Linux下使用ＩＩＣ總線 讀寫i2c從設備寄存器 by 韓大衛 @吉林師範大學 [email protected] 轉載請務必表明出處 ******************* ********************************************** 2012.7.16 1，本文給出了linux 下使用IIC總線讀寫i2c從設備的實現程序。 2, 本文給出了在編程中遇到的幾種非常隱蔽的錯誤的解決方法。 3，本文的讀寫程序非常通用： i2c -d /dev/i2c-1 -s 0x51 0x05 18 -----Write 18 to the register: 0x05 of the i2c-slave address: 0x51 i2c -d /dev/i2c-10 0x57 0x05 ------Read the register: 0x05 of the i2c-slave address: 0x57 i2c 0x40 0x0f ----- 在默認路徑下讀 i2c 從設備地址爲0x40的 0x0f的地址（或寄存器地址） 4，本程序以EEPROM爲例，最後出了如何讀寫i2c下的從設備的通用程序，而不是針對於EEPROM這一種芯片。另篇文章《linux下使用i2c總線與E2PROM通信》中有針對 EEPROM的一些操作。但原理是與本文相同的。 我們嵌入式系統中的E2PROM 是 24C02.先簡單瞭解一下這款芯片： AT24C02的存儲容量爲2Kb，內容分成32頁，每頁8B，共256B，操作時有兩種尋址方式：芯片尋址和片內子地址尋址。 （1）芯片尋址：AT24C02的芯片地址爲1010，其地址控制字格式爲 1010A2A1A0R/W。其中A2，A1，A0可編程地址選擇位。A2，A1，A0引腳接高、 低電平後得到確定的三位編碼，與1010形成7位編碼， 即爲該器件的地址碼。R/W爲芯片讀寫控制位，該位爲0，表示芯片進行寫操作。 （2）片內子地址尋址：芯片尋址可對內部256B中的任一個進行讀/寫操作，其尋址範圍爲00~FF，共256個尋址單位。 我們採用的是第2種 尋址方式。 另外，有一個問題需要了解一下，就是EEPROM 與flash , 什麼時候使用EEPROM，什麼時候用FLASH合適。 ******************** From Www.baidu.com : Flash存儲器又稱閃存，它結合了ROM和RAM的長處，不僅具備電子可擦除可編程（EEPROM）的性能，還可以快速讀取數據（NVRAM的優勢），使數據不會因爲斷電而 丟失。U盤和MP3裏用的就是這種存儲器。用作存儲Bootloader以及操作系統或者程序代碼，或者直接當硬盤使用（U盤）。 一， EEPROM以單字節讀寫，FLASH部分芯片只能以塊方式擦除(整片擦除),部分芯片可以單字節寫入(編程),一般需要採用塊寫入方式； 二，FLASH比EEPROM讀寫速度更快，可靠性更高。 三，價格方面比較，FLASH比EEPROM貴。 So，我們的版卡參數信息，等一些固定的,小量的，不需要經常修改資料信息放在EEPROM中。而flash作爲存儲程序的存儲器，存放操作系統代碼等需要快速讀寫的， 經常訪問的數據。 ************** ****************************************************** **** ******************************************************* 先介紹下遇到的一些問題： 問題一： Bad address 在使用ioctl 在用戶層將包裝好的data 發送給內核，但是運行結果顯示： error = Bad address 我原來以爲是不是給我訪問地址不對， 可是地址是正確的。 後來看到了報錯的位置: 在內核代碼 driver/i2c/i2c-dev.c ，函數i2cdev_ioctl_rdrw（）中 if (copy_from_user(&rdwr_arg, (struct i2c_rdwr_ioctl_data __user *)arg, sizeof(rdwr_arg))) return -EFAULT; 這條語句返回了錯誤提示bad address 。 經過查資料，出錯的非常原因隱蔽又非常簡單： copy_to_user的定義是： copy_to_user ( void __user * to , const void * from , unsigned long n ); 可是這個unsigned long 在32bit的處理器上是等於 unsigned int 的，都是4個字節，32bit。 所以我最初在eeprom_io.h中有這樣的定義：typedef unsigned long u32; 在eeprom_io.c中：ioctl(fd, I2C_RDWR, (u32)iocs); 我們的版卡的處理器是64bit mips系列處理器，unsigned long 就是8個字節，64bit。交叉編譯器不會報錯的。但運行後就會由於字節的問題一直有 Bad address的 錯誤反饋。這誤導我單純了認爲是地址不對。 後來我將typedef unsigned long u32 改爲 typedef unsigned long u64; ioctl(fd, I2C_RDWR, (u64)iocs) 。纔將這個問題解決。 ************** *************************************************************** 問題二，程序執行一次write 後再執行write的時候出現： Input/output error 同樣的，執行一次write 後再執行 read 也有這樣的錯誤。 我將addr改爲 0x90,0x10 。運行結果都是報錯： Input output error 找到報錯的位置： 是在 XXX_i2c_xfer () 中下的一的執行函數： octeon_i2c_simple_write（） cmd = __raw_readq(i2c->twsi_base + SW_TWSI); printk(KERN_DEBUG "%s:after readq cmd = %llx\n",__func__,cmd); if ((cmd & SW_TWSI_R) == 0) { if (octeon_i2c_lost_arb(cmd)) goto retry; ret = -EIO; 這個EIO 在用戶層上 printf("%s:error = %s\n",__FUNCTION__,strerror(errno)); 會顯示input/output error 觀察dmesg: [ 2656.285759] octeon_i2c_xfer: num = 1 [ 2656.285769] octeon_i2c_xfer:msgs[0].addr = 57, msgs[0].flags = 0, msgs[0].len = 2 [ 2656.285780] octeon_i2c_xfer:msgs[0].buf[0] = 0 [ 2656.285789] octeon_i2c_simple_write: [ 2656.285797] octeon_i2c_simple_write:cmd = 8090570000000000 [ 2656.285808] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[1] = 10,cmd = 8090570000000010 [ 2656.285820] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[0] = 0,cmd = 8090570000000010 [ 2656.285948] octeon_i2c_simple_write:after readq cmd = 090570000000020 [ 2656.285955] 我將正確執行的程序dmesg 打印出來作爲對比： [ 4312.259857] octeon_i2c_xfer: num = 1 [ 4312.259866] octeon_i2c_xfer:msgs[0].addr = 51, msgs[0].flags = 0, msgs[0].len = 2 [ 4312.259878] octeon_i2c_xfer:msgs[0].buf[0] = 2 [ 4312.259887] octeon_i2c_simple_write: [ 4312.259895] octeon_i2c_simple_write:cmd = 8090510000000000 [ 4312.259906] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[1] = 30,cmd = 8090510000000030 [ 4312.259918] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[0] = 02,cmd = 8090510000000230 [ 4312.260227] octeon_i2c_simple_write:after readq cmd = 01905100ffffffff 第一次write執行成功，這說明代碼沒有問題，那麼第二次執行失敗，應該是有別的原因，上網查了一下24C02 的資料，原來是這樣： “數據寫完之後，給一個停止信號後一定要延時10MS，24C02需要這麼久載入數據” 這是24C02的電氣特性。 在write函數使一次用usleep(10000) 。 補充一下：我們的CPU 爲6內核500M主頻，計算處理能力極強。如果在用戶層寫一般的延時 程序根本不起作用，一般使用2個for，一個for執行10000次，在PC上就有會明顯的延時。 但 是在我們的嵌入式系統中，使用8個for語句，每個for執行10000次，絲毫沒有影響，起不到 一絲的延時作用。另外，單純的使用for作用延時，會將CPU處於滿負荷阻塞狀態， 影響其他功能，所以，建議大家使用usleep()函數，usleep(10000), 正好是10Ms，這樣 最佳的使用了CPU時間。 ********* ***************************************************** ************** ************************************************************ 問題三，關於 fd = i_open("/dev/i2c-2",TIMEOUT,RETRY); 這個語句本身沒有問題，在我的系統上也測試通過了，但是其他系統有使用出錯的情況， 我觀察他的dmesg: [ 4515.609931] octeon_i2c_xfer: num = 1 [ 4515.609941] octeon_i2c_xfer:msgs[0].addr = 57, msgs[0].flags = 0, msgs[0].len = 2 [ 4515.609952] octeon_i2c_xfer:msgs[0].buf[0] = 2 [ 4515.609961] octeon_i2c_simple_write: [ 4515.609969] octeon_i2c_simple_write:cmd = 8090570000000000 [ 4515.609980] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[1] = 01,cmd = 8090570000000001 [ 4515.609992] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[0] = 02,cmd = 8090570000000201 [ 4515.610117] octeon_i2c_simple_write:after readq cmd = 0090570000000020 我執行了一次正確的write， 打印出結果作爲對比： [ 4312.259857] octeon_i2c_xfer: num = 1 [ 4312.259866] octeon_i2c_xfer:msgs[0].addr = 51, msgs[0].flags = 0, msgs[0].len = 2 [ 4312.259878] octeon_i2c_xfer:msgs[0].buf[0] = 2 [ 4312.259887] octeon_i2c_simple_write: [ 4312.259895] octeon_i2c_simple_write:cmd = 8090510000000000 [ 4312.259906] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[1] = 30,cmd = 8090510000000030 [ 4312.259918] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[0] = 02,cmd = 8090510000000230 [ 4312.260227] octeon_i2c_simple_write:after readq cmd = 01905100ffffffff 後來經過研究，是訪問的i2c bus 出了問題。 原因如下： 在我的版卡的datasheet 上： 24C02 是掛在I2C0 上的，/dev/i2c-0, /dev/i2c2--/dev/i2c-9 都是屬於I2c0的，這樣訪問這些bus都可以。但是 /dev/i2c-1,/devi2c-10---/dev/i2c-33 這些的都 是屬於I2C1的 ，所以單純的 fd = i_open("/dev/i2c-2",TIMEOUT,RET RY)這樣的程序不能得到通用，唯一的辦法是在中使用argv ， 將路徑作爲參數傳進來， 進而能進入正確的/dev/i2c-* 號bus。 同時爲了做到簡化， 將/dev/i2c-0作爲默認路徑。 使用時候可以 i2c -d /dev/i2c-1 0x57 0x10 使用 /dev/i2c-1 作爲路徑 i2c 0x57 0x10 使用默認路徑/dev/i2c-0. **************************************** ***************************************************** 下面是 實現代碼 . Main.c : *********************************************** #include "i2c.h" #define TIMEOUT 3 #define RETRY 3 static int fd; static u16 addr; static u8 offset; int i_open(unsigned char* dev, unsigned int timeout, unsigned int retry){ return i2c_open(dev,timeout,retry); } int read_data(u16 addr, u8 offset, u8 *val){ int ret; ret = i2c_read_data(addr,offset,val); if(ret < 0){ printf("%s error!\n",__FUNCTION__); exit(-1); } printf("read success, val = %02x\n",*val); return 0; } int write_data(u16 addr, u8 offset, char* argv){ int ret; u8 val = (unsigned char)strtoul(argv,0,16); ret = i2c_write_data(addr,offset,val); if(ret < 0){ printf("%s error!\n",__FUNCTION__); exit(-1); } printf("write success , val = %02x\n",val); usleep(10000); // 延時程序 return 0; } int help_info(void){ printf("\nUsage: i2c [-d PATH] ADDR OFFSET\n"); printf("\nOr: i2c [-d PATH] -s ADDR OFFSET DATA \n"); printf("\nRead or Write the register of i2c slave\n"); printf("\nFor example\n"); printf("\ti2c 0x51 0x05\t\t\t\t\t\tRead the register: 0x05 of the address: 0x51\n"); printf("\ti2c -d /dev/i2c-10 0x51 0x05\t\t\t\tRead the register: 0x05 of the address: 0x51\n"); printf("\ti2c -d /dev/i2c-1 -s 0x51 0x05 18\t\t\tWrite 18 to the register: 0x05 of the address: 0x51\n\n"); return 0; } void i2c_path(char* argv){ fd = i_open(argv,TIMEOUT,RETRY); if( fd < 0 ){ printf("i2c_open error!\n"); exit(-1); } } void i2c_addr(char * argv){ char *s = argv; addr = bin2bcd(atoi(s+2)); } void i2c_offs(char *argv){ char *s = argv; offset = bin2bcd(atoi(s+2)); } int main(int argc,char* argv[]){ u8 val; switch(argc){ case 2 :{ if(!strcmp(argv[1],"-h") || !strcmp(argv[1],"--help")){ help_info(); }else{ printf("cmd error!\n"); exit(-1); } }break; case 3 :{ i2c_path("/dev/i2c-1"); i2c_addr(argv[1]); i2c_offs(argv[2]); read_data(addr,offset,&val); }break; case 5 :{ if(!strcmp(argv[1],"-d")){ i2c_path(argv[2]); i2c_addr(argv[3]); i2c_offs(argv[4]); read_data(addr,offset,&val); }else if(!strcmp(argv[1],"-s")){ i2c_path("/dev/i2c-1"); i2c_addr(argv[2]); i2c_offs(argv[3]); write_data(addr,offset,argv[4]); }else { printf("cmd error!\n"); exit(-1); } }break; case 7 :{ if(!strcmp(argv[1],"-d")){ i2c_path(argv[2]); if(!strcmp(argv[3],"-s")){ i2c_addr(argv[4]); i2c_offs(argv[5]); write_data(addr,offset,argv[6]); } }else { printf("cmd error!\n"); exit(-1); } }break; default: printf("Please input --help or -h for help information\n"); } close(fd); return 0; } ******************************* ************************************** i2c.c : ************** ************************************ #include "i2c.h" static int fd; int i2c_read_data(u16 addr, u8 offset, u8 *val) { int i,ret = 0; struct i2c_rdwr_ioctl_data *data; if ((data = (struct i2c_rdwr_ioctl_data *)malloc(sizeof(struct i2c_rdwr_ioctl_data))) == NULL) return -1; data->nmsgs = 2; if ((data->msgs = (struct i2c_msg *)malloc(data->nmsgs * sizeof(struct i2c_msg))) == NULL) { ret = -1; goto errexit3; } if ((data->msgs[0].buf = (unsigned char *)malloc(sizeof(unsigned char))) == NULL) { ret = -1; goto errexit2; } if ((data->msgs[1].buf = (unsigned char *)malloc(sizeof(unsigned char))) == NULL) { ret = -1; goto errexit1; } data->msgs[0].addr = addr; data->msgs[0].flags = 0; data->msgs[0].len = 1; data->msgs[0].buf[0] = offset; data->msgs[1].addr = addr; data->msgs[1].flags = I2C_M_RD; data->msgs[1].len = 13; //original data is 1 data->msgs[1].buf[0] = 0; if ((ret = __i2c_send(fd, data)) < 0) goto errexit0; for(i = 0 ;i < data->msgs[1].len; i++) val[i] = data->msgs[1].buf[i]; errexit0: free(data->msgs[1].buf); errexit1: free(data->msgs[0].buf); errexit2: free(data->msgs); errexit3: free(data); return ret; } int i2c_write_data(u16 addr, u8 offset, u8 val) { int ret = 0; struct i2c_rdwr_ioctl_data *data; if ((data = (struct i2c_rdwr_ioctl_data *)malloc(sizeof(struct i2c_rdwr_ioctl_data))) == NULL) return -1; data->nmsgs = 1; if ((data->msgs = (struct i2c_msg *)malloc(data->nmsgs * sizeof(struct i2c_msg))) == NULL) { ret = -1; goto errexit2; } if ((data->msgs[0].buf = (unsigned char *)malloc(2 * sizeof(unsigned char))) == NULL) { ret = -1; goto errexit1; } data->msgs[0].addr = addr; data->msgs[0].flags = 0; data->msgs[0].len = 2; data->msgs[0].buf[0] = offset; data->msgs[0].buf[1] = val; if ((ret = __i2c_send(fd, data)) < 0) goto errexit0; errexit0: free(data->msgs[0].buf); errexit1: free(data->msgs); errexit2: free(data); return ret; } int i2c_open(unsigned char* dev, unsigned int timeout, unsigned int retry) { if ((fd = open(dev, O_RDWR)) < 0) return fd; __i2c_set(fd, timeout, retry); return fd; } static int __i2c_send(int fd, struct i2c_rdwr_ioctl_data *data) { if (fd < 0) return -1; if (data == NULL) return -1; if (data->msgs == NULL || data->nmsgs == 0) return -1; return ioctl(fd, I2C_RDWR, (unsigned long)data) ; } static int __i2c_set(int fd, unsigned int timeout, unsigned int retry) { if (fd == 0 ) return -1; ioctl(fd, I2C_TIMEOUT, timeout ? timeout : I2C_DEFAULT_TIMEOUT); ioctl(fd, I2C_RETRIES, retry ? retry : I2C_DEFAULT_RETRY); return 0; } void i2c_close(int fd) { if (fd < 0) return; close(fd); } unsigned bcd2bin(unsigned char val) { return (val & 0x0f) + (val >> 4) * 10; } unsigned char bin2bcd(unsigned val) { return ((val / 10) << 4) + val % 10; } i2c.h ： ************* ******************************************** #ifndef I2C_H #define I2C_H #include <linux/types.h> #include <linux/i2c.h> #include <linux/i2c-dev.h> #include <linux/rtc.h> #include <stdio.h> #include <time.h> #include <stdlib.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ioctl.h> #include <errno.h> #include <string.h> #define I2C_DEFAULT_TIMEOUT 1 #define I2C_DEFAULT_RETRY 3 typedef unsigned char u8; typedef unsigned short u16; typedef unsigned int u32; typedef unsigned long long u64; typedef signed char s8; typedef short s16; typedef int s32; typedef long long s64; unsigned bcd2bin(unsigned char val); unsigned bcd2bin(unsigned char val); static int __i2c_send(int fd, struct i2c_rdwr_ioctl_data *data); static int __i2c_set(int fd, unsigned int timeout, unsigned int retry); int i2c_read_data(u16 addr, u8 offset, u8 *val); int i2c_write_data(u16 addr, u8 offset, u8 val); int i2c_open(unsigned char* dev, unsigned int timeout, unsigned int retry); #endif ************* ************************************************ by 韓大衛 @吉林師範大學
