* i2c_msg的个数 */
}; 

2.1 如何封装数据包

2.1.1 情况1: 某i2c接口芯片,器件地址为0x12,我们想读取它0x54地址处的寄存器的值(假设8位值)

unsigned char reg = 0x54;
unsigned char val;

//正常情况只需要发2包数据即可;
//第1包就是把寄存器地址传给器件,让器件准备好值
//第2包就是读取器件发过来的值;
struct i2c_msg aaa[2] = {
    
    [0] = {
    
        .addr = 0x12,
        .flags = 0, //把0x54值写到i2c上,所以是写
        .buf = &reg,   //器件内部寄存器的地址
        .len = sizeof(reg)
    },
    
    [1] = {
    
         .addr = 0x12,
        .flags = 1, //把0x54值写到i2c上,所以是写
        .buf = &val, //读取到的值放到val里
        .len = sizeof(val)
    } 
}

struct i2c_rdwr_ioctl_data msg = {
    
	.msgs = aaa,	/* 指向i2c_msg数组的指针 */
	.nmsgs = 2;			/* i2c_msg的个数 */
};

2.1.2 情况2: 某i2c接口芯片,器件地址为0x33,我们想读取它0x1234地址处的寄存器的值(假设8位值)

unsigned char reg[2] = {
    0x12, 0x34};  //高位在低地址
unsigned char val;

//正常情况只需要发2包数据即可;
//第1包就是把寄存器地址传给器件,让器件准备好值
//第2包就是读取器件发过来的值;
struct i2c_msg aaa[2] = {
    
    [0] = {
    
        .addr = 0x33,
        .flags = 0, //把0x54值写到i2c上,所以是写
        .buf = reg,
        .len = sizeof(reg)
    },
    
    [1] = {
    
        .addr = 0x33,
        .flags = 1, //把0x54值写到i2c上,所以是写
        .buf = &val, //读取到的值放到val里
        .len = sizeof(val)
    } 
}

struct i2c_rdwr_ioctl_data msg = {
    
	.msgs = aaa,	/* 指向i2c_msg数组的指针 */
	.nmsgs = 2;			/* i2c_msg的个数 */
};

2.1.3 情况3: 某i2c接口芯片,器件地址为0x33,我们想连续读取它0x00地址处开始一直到0x07的寄存器的值(假设8位值)

unsigned char reg = 0x00;  
unsigned char val[8];

//正常情况只需要发2包数据即可;
//第1包就是把寄存器地址传给器件,让器件准备好值
//第2包就是读取器件发过来的值;
struct i2c_msg aaa[2] = {
    
    [0] = {
    
        .addr = 0x33,
        .flags = 0, //把0x54值写到i2c上,所以是写
        .buf = &reg,
        .len = sizeof(reg)
    },
    
    [1] = {
    
        .addr = 0x33,
        .flags = 1, //把0x54值写到i2c上,所以是写
        .buf = val, //读取到的值放到val里
        .len = sizeof(val)
    } 
}

struct i2c_rdwr_ioctl_data msg = {
    
	.msgs = aaa,	/* 指向i2c_msg数组的指针 */
	.nmsgs = 2;			/* i2c_msg的个数 */
};

2.2 DEMO 完整代码

2.2.1 I2C-触摸屏

触摸屏ft5x06的i2c器件地址是0x38;

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/time.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/i2c-dev.h>

int fd;
unsigned char i2c_read(unsigned char slave_addr, unsigned char reg)
{
    
	int ret;
	unsigned char val;
	struct i2c_msg aaa[2] ={
    
		[0] = {
    
			.addr = slave_addr,
			.flags = 0,
			.buf = &reg,  //内部寄存器地址
			.len = sizeof(reg)
			},
		[1] = {
    
			.addr = slave_addr,
			.flags = 1,
			.buf = &val,
			.len = sizeof(val)
			},

			};
	struct i2c_rdwr_ioctl_data msg =
	{
    
		.msgs = aaa,     // 指向i2c_msg数组的指针
		.nmsgs = 2		// i2c_msg的个数	
	};
		
	ret = ioctl(fd,I2C_RDWR,&msg);   //发命令
	if(ret < 0)
		{
    
			perror("ioctl error:");
			return ret;
		}
	return val;	
}




void mydelay(int s,int us)
{
    
	struct timeval tv;
	tv.tv_sec = s;
	tv.tv_usec = us;
	//只用来延时，不检测读写
	select(0,NULL,NULL,NULL,&tv);
}

int main(int argc,char **argv)
{
    
	unsigned int x_val1,y_val1,x_val2,y_val2;	
	unsigned char ID1,ID2,x_valh,x_vall,y_valh,y_vall;
	fd = open("/dev/i2c-1",O_RDWR);
	if(fd < 0 )
		{
    
			perror("open error:");
			return fd;
		}
	while(1)
		{
    			
			x_val1 = (i2c_read(0x38,0x03)&0x0f) << 8 | i2c_read(0x38,0x04);//读x轴的数据
			y_val1 = (i2c_read(0x38,0x05)&0x0f) << 8 | i2c_read(0x38,0x06);// 读y轴的数据
			
			x_valh = i2c_read(0x38,0x09); // 读x轴的高4位数据        		数据需要连续读才能获得正确的数据，如果读了高位有延时再读低位，\
			y_valh = i2c_read(0x38,0x0b); // 读y轴的高4位数据				则数据已经发生改变，读出的数据是错误数据
			x_vall = i2c_read(0x38,0x0a); // 读x轴的低8位数据	
			y_vall = i2c_read(0x38,0x0c); // 读y轴的低8位数据	
			x_val2 = (x_valh & 0x0f) << 8 | x_vall;
			y_val2 = (y_valh & 0x0f) << 8 | y_vall;
			//usleep(30000);
			mydelay(0,30000);
			printf("val1:%dx%d      val2:%dx%d\n",x_val1,y_val1,x_val2,y_val2);
		}
}

2.2.2 I2C-MPU6050

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

#include <linux/i2c.h>
#include <linux/i2c-dev.h>

#include <sys/ioctl.h>

/*寄存器地址*/
#define SMPLRT_DIV      0x19
#define PWR_MGMT_1      0x6B
#define CONFIG          0x1A
#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 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

//从机地址 MPU6050地址
#define Address         0x68

//MPU6050操作相关函数
static int mpu6050_init(int fd,uint8_t addr);
static int i2c_write(int fd, uint8_t addr,uint8_t reg,uint8_t val);
static int i2c_read(int fd, uint8_t addr,uint8_t reg,uint8_t * val);
static short GetData(int fd,uint8_t addr,unsigned char REG_Address);

int main(int argc,char *argv[] )
{
    
   int  fd;
   fd = I2C_SLAVE;

   //打开相对应的i2c设备
   fd = open("/dev/i2c-0",O_RDWR );
   if(fd < 0)
   {
    
      perror("/dev/i2c-0");
      exit(1);
   }

   //初始化MPU6050
   mpu6050_init(fd,Address);
   while(1)
   {
    
      usleep(1000 * 10);
      printf("ACCE_X:%6d\n ", GetData(fd,Address,ACCEL_XOUT_H));
      usleep(1000 * 10);
      printf("ACCE_Y:%6d\n ", GetData(fd,Address,ACCEL_YOUT_H));
      usleep(1000 * 10);
      printf("ACCE_Z:%6d\n ", GetData(fd,Address,ACCEL_ZOUT_H));
      usleep(1000 * 10);
      printf("GYRO_X:%6d\n ", GetData(fd,Address,GYRO_XOUT_H));
      usleep(1000 * 10);
      printf("GYRO_Y:%6d\n ", GetData(fd,Address,GYRO_YOUT_H));
      usleep(1000 * 10);
      printf("GYRO_Z:%6d\n\n ", GetData(fd,Address,GYRO_ZOUT_H));
      sleep(1);
   }

   close(fd);

   return 0;
}

static int mpu6050_init(int fd,uint8_t addr)
{
    
    i2c_write(fd, addr,0x6b,0x00);
    i2c_write(fd, addr,0x19,0x07);
    i2c_write(fd, addr,0x1a,0x06);
    i2c_write(fd, addr,0x1c,0x01);
    i2c_write(fd, addr,0x6b,0x80);
    i2c_write(fd, addr,0x6b,0x00);
    i2c_write(fd, addr,0x6b,0x00);
    i2c_write(fd, addr,0x19,0x09);
    i2c_write(fd, addr,0x1a,0x04);
    i2c_write(fd, addr,0x1b,0x00);
    i2c_write(fd, addr,0x1c,0x08);

   return 0;
}

static int i2c_write(int fd, uint8_t addr,uint8_t reg,uint8_t val)
{
    
   int retries;
   uint8_t data[2];

   data[0] = reg;
   data[1] = val;

   //设置地址长度：0为7位地址
   ioctl(fd,I2C_TENBIT,0);


   //设置从机地址
   if (ioctl(fd,I2C_SLAVE,addr) < 0)
   {
    
      printf("fail to set i2c device slave address!\n");
      close(fd);
      return -1;
   }

   //设置收不到ACK时的重试次数
   ioctl(fd,I2C_RETRIES,5);

   if (write(fd, data, 2) == 2)
   {
    
      return 0;
   }
   else
   {
    
      return -1;
   }

}

static int i2c_read(int fd, uint8_t addr,uint8_t reg,uint8_t * val)
{
    
   int retries;

   //设置地址长度：0为7位地址
   ioctl(fd,I2C_TENBIT,0);

   //设置从机地址
   if (ioctl(fd,I2C_SLAVE,addr) < 0)
   {
    
      printf("fail to set i2c device slave address!\n");
      close(fd);
      return -1;
   }

   //设置收不到ACK时的重试次数
   ioctl(fd,I2C_RETRIES,5);

   if (write(fd, &reg, 1) == 1)
   {
    
      if (read(fd, val, 1) == 1)
      {
    
            return 0;
      }
   }
   else
   {
    
      return -1;
   }
}

static short GetData(int fd,uint8_t addr,unsigned char REG_Address)
{
    
   char H, L;

   i2c_read(fd, addr,REG_Address, &H);
   usleep(1000);
   i2c_read(fd, addr,REG_Address + 1, &L);
   return (H << 8) +L;
}