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使用Beaglebone的I2C

2014-10-22 13:52:44 8513

本文将首先阐述在BBB中使用I2C的基本方法，然后使用BBB自带的驱动从气压传感器芯片BMP085中读取气压值，最后给出如何在C语言中操作I2C设备。

一、I2C基本操作

1、简介
I2C是一种串行通讯方法，它只需要两根线就能实现通讯，一根时钟线SCL，一根数据线SDA。一般情况下这两根线都使用上拉电阻，同时把芯片的管脚设置成开漏输出（简单理解开漏输出的含义就是：让它输出低电平时，它能输出低电平；而让它输出高电平时，它就断路，什么也不输出，由外接电平决定这个引脚的电平）。如果芯片内部带有上拉电阻（比如BBB的芯片就自带上拉电阻），那不外接上拉也可以。
BBB系统自带了一个Linux下的I2C工具i2c-tools，非常好用，下文以i2c开头的命令都是这个工具包里的，如果你的系统里没有的话，可以搜索并下载i2c-tools工具包。
BBB上有两个可用的I2C，i2c-0和i2c-1，分别对应header上的I2C1和I2C2（总是这么混乱= =）。我们这里使用i2c-1，对应的header是P9_19和P9_20。我怎么知道它有两个可用的I2C呢？使用命令 i2cdetect -l 就可以看到

i2c-0 i2c OMAP I2C adapter I2C adapter
i2c-1 i2c OMAP I2C adapter I2C adapte

[color=rgb(51, 102, 153) !important]
2、检查引脚功能配置是否正确
首先确认一下i2c-1对应的IO口复用功能是否正确（BBB默认就是正确的，所以无需进行配置，但严谨起见应当检查一下）。查表（见附件）得，P9_19和P9_20分别对应95和94号引脚。然后输入命令：

cat /sys/kernel/debug/pinctrl/44e10800.pinmux/pins | grep 97

[color=rgb(51, 102, 153) !important]
上述命令把pins这个文件中包含97c的内容输出（97c是从表中看到的引脚地址），得到95号引脚的功能和复用寄存器值

pin 95 (44e1097c) 00000073 pinctrl-singl

[color=rgb(51, 102, 153) !important]
95号引脚的功能寄存器值是0x00000073，化成2进制是1110011，其含义是：启用功能3（即I2C2_SCL），使能上下拉，开启上拉（所以我们可以不必外接上拉电阻了），使能输入，高速模式。同样可以检查94号引脚，也是0x00000073。

3、查找i2c设备的地址
（此时我们还没有插入设备）使用命令# i2cdetect -y -r 1 ，可以查看i2c设备地址。其中 -y 选项用来屏蔽讨厌的确认环节，-r 是因为AM3359不支持一种叫做Quick Write的东东，1 代表我们要查看i2c-1总线上的设备（也就是P9_19和P9_20上插着的设备）。输出如下

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- UU UU UU UU -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --

[color=rgb(51, 102, 153) !important]
这里的地址都是16进制表示的。--代表该地址没有设备，UU代表这个地址正忙（也许被内部资源占用了，图中的0x54到0x57这4个地址）。下面我把i2c设备插上以后再执行命令，输出变成了

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1e --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- 53 UU UU UU UU -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- 69 -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- 77

[color=rgb(51, 102, 153) !important]

会发现多出了4个地址：0x1e，0x53，0x69和0x77。因为我接入的模块上包含4个芯片，所以这个总线上显示了4个地址。通过读芯片手册得知气压计对应的是0x77这个地址。这一步就完成了。
需要补充说明的是，这里显示的是i2c设备的地址（1110111b=0x77），i2c的设备地址只有7位，最高位当做0。而读/写地址则在最低位增加一个1/0（11101111b / 11101110b），这使得读写地址与设备地址看起来很不相同。

4、查看和修改设备的寄存器值
输入命令# i2cdump -y 1 0x77，我们可以查看设备的寄存器值，其中 -y 还是屏蔽确认环节，1 还是代表查看i2c-1总线，0x77是要查询的设备地址。

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f 0123456789abcdef
00: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
10: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
20: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
30: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
40: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
50: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
60: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
70: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
80: a5 94 4d 19 b3 27 38 43 8a 2a 1e 05 fb af c7 6e ??M??'8C?*?????n
90: 84 df 5f b0 56 5a 15 7a 00 3a 80 00 d4 bd 09 80 ??_?VZ?z.:?.????
a0: a5 94 4d 19 b3 27 38 43 8a 2a 1e 05 fb af c7 6e ??M??'8C?*?????n
b0: 84 df 5f b0 56 5a 15 7a 00 3a 80 00 d4 bd 09 80 ??_?VZ?z.:?.????
c0: 00 00 bc 33 00 00 00 00 00 00 00 10 00 00 00 03 ..?3.......?...?
d0: 55 02 06 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 U??.............
e0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
f0: 00 00 00 00 00 00 80 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ......?........

[color=rgb(51, 102, 153) !important]

这里用16进制显示了每个寄存器的值，具体哪个寄存器是干嘛的，就得查阅芯片的数据手册了。
如果想取出某个特定寄存器的值，比如0x80寄存器，可以使用命令 i2cget -y 1 0x77 0x80实现。如果想向某个寄存器写入值，可使用命令 i2cset -y 1 0x69 0x20 0x0f实现。（向i2c-1总线上，设备地址为0x69，寄存器地址为0x20处写入值0x0f）

二、使用BMP085驱动读取气压值

很巧的是，BBB自带了BMP085气压芯片的驱动，所以我们可以更方便地读取气压值。输入命令

echo bmp085 0x77 > /sys/class/i2c-adapter/i2c-1/new_devic

[color=rgb(51, 102, 153) !important]
加载成功后使用如下命令就可以读取气压值了

cat sys/bus/i2c/drivers/bmp085/1-0077/pressure0_input

[color=rgb(51, 102, 153) !important]
使用完毕以后，我们可以用如下命令从驱动中卸载这个i2c设备

echo 0x77 > /sys/class/i2c-adapter/i2c-1/delete_device

想查看加载或卸载是否成功的话，可以输入如下命令

dmesg | grep bmp

你应该会看到类似下面的输出

[ 6428.602566] i2c i2c-1: new_device: Instantiated device bmp085 at 0x77
[ 6428.633419] bmp085 1-0077: Successfully initialized bmp085!
[ 6436.479407] i2c i2c-1: delete_device: Deleting device bmp085 at 0x77

上面给出了使用某个芯片的现成驱动来操作的方法。要是我用的I2C设备没有现成的驱动怎么办？下面就介绍如何在c语言程序中使用通用的i2c-dev驱动来操作i2c设备。
三、用C语言操作I2C设备
下面以使用L3G4200D三轴陀螺仪为例。
BBB自带了i2c-dev驱动，它使用ioctl方法对i2c设备进行配置，然后利用read()、write()函数就可以操作i2c设备了。
要操作某个i2c设备，首先要确定它的地址。按照我在前文中的说法，通常i2cdetect显示的器件地址是由“7位”二进制数换算成的，而器件的读写地址则需要将这7位左移，然后在末尾添加一个1或0。但是对于i2c-dev驱动来说，我们不必费此周折，只要告诉他i2cdetect显示的那个地址就可以了，驱动会自动根据你的读操作或写操作来相应地在末尾添加1或者0。

先把完整程序摆出来：

#include
#include //exit()
#include //define O_RDWR
#include
#include
void main()
{
int file,i;
int addr = 0b01101001; //i2c device address of gyro
char *filename = "/dev/i2c-1";
char wbuf[] = {0x20, 0x0f}; //first byte is address to write. others are bytes to be written
char read_start_buf[1];
char rbuf[1]