嵌入式学习-飞凌嵌入式ElfBoard ELF 1板卡-I2C设备驱动之I2C驱动之温湿度传感器

开发板

例程代码路径：ELF 1开发板资料包\03-例程源码\03-2 驱动例程源码\07_I2C驱动-aht20

下面编写一个温湿度传感器的驱动，来了解I2C驱动的具体使用。

修改设备树

（一）查看原理图和引脚复用表格，确定温湿度传感器连接引脚。

（二）I2C引脚复用，打开设备树文件arch/arm/boot/dts/imx6ull-elf1-emmc.dts我们看到原来的设备树文件已经添加了pinctrl_i2c1子节点,而且选择的引脚与UART4_TX_DATA、UART4_RX_DATA一致，所以此处无需修改：

（三）添加设备节点

在arch/arm/boot/dts/imx6ull-elf1-emmc.dts文件中的i2c1节点下添加温湿度传感器子节点aht20：

aht20@38 {

compatible = "elf,aht20";

reg = <0x38>;

status = "okay";

};

自带的mag3110和fxls8471没有用到，所以将其屏蔽掉添加后的效果如下：

（四）编译设备树：

. /opt/fsl-imx-x11/4.1.15-2.0.0/environment-setup-cortexa7hf-neon-poky-linux-gnueabi

elf@ubuntu:~/work/linux-imx-imx_4.1.15_2.0.0_ga$ make dtbs

编译生成的设备树文件为imx6ull-elf1-emmc.dtb，参考《01-0 ELF1、ELF1S开发板_快速启动手册_V1》4.4节单独更新设备树。

编写elf-aht20.c驱动

（一）在驱动中要操作很多芯片相关的寄存器，所以需要先新建一个i2c_aht20.h的头文件，用来定义相关寄存器值。

#ifndef I2C_AHT20_H

#define I2C_AHT20_H

#define AHT20_STATUS_CALI_SHIFT 3 // bit[3] CAL Enable

#define AHT20_STATUS_CALI_MASK (0x1<> AHT20_STATUS_CALI_SHIFT)

// bit[2:0] Reserved

#define AHT20_STATUS_BUSY_SHIFT 7 // bit[7] Busy indication

#define AHT20_STATUS_BUSY_MASK (0x1<> AHT20_STATUS_BUSY_SHIFT)

#define AHT20_CMD_STATUS 0x71

#define AHT20_CMD_RESET 0xBA

#define AHT20_CMD_TRIGGER 0xAC

#define AHT20_CMD_TRIGGER_ARG0 0x33

#define AHT20_CMD_TRIGGER_ARG1 0x00

#define AHT20_CMD_CALIBRATION 0xBE

#define AHT20_CMD_CALIBRATION_ARG0 0x08

#define AHT20_CMD_CALIBRATION_ARG1 0x00

#define AHT20_STARTUP_TIME 20 //ms

#define AHT20_CALIBRATION_TIME 40 //ms

#define AHT20_MEASURE_TIME 75 //ms

#define AHT20_MAX_RETRY 5

#define AHT20_RESOLUTION (1<<20)

#endif

（二）elf-aht20.c文件编写

（1）头文件引用

#include

#include “i2c_aht20.h”

（2）创建相关宏定义和变量

#define DEV_NAME "aht20" /*设备名称*/

#define DEV_CNT (1)

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/

/* aht20设备结构体 */

typedef struct {

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 */

int major; /*主设备号 */

void *private_data; /* 私有数据 */

unsigned short ir, als, ps; /* 光传感数据 */

}aht20_dev_t;

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

static aht20_dev_t aht20dev;

uint8_t clibrate_arg[] = {AHT20_CMD_CALIBRATION_ARG0, AHT20_CMD_CALIBRATION_ARG1};

uint8_t trigger_arg[] = {AHT20_CMD_TRIGGER_ARG0,AHT20_CMD_TRIGGER_ARG1};

（3）驱动模块的入口和出口

module_init(aht20_driver_init);

module_exit(aht20_driver_exit);

（4）ath20_driver_init和aht20_driver_exit实现

static int __init aht20_driver_init(void)

{

pr_info("aht20 driver init\n");

return i2c_add_driver(&aht20_driver);

}

static void __exit aht20_driver_exit(void)

{

pr_info("aht20 driver exit\n");

i2c_del_driver(&aht20_driver);

}

在入口函数中调用了i2c_add_driver函数，来注册I2C总线驱动程序。在出口函数中调用了i2c_del_driver函数，来注销I2C驱动程序。

i2c_add_driver函数原型如下：

int i2c_add_driver(struct i2c_driver *driver);

该函数接受一个指向struct i2c_driver结构的指针作为参数，该结构包含了驱动程序的相关信息，例如驱动程序的名称、ID表、探测函数等。函数返回一个整数值，表示注册是否成功。如果成功，返回0；如果失败，返回一个负数错误代码。

以下是struct i2c_driver结构体的常见成员：

driver：这是一个指向struct device_driver结构的指针，用于描述I2C驱动程序所属的设备驱动程序。

probe：这是一个函数指针，指向设备探测函数。当一个设备与I2C总线匹配时，该函数会被调用。设备探测函数负责初始化设备并进行必要的配置。

remove：这是一个函数指针，指向设备移除函数。当一个设备从I2C总线上移除时，该函数会被调用。设备移除函数负责释放设备所占用的资源。

id_table：这是一个指向struct i2c_device_id数组的指针，用于描述I2C设备的标识信息。驱动程序可以使用这些标识信息来识别与之匹配的设备。

address_list：这是一个指向unsigned short数组的指针，用于描述驱动程序支持的I2C设备地址列表。驱动程序会使用这些地址来匹配和识别设备。

driver.name：这是一个字符串，表示驱动程序的名称。它在设备和驱动程序之间建立关联。

通过调用i2c_add_driver函数并传入正确配置的struct i2c_driver结构体，可以将I2C总线驱动程序注册到Linux内核，使其能够接收和处理I2C设备的相关操作。

（5）i2c_driver类型结构体定义

struct i2c_driver aht20_driver = {

.probe = aht20_probe,

.remove = aht20_remove,

.id_table = aht20_device_id,

.driver = {

.name = "elf,aht20",

.owner = THIS_MODULE,

.of_match_table = aht20_match_table,

},

};

（6）aht20_match_table实现，用来与设备树中的compatible匹配

static const struct of_device_id aht20_match_table[] = {

{.compatible = "elf,aht20", },

{ },

};

（7）remove函数实现，执行aht20设备的清理操作

static int aht20_remove(struct i2c_client *client)

{

// 销毁设备节点

device_destroy(aht20dev.class, aht20dev.devid);

// 销毁设备类

class_destroy(aht20dev.class);

// 删除字符设备

cdev_del(&aht20dev.cdev);

// 注销字符设备驱动程序

unregister_chrdev_region(aht20dev.devid, DEV_CNT);

return 0;

}

（8）probe函数实现，此处简略描述regmap注册的过程。

static int aht20_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)

{

int ret = -1;

// 注册字符设备驱动程序

ret = alloc_chrdev_region(&aht20dev.devid, 0, DEV_CNT, DEV_NAME);

if (ret < 0)

{

printk("fail to alloc aht_dev\n");

goto alloc_err;

}

//初始化字符设备结构体

cdev_init(&aht20dev.cdev, &aht20_chr_dev_fops);

//将字符设备添加到内核中

ret = cdev_add(&aht20dev.cdev, aht20dev.devid, DEV_CNT);

if (ret < 0)

{

printk("fail to add cdev\n");

goto add_err;

}

// 创建设备类

aht20dev.class = class_create(THIS_MODULE, DEV_NAME);

// 创建设备节点并关联到设备类

aht20dev.device = device_create(aht20dev.class, NULL, aht20dev.devid, NULL, DEV_NAME);

aht20dev.private_data = client;

aht20_init();

return 0;

add_err:

unregister_chrdev_region(aht20dev.devid, DEV_CNT);

printk("\n add_err error! \n");

alloc_err:

return -1;

}

probe函数中实现的就是前面讲到的字符设备的注册流程，注册完成后调用aht20_init()函数，对芯片进行初始化。

（9）定义file_operations类型结构体：

static struct file_operations aht20_chr_dev_fops =

{

.owner = THIS_MODULE,

.open = aht20_open,

.read = aht20_read,

.release = aht20_release,

};

static int aht20_open(struct inode *inode, struct file *filp)

{

filp->private_data = &aht20dev;

return 0;

}

static ssize_t aht20_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *off)

{

float temp,humi;

// uint8_t data[7] = {0};

uint32_t data[2] = {0};

long err = 0;

filp->private_data = &aht20dev;

aht20_get_measure(&data[0]);

err = copy_to_user(buf, data, sizeof(data));

return 0;

}

static int aht20_release(struct inode *inode, struct file *filp)

{

return 0;

}

（10）操作函数的实现：

aht20_read函数中调用aht20_get_measuer()函数读取温湿度传感器中的数据，然后通过copy_to_user()函数将数据拷贝到用户空间。

（11）aht20_get_measuer()函数定义：

static int aht20_get_measure(uint32_t* RAW)

{

int retval = 0, i = 0;

uint8_t data[7] = {0};

retval = aht20_write_regs(&aht20dev,AHT20_CMD_TRIGGER,trigger_arg,2);

msleep(AHT20_MEASURE_TIME);

aht20_read_data(&aht20dev,data,7);

for (i = 0; AHT20_STATUS_BUSY(data[0]) && i < AHT20_MAX_RETRY; i++) {

printk("AHT20 device busy, retry %d/%d!\r\n", i, AHT20_MAX_RETRY);

msleep(AHT20_MEASURE_TIME);

aht20_read_data(&aht20dev,data,7);

}

if (i >= AHT20_MAX_RETRY) {

printk("AHT20 device always busy!\r\n");

}

uint32_t humiRaw = data[1];

humiRaw = (humiRaw << 8) | data[2];

humiRaw = (humiRaw << 4) | ((data[3] & 0xF0) >> 4);

uint32_t tempRaw = data[3] & 0x0F;

tempRaw = (tempRaw << 8) | data[4];

tempRaw = (tempRaw << 8) | data[5];

RAW[0] = humiRaw;

RAW[1] = tempRaw;

// printk("aht20 humiRAW = %05X, tempRAW = %05X\r\n", humiRaw, tempRaw);

return 0;

}

aht20_get_measuer()函数中又调用了aht20_write_regs()函数写寄存器，aht20_read_data()函数来读取数据。

（12）aht20_write_regs()函数和aht20_read_data()函数的定义：

static s32 aht20_write_regs(aht20_dev_t *dev, u8 reg, u8 *buf, u8 len)

{

u8 byte[256] = {0};

struct i2c_msg msg;

struct i2c_client *client = (struct i2c_client*)dev->private_data;

byte[0] = reg; /*!< 寄存器首地址 */

memcpy(&byte[1], buf, len); /*!< 拷贝数据 */

msg.addr = client->addr; /*!< aht20地址 */

msg.flags = 0; /*!< 标记为写数据 */

msg.buf = byte;

msg.len = len + 1; /*!< 要写入数据的长度 */

return i2c_transfer(client->adapter, &msg, 1);

}

static int aht20_read_data(aht20_dev_t *dev, void *val, int len)

{

int ret = 0;

struct i2c_msg msg[2];

struct i2c_client *client = (struct i2c_client*)dev->private_data;

/* msg[1]为要读取数据 */

msg[0].addr = client->addr; /*!< aht20地址 */

msg[0].flags = I2C_M_RD; /*!< 标记为读取数据 */

msg[0].buf = val; /*!< 读取数据的缓冲区 */

msg[0].len = len; /*!< 读取数据的长度 */

return i2c_transfer(client->adapter, msg, 1);

}

函数中都调用了i2c_transfer()函数，这是一个用来进行I2C数据传输的函数，原型如下：

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

该函数接受三个参数：

adap：一个指向struct i2c_adapter结构的指针，表示要使用的I2C适配器。

msgs：一个指向struct i2c_msg结构数组的指针，每个结构表示一个I2C传输消息（包括读取和写入操作）。

num：传输消息的数量，即msgs数组中的元素个数。

函数返回一个整数值，表示传输是否成功。如果成功，返回传输的消息数量；如果失败，返回一个负数错误代码。

struct i2c_msg结构体用于描述一个I2C传输消息，定义如下：

struct i2c_msg {

__u16 addr; // 设备地址

__u16 flags; // 消息标志位

__u16 len; // 数据长度

__u8 *buf; // 数据缓冲区

};

该结构包含以下成员：

addr：表示I2C设备的地址。

flags：用于指定消息的标志位，例如读取或写入操作。

len：指定数据缓冲区的长度。

buf：指向数据缓冲区的指针，用于存储要传输的数据。

通过调用i2c_transfer函数，可以将一系列的I2C传输消息发送到指定的I2C设备上，以实现数据的读取和写入操作。

完整的驱动elf-aht20.c源码

#include

#include "i2c_aht20.h"

#define DEV_NAME "aht20"

#define DEV_CNT (1)

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/

/* aht20设备结构体 */

typedef struct {

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 */

int major; /*!< 主设备号 */

void *private_data; /*!< 私有数据 */

unsigned short ir, als, ps; /*!< 光传感数据 */

}aht20_dev_t;

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

static aht20_dev_t aht20dev;

uint8_t clibrate_arg[] = {AHT20_CMD_CALIBRATION_ARG0, AHT20_CMD_CALIBRATION_ARG1};

uint8_t trigger_arg[] = {AHT20_CMD_TRIGGER_ARG0,AHT20_CMD_TRIGGER_ARG1};

static s32 aht20_write_regs(aht20_dev_t *dev, u8 reg, u8 *buf, u8 len)

{

u8 byte[256] = {0};

struct i2c_msg msg;

struct i2c_client *client = (struct i2c_client*)dev->private_data;

byte[0] = reg; /*!< 寄存器首地址 */

memcpy(&byte[1], buf, len); /*!< 拷贝数据 */

msg.addr = client->addr; /*!< aht20地址 */

msg.flags = 0; /*!< 标记为写数据 */

msg.buf = byte;

msg.len = len + 1; /*!< 要写入数据的长度 */

return i2c_transfer(client->adapter, &msg, 1);

}

static int aht20_read_regs(aht20_dev_t *dev, u8 reg, void *val, int len)

{

int ret = 0;

struct i2c_msg msg[2];

struct i2c_client *client = (struct i2c_client*)dev->private_data;

/* msg[0]为发送要读取的首地址 */

msg[0].addr = client->addr; /*!< aht20地址 */

msg[0].flags = 0; /*!< 标记为发送数据 */

msg[0].buf = ® /*!< 读取的首地址 */

msg[0].len = 1; /*!< reg长度 */

/* msg[1]为要读取数据 */

msg[1].addr = client->addr; /*!< aht20地址 */

msg[1].flags = I2C_M_RD; /*!< 标记为读取数据 */

msg[1].buf = val; /*!< 读取数据的缓冲区 */

msg[1].len = len; /*!< 读取数据的长度 */

ret = i2c_transfer(client->adapter, msg, 2);

if (ret == 2) ret = 0;

else ret = -EREMOTEIO;

return ret;

}

static void aht20_write_reg(aht20_dev_t *dev, u8 reg, u8 data)

{

u8 buf = 0;

buf = data;

aht20_write_regs(dev, reg, &buf, 1);

}

static unsigned char aht20_read_reg(aht20_dev_t *dev, u8 reg)

{

u8 data = 0;

aht20_read_regs(dev, reg, &data, 1);

return data;

#if 0

struct i2c_client *client = (struct i2c_client *)dev->private_data;

return i2c_smbus_read_byte_data(client, reg);

#endif

}

static int aht20_read_data(aht20_dev_t *dev, void *val, int len)

{

int ret = 0;

struct i2c_msg msg[2];

struct i2c_client *client = (struct i2c_client*)dev->private_data;

/* msg[1]为要读取数据 */

msg[0].addr = client->addr; /*!< aht20地址 */

msg[0].flags = I2C_M_RD; /*!< 标记为读取数据 */

msg[0].buf = val; /*!< 读取数据的缓冲区 */

msg[0].len = len; /*!< 读取数据的长度 */

return i2c_transfer(client->adapter, msg, 1);

}

static int aht20_get_measure(uint32_t* RAW)

{

int retval = 0, i = 0;

uint8_t data[7] = {0};

retval = aht20_write_regs(&aht20dev,AHT20_CMD_TRIGGER,trigger_arg,2);

msleep(AHT20_MEASURE_TIME);

aht20_read_data(&aht20dev,data,7);

for (i = 0; AHT20_STATUS_BUSY(data[0]) && i < AHT20_MAX_RETRY; i++) {

printk("AHT20 device busy, retry %d/%d!\r\n", i, AHT20_MAX_RETRY);

msleep(AHT20_MEASURE_TIME);

aht20_read_data(&aht20dev,data,7);

}

if (i >= AHT20_MAX_RETRY) {

printk("AHT20 device always busy!\r\n");

}

uint32_t humiRaw = data[1];

humiRaw = (humiRaw << 8) | data[2];

humiRaw = (humiRaw << 4) | ((data[3] & 0xF0) >> 4);

uint32_t tempRaw = data[3] & 0x0F;

tempRaw = (tempRaw << 8) | data[4];

tempRaw = (tempRaw << 8) | data[5];

RAW[0] = humiRaw;

RAW[1] = tempRaw;

// printk("aht20 humiRAW = %05X, tempRAW = %05X\r\n", humiRaw, tempRaw);

return 0;

}

/* send reset cmd */

static int aht20_write_reset(aht20_dev_t *dev)

{

u8 byte[256] = {0};

struct i2c_msg msg;

struct i2c_client *client = (struct i2c_client*)dev->private_data;

byte[0] = AHT20_CMD_RESET; /*!< 寄存器首地址 */

msg.addr = client->addr; /*!< aht20地址 */

msg.flags = 0; /*!< 标记为写数据 */

msg.buf = byte; /*!< 要写入的数据缓冲区 */

msg.len = 1; /*!< 要写入数据的长度 */

return i2c_transfer(client->adapter, &msg, 1);

}

static int aht20_init(void)

{

unsigned char status;

int retval;

float temp, humi;

uint8_t RAW[7];

status = aht20_read_reg(&aht20dev, AHT20_CMD_STATUS);

if (AHT20_STATUS_BUSY(status) || !AHT20_STATUS_CALI(status)) {

retval = aht20_write_reset(&aht20dev);

msleep(AHT20_STARTUP_TIME);

retval = aht20_write_regs(&aht20dev,AHT20_CMD_CALIBRATION,clibrate_arg,2);

msleep(AHT20_CALIBRATION_TIME);

return retval;

}

aht20_get_measure(&RAW[0]);

}

static int aht20_open(struct inode *inode, struct file *filp)

{

filp->private_data = &aht20dev;

return 0;

}

static ssize_t aht20_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *off)

{

float temp,humi;

// uint8_t data[7] = {0};

uint32_t data[2] = {0};

long err = 0;

filp->private_data = &aht20dev;

aht20_get_measure(&data[0]);

err = copy_to_user(buf, data, sizeof(data));

return 0;

}

static int aht20_release(struct inode *inode, struct file *filp)

{

return 0;

}

static struct file_operations aht20_chr_dev_fops =

{

.owner = THIS_MODULE,

.open = aht20_open,

.read = aht20_read,

.release = aht20_release,

};

static int aht20_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)

{

int ret = -1;

ret = alloc_chrdev_region(&aht20dev.devid, 0, DEV_CNT, DEV_NAME);

if (ret < 0)

{

printk("fail to alloc aht_dev\n");

goto alloc_err;

}

// aht20_chr_dev.owner = THIS_MODULE;

cdev_init(&aht20dev.cdev, &aht20_chr_dev_fops);

ret = cdev_add(&aht20dev.cdev, aht20dev.devid, DEV_CNT);

if (ret < 0)

{

printk("fail to add cdev\n");

goto add_err;

}

aht20dev.class = class_create(THIS_MODULE, DEV_NAME);

aht20dev.device = device_create(aht20dev.class, NULL, aht20dev.devid, NULL, DEV_NAME);

aht20dev.private_data = client;

aht20_init();

return 0;

add_err:

unregister_chrdev_region(aht20dev.devid, DEV_CNT);

printk("\n add_err error! \n");

alloc_err:

return -1;

}

static int aht20_remove(struct i2c_client *client)

{

device_destroy(aht20dev.class, aht20dev.devid);

class_destroy(aht20dev.class);

cdev_del(&aht20dev.cdev);

unregister_chrdev_region(aht20dev.devid, DEV_CNT);

return 0;

}

static const struct i2c_device_id aht20_device_id[] = {

{"elf,aht20", 0},

{ }

};

/*定义设备树匹配表*/

static const struct of_device_id aht20_match_table[] = {

{.compatible = "elf,aht20", },

{ },

};

/*定义i2c设备结构体*/

struct i2c_driver aht20_driver = {

.probe = aht20_probe,

.remove = aht20_remove,

.id_table = aht20_device_id,

.driver = {

.name = "elf,aht20",

.owner = THIS_MODULE,

.of_match_table = aht20_match_table,

},

};

static int __init aht20_driver_init(void)

{

pr_info("aht20 driver init\n");

return i2c_add_driver(&aht20_driver);

}

static void __exit aht20_driver_exit(void)

{

pr_info("aht20 driver exit\n");

i2c_del_driver(&aht20_driver);

}

module_init(aht20_driver_init);

module_exit(aht20_driver_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("bkxr@outlook.com");

MODULE_DESCRIPTION("aht20 sensor driver");

编译

复制7.7.3驱动中的Makefile文件，将其中的platform_led.o修改为elf-aht20.o，效果如下：

. /opt/fsl-imx-x11/4.1.15-2.0.0/environment-setup-cortexa7hf-neon-poky-linux-gnueabi

elf@ubuntu:~/work/test/07_I2C驱动-aht20/aht20$ make

将编译生成的elf-aht20.ko模块拷贝到开发板。

编写测试应用源码aht20_app.c

测试源码中循环读取驱动传到用户空间的数据：

#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

#define AHT20_DEV "/dev/aht20"

int main(int argc, char *argv[])

{

int fd;

unsigned int databuf[2];

int c1,t1;

float hum,temp;

int ret = 0;

fd = open(AHT20_DEV, O_RDWR);

if(fd < 0) {

printf("can't open file %s\r\n", AHT20_DEV);

return -1;

}

while (1) {

ret = read(fd, databuf, sizeof(databuf));

if(ret == 0) { /* ?????? */

c1 = databuf[0]*1000/1024/1024; //

t1 = databuf[1] *200*10/1024/1024-500;

hum = (float)c1/10.0;

temp = (float)t1/10.0;

printf("hum = %0.2f temp = %0.2f \r\n",hum,temp);

usleep(500000);

}

close(fd);

return 0;

}

编译应用

. /opt/fsl-imx-x11/4.1.15-2.0.0/environment-setup-cortexa7hf-neon-poky-linux-gnueabi

elf@ubuntu:~/work/test/07_I2C驱动-aht20/aht20_app$ $CC aht20_app.c -o aht20_\app

将编译好的测试应用拷贝到开发板中。

测试

root@ELF1:~# insmod elf-aht20.ko

aht20 driver init

root@ELF1:~# ./aht20_app

hum = 45.60 temp = 30.60

hum = 45.70 temp = 30.60

hum = 45.60 temp = 30.60

root@ELF1:~# rmmod elf-aht20.ko

aht20 driver exit

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