Linux应用开发基础知识——I2C应用编程(十三)

一、无需编写驱动程序即可访问 I2C 设备

APP 访问硬件肯定是需要驱动程序的，对于 I2C 设备，内核提供了驱动程序 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。

i2c-tools 是一套好用的工具，也是一套示例代码。

1.体验 I2C-Tools

使用一句话概括 I2C 传输：APP 通过 I2C Controller 与 I2C Device 传输数据。所以使用 I2C-Tools 时也需要指定：

哪个 I2C 控制器(或称为 I2C BUS、I2C Adapter)

哪个 I2C 设备(设备地址)

数据：读还是写、数据本身

（1）交叉编译

配置环境：vim ~/.bashrc

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

修改 I2C-Tools 的 Makefile 指定交叉编译工具链

CC ?= gcc
AR ?= ar
STRIP ?= strip

改为(指定交叉编译工具链前缀, 去掉问号)：

CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
AR = $(CROSS_COMPILE)ar
STRIP = $(CROSS_COMPILE)strip

在 Makefile 中，“?=”在第一次设置变量时才会起效果，如果之前设置过该变量，则不会起效果。

（2）执行 make

执行 make 时，是动态链接，需要把 libi2c.so 也放到单板上

想静态链接的话，执行：make USE_STATIC_LIB=1

（3）用法

i2cdetect：I2C 检测

// 列出当前的 I2C Adapter(或称为 I2C Bus、I2C Controller)
i2cdetect -l
// 打印某个 I2C Adapter 的 Functionalities, I2CBUS 为 0、1、2 等整数
i2cdetect -F I2CBUS
// 看看有哪些 I2C 设备, I2CBUS 为 0、1、2 等整数
i2cdetect -y -a I2CBUS
// 效果如下
# i2cdetect -l
i2c-1 i2c STM32F7 I2C(0x40013000) I2C adapter
i2c-2 i2c STM32F7 I2C(0x5c002000) I2C adapter
i2c-0 i2c STM32F7 I2C(0x40012000) I2C adapter
# i2cdetect -F 0
Functionalities implemented by /dev/i2c-0:
I2C yes
SMBus Quick Command yes
SMBus Send Byte yes
SMBus Receive Byte yes
SMBus Write Byte yes
SMBus Read Byte yes
SMBus Write Word yes
SMBus Read Word yes
SMBus Process Call yes
SMBus Block Write yes
SMBus Block Read yes
SMBus Block Process Call yes
SMBus PEC yes
I2C Block Write yes
I2C Block Read yes
// --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 
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
00: 00 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- UU -- -- -- 1e --
20: -- -- UU -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

（3）i2cget：I2C 读

使用说明：

# i2cget
Usage: i2cget [-f] [-y] [-a] I2CBUS CHIP-ADDRESS [DATA-ADDRESS [MODE]]
 I2CBUS is an integer or an I2C bus name
 ADDRESS is an integer (0x03 - 0x77, or 0x00 - 0x7f if -a is given)
 MODE is one of:
 b (read byte data, default)
 w (read word data)
 c (write byte/read byte)
Append p for SMBus PEC

使用示例：

// 读一个字节: I2CBUS 为 0、1、2 等整数, 表示 I2C Bus; CHIP-ADDRESS 表示设备地址
i2cget -f -y I2CBUS CHIP-ADDRESS
// 读某个地址上的一个字节: 
// I2CBUS 为 0、1、2 等整数, 表示 I2C Bus
// CHIP-ADDRESS 表示设备地址
// DATA-ADDRESS: 芯片上寄存器地址
// MODE：有 2 个取值, b-使用`SMBus Read Byte`先发出 DATA-ADDRESS, 再读一个字节, 中间无
P 信号
// c-先 write byte, 在 read byte，中间有 P 信号
i2cget -f -y I2CBUS CHIP-ADDRESS DATA-ADDRESS MODE
// 读某个地址上的 2 个字节: 
// I2CBUS 为 0、1、2 等整数, 表示 I2C Bus
// CHIP-ADDRESS 表示设备地址
// DATA-ADDRESS: 芯片上寄存器地址
// MODE：w-表示先发出 DATA-ADDRESS，再读 2 个字节
i2cget -f -y I2CBUS CHIP-ADDRESS DATA-ADDRESS MODE

（4）i2cset：I2C 写

使用说明：

# i2cset
Usage: i2cset [-f] [-y] [-m MASK] [-r] [-a] I2CBUS CHIP-ADDRESS DATA-ADDRESS [VALUE]
... [MODE]
 I2CBUS is an integer or an I2C bus name
 ADDRESS is an integer (0x03 - 0x77, or 0x00 - 0x7f if -a is given)
 MODE is one of:
 c (byte, no value)
 b (byte data, default)
 w (word data)
 i (I2C block data)
 s (SMBus block data)
Append p for SMBus PEC

使用示例：

// 写一个字节: I2CBUS 为 0、1、2 等整数, 表示 I2C Bus; CHIP-ADDRESS 表示设备地址
 // DATA-ADDRESS 就是要写的数据
 i2cset -f -y I2CBUS CHIP-ADDRESS DATA-ADDRESS
 
 // 给 address 写 1 个字节(address, value):
 // I2CBUS 为 0、1、2 等整数, 表示 I2C Bus; CHIP-ADDRESS 表示设备地址
 // DATA-ADDRESS: 8 位芯片寄存器地址; 
 // VALUE: 8 位数值
 // MODE: 可以省略，也可以写为 b
 i2cset -f -y I2CBUS CHIP-ADDRESS DATA-ADDRESS VALUE [b]
 
 // 给 address 写 2 个字节(address, value):
 // I2CBUS 为 0、1、2 等整数, 表示 I2C Bus; CHIP-ADDRESS 表示设备地址
 // DATA-ADDRESS: 8 位芯片寄存器地址; 
 // VALUE: 16 位数值
 // MODE: w
 i2cset -f -y I2CBUS CHIP-ADDRESS DATA-ADDRESS VALUE w
 
 // SMBus Block Write：给 address 写 N 个字节的数据
 // 发送的数据有：address, N, value1, value2, ..., valueN
 // 跟`I2C Block Write`相比, 需要发送长度 N
 // I2CBUS 为 0、1、2 等整数, 表示 I2C Bus; CHIP-ADDRESS 表示设备地址
 // DATA-ADDRESS: 8 位芯片寄存器地址; 
 // VALUE1~N: N 个 8 位数值
 // MODE: s
 i2cset -f -y I2CBUS CHIP-ADDRESS DATA-ADDRESS VALUE1 ... VALUEN s
 
 // I2C Block Write：给 address 写 N 个字节的数据
 // 发送的数据有：address, value1, value2, ..., valueN
 // 跟`SMBus Block Write`相比, 不需要发送长度 N
 // I2CBUS 为 0、1、2 等整数, 表示 I2C Bus; CHIP-ADDRESS 表示设备地址
 // DATA-ADDRESS: 8 位芯片寄存器地址; 
 // VALUE1~N: N 个 8 位数值
 // MODE: i
 i2cset -f -y I2CBUS CHIP-ADDRESS DATA-ADDRESS VALUE1 ... VALUEN i

（5）i2ctransfer：I2C 传输(不是基于 SMBus)

使用说明：

# i2ctransfer
Usage: i2ctransfer [-f] [-y] [-v] [-V] [-a] I2CBUS DESC [DATA] [DESC [DATA]]...
 I2CBUS is an integer or an I2C bus name
 DESC describes the transfer in the form: {r|w}LENGTH[@address]
 1) read/write-flag 2) LENGTH (range 0-65535) 3) I2C address (use last one if omit
ted)
 DATA are LENGTH bytes for a write message. They can be shortened by a suffix:
 = (keep value constant until LENGTH)
 + (increase value by 1 until LENGTH)
 - (decrease value by 1 until LENGTH)
 p (use pseudo random generator until LENGTH with value as seed)
Example (bus 0, read 8 byte at offset 0x64 from EEPROM at 0x50):
 # i2ctransfer 0 w1@0x50 0x64 r8
Example (same EEPROM, at offset 0x42 write 0xff 0xfe ... 0xf0):
 # i2ctransfer 0 w17@0x50 0x42 0xff

使用举例：

// Example (bus 0, read 8 byte at offset 0x64 from EEPROM at 0x50):
# i2ctransfer -f -y 0 w1@0x50 0x64 r8
// Example (bus 0, write 3 byte at offset 0x64 from EEPROM at 0x50):
# i2ctransfer -f -y 0 w9@0x50 0x64 val1 val2 val3
// Example 
// first: (bus 0, write 3 byte at offset 0x64 from EEPROM at 0x50)
// and then: (bus 0, read 3 byte at offset 0x64 from EEPROM at 0x50)
# i2ctransfer -f -y 0 w9@0x50 0x64 val1 val2 val3 r3@0x50 
# i2ctransfer -f -y 0 w9@0x50 0x64 val1 val2 val3 r3 //如果设备地址不变,后面的设备地址可
省略

2.使用 I2C-Tools 操作传感器 AP3216C

开发板上有光感芯片 AP3216C：

AP3216C 是红外、光强、距离三合一的传感器，以读出光强、距离值为例，步骤如下：

复位：往寄存器 0 写入 0x4

使能：往寄存器 0 写入 0x3

读光强：读寄存器 0xC、0xD 得到 2 字节的光强

读距离：读寄存器 0xE、0xF 得到 2 字节的距离值 AP3216C 的设备地址是 0x1E，假设节在 I2C BUS0 上，操作命令如下：

（1）使用 SMBus 协议

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

（2）使用 I2C 协议

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

（3） I2C-Tools 访问 I2C 设备的 2 种方式

I2C-Tools 可以通过 SMBus 来访问 I2C 设备，也可以使用一般的 I2C 协议来访问 I2C 设备。

使用一句话概括 I2C 传输：APP 通过 I2C Controller 与 I2C Device 传输数据。

在 APP 里，有这几个问题：

怎么指定 I2C 控制器？

         i2c-dev.c 为每个 I2C 控制器(I2C Bus、I2C Adapter)都生成一个设备节点：/dev/i2c-0、/dev/i2c-1 等等；

         open 某个/dev/i2c-X 节点，就是去访问该 I2C 控制器下的设备；

怎么指定 I2C 设备？

        通过 ioctl 指定 I2C 设备的地址

        ioctl(file, I2C_SLAVE, address)

                 如果该设备已经有了对应的设备驱动程序，则返回失败。

        ioctl(file, I2C_SLAVE_FORCE, address)

                 如果该设备已经有了对应的设备驱动程序但是还是想通过 i2c-dev 驱动来访问它，则使用这个 ioctl 来指定 I2C 设备地址。

怎么传输数据？

        两种方式：

                 一般的 I2C 方式：ioctl(file, I2C_RDWR, &rdwr)

                 SMBus 方式：ioctl(file, I2C_SMBUS, &args)