2. I2C子系统–mpu6050驱动实验

本章我们以板载MPU6050为例讲解i2c驱动程序的编写,本章主要分为五部分内容。

  • 第一部分,i2c基本知识,回忆i2c物理总线和基本通信协议。

  • 第二部分,linux下的i2c驱动框架。

  • 第三部分,i2c总线驱动代码拆解。

  • 第四部分,i2c设备驱动的核心函数。

  • 第五部分,MPU6050驱动以及测试程序。

2.1. i2c基本知识

2.1.1. i2c物理总线

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如上图所示,i2c支持一主多从,各设备地址独立,标准模式传输速率为100kbit/s,快速模式为400kbit/s。总线通过上拉电阻接到电源。当 I2C 设备空闲时,会输出高阻态,而当所有设备都空 闲,都输出高阻态时,由上拉电阻把总线拉成高电平。

I2C物理总线使用两条总线线路,SCL和SDA。

  • SCL: 时钟线,数据收发同步

  • SDA: 数据线,传输具体数据

2.1.2. i2c基本通信协议

2.1.2.1. 起始信号(S)与停止信号(P)

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当SCL线为高电平时,SDA线由高到低的下降沿,为传输开始标志(S)。直到主设备发出结束信号(P), 否则总线状态一直为忙。结束标志(P)为,当SCL线为高电平时,SDA线由低到高的上升沿。

2.1.2.2. 数据格式与应答信号(ACK/NACK)

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i2c的数据字节定义为8-bits长度,对每次传送的总字节数量没有限制,但对每一次传输必须伴有一个应答(ACK)信号, 其时钟由主设备提供,而真正的应答信号由从设备发出,在时钟为高时,通过拉低并保持SDA的值来实现。如果从设备忙, 它可以使 SCL保持在低电平,这会强制使主设备进入等待状态。当从设备空闲后,并且释放时钟线,原来的数据传输才会继续。

2.1.2.3. 主机与从机通信

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开始标志(S)发出后,主设备会传送一个7位的Slave地址,并且后面跟着一个第8位,称为Read/Write位。 R/W位表示主设备是在接受从设备的数据还是在向其写数据。然后,主设备释放SDA线,等待从设备的应答信号(ACK)。 每个字节的传输都要跟随有一个应答位。应答产生时,从设备将SDA线拉低并且在SCL为高电平时保持低。 数据传输总是以停止标志(P)结束,然后释放通信线路。 然而,主设备也可以产生重复的开始信号去操作另一台从设备, 而不发出结束标志。综上可知,所有的SDA信号变化都要在SCL时钟为低电平时进行,除了开始和结束标志

2.1.2.4. i2c对mpu6050进行数据读写

单字节写入

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连续字节写入

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对MPU6050进行写操作时,主设备发出开始标志(S)和写地址(地址位加一个R/W位,0为写)。 MPU6050产生应答信号。然后主设备开始传送寄存器地址(RA),接到应答后,开始传送寄存器数据, 然后仍然要有应答信号,连续写入多字节时依次类推。

单字节读出

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连续字节读出

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对MPU6050进行读操作时,主设备发出开始标志(S)和读地址(地址位加一个R/W位,1为读)。 等待MPU6050产生应答信号。然后发送寄存器地址,告诉MPU6050读哪一个寄存器。 紧接着,收到应答信号后,主设备再发一个开始信号,然后发送从设备读地址。 MPU6050产生应答信号并开始发送寄存器数据。通信以主设备产生的拒绝应答信号(NACK)和结束标志(P)结束。

学过单片机的用户对i2c协议并不陌生,这里只是简单的讲解,如果忘记可参考 【野火®】零死角玩转STM32 中i2c章节。

2.2. i2c驱动框架

在编写单片机裸机i2c驱动时我们需要根据i2c协议手动配置i2c控制寄存器使其能够输出起始信号、停止信号、数据信息等等。

在Linux系统中则采用了总线、设备驱动模型。我们之前讲解的平台设备也是采用了这种模型,只不过平台总线是一个虚拟的总线。

我们知道一个i2c(例如i2c1)上可以挂在多个i2c设备,例如MPU6050、i2c接口的OLED显示屏、摄像头(摄像头通过i2c接口发送控制信息)等等, 这些设备共用一个i2c,这个i2c的驱动我们称为i2c总线驱动。而对应具体的设备,例如mpu6050的驱动就是i2c设备驱动。 这样我们要使用mpu6050就需要拥有“两个驱动”一个是i2c总线驱动和mpu6050设备驱动。

  • i2c总线驱动由芯片厂商提供(驱动复杂,官方提供了经过测试的驱动,我们直接用),

  • mpu6050设备驱动可以从mpu6050芯片厂家那里获得(不确定有),也可以我们手动编写。

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如上图所示,i2c驱动框架包括i2c总线驱动、具体某个设备的驱动。

i2c总线包括i2c设备(i2c_client)和i2c驱动(i2c_driver), 当我们向linux中注册设备或驱动的时候,按照i2c总线匹配规则进行配对,配对成功,则可以通过i2c_driver中.prob函数创建具体的设备驱动。 在现代linux中,i2c设备不再需要手动创建,而是使用设备树机制引入,设备树节点是与paltform总线相配合使用的。 所以需先对i2c总线包装一层paltform总线,当设备树节点转换为平台总线设备时,我们在进一步将其转换为i2c设备,注册到i2c总线中。

设备驱动创建成功,我们还需要实现设备的文件操作接口(file_operations),file_operations中会使用到内核中i2c核心函数(i2c系统已经实现的函数,专门开放给驱动工程师使用)。 使用这些函数会涉及到i2c适配器,也就是i2c控制器。由于ic2控制器有不同的配置,所有linux将每一个i2c控制器抽象成i2c适配器对象。 这个对象中存在一个很重要的成员变量——Algorithm,Algorithm中存在一系列函数指针,这些函数指针指向真正硬件操作代码。

2.2.1. 关键数据结构

在开始拆解i2c驱动框架的源码之前,先了解其中几个重要的对象。

struct i2c_adapter

i2c_适配器对应一个i2c控制器,是用于标识物理i2c总线以及访问它所需的访问算法的结构。

i2c_adapter结构体 (内核源码/include/linux/i2c.h)
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/*
 * i2c_adapter is the structure used to identify a physical i2c bus along
 * with the access algorithms necessary to access it.
 */
struct i2c_adapter {
    struct module *owner;
    unsigned int class;               /* classes to allow probing for */
    const struct i2c_algorithm *algo; /* the algorithm to access the bus */
    void *algo_data;

    /* data fields that are valid for all devices   */
    struct rt_mutex bus_lock;

    int timeout;                    /* in jiffies */
    int retries;
    struct device dev;              /* the adapter device */

    int nr;
    char name[48];
    struct completion dev_released;

    struct mutex userspace_clients_lock;
    struct list_head userspace_clients;

    struct i2c_bus_recovery_info *bus_recovery_info;
    const struct i2c_adapter_quirks *quirks;
};
  • algo: struct i2c_algorithm 结构体,访问总线的算法;

  • dev: struct device 结构体,控制器,表明这是一个设备。

struct i2c_algorithm

i2c_算法是一类硬件解决方案的接口,这些解决方案可以使用相同的总线算法来解决,即位碰撞或PCF8584,举两种最常见的算法 structi2c_algorithm 结构体用于指定访问总线(i2c)的算法,在这里就是用于指定外部访问i2c总线的接口,这个“接口”体现到代码就是一些接口函数。 从以上代码不难看出i2c_algorithm结构体实际提供了一些函数指针,这些函数就是外部访问i2c总线的接口,更直白的说, i2c设备例如mpu6050、i2c接口的oled屏等等就是通过这些函数接口使用i2c总线实现收、发数据的。在i2c1的总线驱动中会实现这些函数(部分函数)。

i2c_algorithm结构体 (内核源码/include/linux/i2c.h)
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struct i2c_algorithm {
    /* If an adapter algorithm can't do I2C-level access, set master_xfer
       to NULL. If an adapter algorithm can do SMBus access, set
       smbus_xfer. If set to NULL, the SMBus protocol is simulated
       using common I2C messages */
    /* master_xfer should return the number of messages successfully
       processed, or a negative value on error */
    int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,
                       int num);
    int (*smbus_xfer) (struct i2c_adapter *adap, u16 addr,
                       unsigned short flags, char read_write,
                       u8 command, int size, union i2c_smbus_data *data);

    /* To determine what the adapter supports */
    u32 (*functionality) (struct i2c_adapter *);

#if IS_ENABLED(CONFIG_I2C_SLAVE)
    int (*reg_slave)(struct i2c_client *client);
    int (*unreg_slave)(struct i2c_client *client);
#endif
};
  • master_xfer: 作为主设备时的发送函数,应该返回成功处理的消息数,或者在出错时返回负值。

  • smbus_xfer: 作为从设备时的发送函数。

struct i2c_client

表示i2c从设备

i2c_client结构体 (内核源码/include/linux/i2c.h)
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    struct i2c_client {
            unsigned short flags;           /* div., see below              */
            unsigned short addr;            /* chip address - NOTE: 7bit    */

            char name[I2C_NAME_SIZE];
            struct i2c_adapter *adapter;    /* the adapter we sit on        */
            struct device dev;              /* the device structure         */
            int init_irq;                   /* irq set at initialization    */
            int irq;                        /* irq issued by device         */
            struct list_head detected;
            #if IS_ENABLED(CONFIG_I2C_SLAVE)
                    i2c_slave_cb_t slave_cb;        /* callback for slave mode      */
            #endif
    };
  • flags: :I2C_CLIENT_TEN表示设备使用10位芯片地址,I2C客户端PEC表示它使用SMBus数据包错误检查

  • addr: addr在连接到父适配器的I2C总线上使用的地址。

  • name: 表示设备的类型,通常是芯片名。

  • adapter: struct i2c_adapter 结构体,管理托管这个I2C设备的总线段。

  • dev: Driver model设备节点。

  • init_irq: 作为从设备时的发送函数。

  • irq: 表示该设备生成的中断号。

  • detected: struct list_head i2c的成员_驱动程序.客户端列表或i2c核心的用户空间设备列表。

  • slave_cb: 使用适配器的I2C从模式时回调。适配器调用它来将从属事件传递给从属驱动程序。i2c_客户端识别连接到i2c总线的单个设备(即芯片)。暴露在Linux下的行为是由管理设备的驱动程序定义的。

struct i2c_driver

i2c设备驱动程序

i2c_driver结构体 (内核源码/include/linux/i2c.h)
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    struct i2c_driver {
            unsigned int class;

            int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *);
            int (*remove)(struct i2c_client *);

            struct device_driver driver;
            const struct i2c_device_id *id_table;

            int (*detect)(struct i2c_client *, struct i2c_board_info *);

            const unsigned short *address_list;
            struct list_head clients;

            ...
    };
  • probe: i2c设备和i2c驱动匹配后,回调该函数指针。

  • id_table: struct i2c_device_id 要匹配的从设备信息。

  • address_list: 设备地址

  • clients: 设备链表

  • detect: 设备探测函数

2.3. i2c总线驱动

i2c总线驱动由芯片厂商提供,如果我们使用NXP官方提供的Linux内核,i2c总线驱动已经保存在内核中,并且默认情况下已经编译进内核。

下面结合源码简单介绍i2c总线的运行机制。

  • 1、注册I2C总线

  • 2、将I2C驱动添加到I2C总线的驱动链表中

  • 3、遍历I2C总线上的设备链表,根据i2c_device_match函数进行匹配,如果匹配调用i2c_device_probe函数

  • 4、i2c_device_probe函数会调用I2C驱动的probe函数

i2c总线定义

i2c总线定义 (内核源码/drivers/i2c/i2c-core-base.c)
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    struct bus_type i2c_bus_type = {
            .name           = "i2c",
            .match          = i2c_device_match,
            .probe          = i2c_device_probe,
            .remove         = i2c_device_remove,
            .shutdown       = i2c_device_shutdown,
    };

i2c总线维护着两个链表(I2C驱动、I2C设备),管理I2C设备和I2C驱动的匹配和删除等

i2c总线注册

linux启动之后,默认执行i2c_init。

i2c总线注册 (内核源码/drivers/i2c/i2c-core-base.c)
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static int __init i2c_init(void)
{
        int retval;
        ...
        retval = bus_register(&i2c_bus_type);
        if (retval)
                return retval;

        is_registered = true;
        ...
        retval = i2c_add_driver(&dummy_driver);
        if (retval)
                goto class_err;

        if (IS_ENABLED(CONFIG_OF_DYNAMIC))
                WARN_ON(of_reconfig_notifier_register(&i2c_of_notifier));
        if (IS_ENABLED(CONFIG_ACPI))
                WARN_ON(acpi_reconfig_notifier_register(&i2c_acpi_notifier));

        return 0;
        ...
}
  • 第5行:bus_register注册总线i2c_bus_type,总线定义如上所示。

  • 第11行:i2c_add_driver注册设备dummy_driver。

i2c设备和i2c驱动匹配规则

i2c设备和i2c驱动匹配规则 (内核源码/drivers/i2c/i2c-core-base.c)
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    static int i2c_device_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
    {
            struct i2c_client       *client = i2c_verify_client(dev);
            struct i2c_driver       *driver;

            /* Attempt an OF style match */
            if (i2c_of_match_device(drv->of_match_table, client))
                    return 1;

            /* Then ACPI style match */
            if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
                    return 1;

            driver = to_i2c_driver(drv);

            /* Finally an I2C match */
            if (i2c_match_id(driver->id_table, client))
                    return 1;

            return 0;
    }
  • of_driver_match_device: 设备树匹配方式,比较 I2C 设备节点的 compatible 属性和 of_device_id 中的 compatible 属性

  • acpi_driver_match_device: ACPI 匹配方式

  • i2c_match_id: i2c总线传统匹配方式,比较 I2C设备名字和 i2c驱动的id_table->name 字段是否相等

在i2c总线驱动代码源文件中,我们只简单介绍重要的几个点,如果感兴趣可自行阅读完整的i2c驱动源码。 通常情况下,看驱动程序首先要找到驱动的入口和出口函数,驱动入口和出口位于驱动的末尾,如下所示。

驱动入口和出口函数 (内核源码/drivers/i2c/busses/i2c-imx.c)
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static int __init i2c_adap_imx_init(void)
{
    return platform_driver_register(&i2c_imx_driver);
}
subsys_initcall(i2c_adap_imx_init);

static void __exit i2c_adap_imx_exit(void)
{
    platform_driver_unregister(&i2c_imx_driver);
}
module_exit(i2c_adap_imx_exit);

驱动入口和出口函数很简单,我们可以从中得到i2c驱动是一个平台驱动,并且我们知道平台驱动结构体是“i2c_imx_driver”,平台驱动结构体如下所示。

平台设备驱动结构体(内核源码/drivers/i2c/busses/i2c-imx.c)
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static const struct of_device_id i2c_imx_dt_ids[] = {
    { .compatible = "fsl,imx1-i2c", .data = &imx1_i2c_hwdata, },
    { .compatible = "fsl,imx21-i2c", .data = &imx21_i2c_hwdata, },
    { .compatible = "fsl,vf610-i2c", .data = &vf610_i2c_hwdata, },
    { /* sentinel */ }
};

static struct platform_driver i2c_imx_driver = {
    .probe = i2c_imx_probe,
    .remove = i2c_imx_remove,
    .driver = {
            .name = DRIVER_NAME,
            .owner = THIS_MODULE,
            .of_match_table = i2c_imx_dt_ids,
            .pm = IMX_I2C_PM,
    },
    .id_table       = imx_i2c_devtype,
};
  • 第1-6行:是i2c驱动的匹配表,用于和设备树节点匹配,

  • 第8-18行:是初始化的平台设备结构体,从这个结构体我们可以找到.prob函数,.prob函数的作用我们都很清楚,通常情况下该函数实现设备的基本初始化。

以下是.porb函数的内容。

i2c驱动 .prob函数 (内核源码/drivers/i2c/busses/i2c-imx.c)
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static int i2c_imx_probe(struct platform_device *pdev)
{
    const struct of_device_id *of_id = of_match_device(i2c_imx_dt_ids,
                                                       &pdev->dev);
    struct imx_i2c_struct *i2c_imx;
    struct resource *res;
    struct imxi2c_platform_data *pdata = dev_get_platdata(&pdev->dev);
    void __iomem *base;
    int irq, ret;
    dma_addr_t phy_addr;

    dev_dbg(&pdev->dev, "<%s>\n", __func__);

    irq = platform_get_irq(pdev, 0);
    if (irq < 0) {
            dev_err(&pdev->dev, "can't get irq number\n");
            return irq;
    }

    res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
    base = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res);
    if (IS_ERR(base))
            return PTR_ERR(base);

    phy_addr = (dma_addr_t)res->start;

    i2c_imx = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*i2c_imx), GFP_KERNEL);
    if (!i2c_imx)
            return -ENOMEM;

    if (of_id)
            i2c_imx->hwdata = of_id->data;
    else
            i2c_imx->hwdata = (struct imx_i2c_hwdata *)
                            platform_get_device_id(pdev)->driver_data;

    /* Setup i2c_imx driver structure */
    strlcpy(i2c_imx->adapter.name, pdev->name, sizeof(i2c_imx->adapter.name));
    i2c_imx->adapter.owner          = THIS_MODULE;
    i2c_imx->adapter.algo           = &i2c_imx_algo;
    i2c_imx->adapter.dev.parent     = &pdev->dev;
    i2c_imx->adapter.nr             = pdev->id;
    i2c_imx->adapter.dev.of_node    = pdev->dev.of_node;
    i2c_imx->base                   = base;

    /* Get I2C clock */
    i2c_imx->clk = devm_clk_get(&pdev->dev, NULL);
    if (IS_ERR(i2c_imx->clk)) {
            dev_err(&pdev->dev, "can't get I2C clock\n");
            return PTR_ERR(i2c_imx->clk);
    }

    ret = clk_prepare_enable(i2c_imx->clk);
    if (ret) {
            dev_err(&pdev->dev, "can't enable I2C clock\n");
            return ret;
    }

    /* Request IRQ */
    ret = devm_request_irq(&pdev->dev, irq, i2c_imx_isr,
                           IRQF_NO_SUSPEND, pdev->name, i2c_imx);
    if (ret) {
            dev_err(&pdev->dev, "can't claim irq %d\n", irq);
            goto clk_disable;
    }

    /* Init queue */
    init_waitqueue_head(&i2c_imx->queue);

    /* Set up adapter data */
    i2c_set_adapdata(&i2c_imx->adapter, i2c_imx);

    /* Set up clock divider */
    i2c_imx->bitrate = IMX_I2C_BIT_RATE;
    ret = of_property_read_u32(pdev->dev.of_node,
                               "clock-frequency", &i2c_imx->bitrate);
    if (ret < 0 && pdata && pdata->bitrate)
            i2c_imx->bitrate = pdata->bitrate;

    /* Set up chip registers to defaults */
    imx_i2c_write_reg(i2c_imx->hwdata->i2cr_ien_opcode ^ I2CR_IEN,
                    i2c_imx, IMX_I2C_I2CR);
    imx_i2c_write_reg(i2c_imx->hwdata->i2sr_clr_opcode, i2c_imx, IMX_I2C_I2SR);

    /* Add I2C adapter */
    ret = i2c_add_numbered_adapter(&i2c_imx->adapter);
    if (ret < 0) {
            dev_err(&pdev->dev, "registration failed\n");
            goto clk_disable;
    }

    /* Set up platform driver data */
    platform_set_drvdata(pdev, i2c_imx);
    clk_disable_unprepare(i2c_imx->clk);

    dev_dbg(&i2c_imx->adapter.dev, "claimed irq %d\n", irq);
    dev_dbg(&i2c_imx->adapter.dev, "device resources: %pR\n", res);
    dev_dbg(&i2c_imx->adapter.dev, "adapter name: \"%s\"\n",
            i2c_imx->adapter.name);
    dev_info(&i2c_imx->adapter.dev, "IMX I2C adapter registered\n");

    /* Init DMA config if supported */
    i2c_imx_dma_request(i2c_imx, phy_addr);

    return 0;   /* Return OK */

clk_disable:
    clk_disable_unprepare(i2c_imx->clk);
    return ret;
}
  • 第14-18行:获取中断号,在i2c1的设备树节点中定义了中断,这里获取得到的中断号申请中断时会用到,获取函数使用的是内核提供的函数 platform_get_irq

  • 第20-23行:获取reg属性,这里同样使用的是内核提供的“platform_get_resource”它实现的功能和我们使用of函数获取reg属性相同。这里的代码获取得到了i2c1的基地址,并且使用“devm_ioremap_resource”将其转化为虚拟地址。

  • 第27-29行:为i2c_imx申请内存空间,我们先不关心申请函数,重点是结构体i2c_imx下面我们将重点介绍这个结构体。

imx_i2c_struct结构体
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struct imx_i2c_struct {
    struct i2c_adapter      adapter;
    struct clk              *clk;
    void __iomem            *base;
    wait_queue_head_t       queue;
    unsigned long           i2csr;
    unsigned int            disable_delay;
    int                     stopped;
    unsigned int            ifdr; /* IMX_I2C_IFDR */
    unsigned int            cur_clk;
    unsigned int            bitrate;
    const struct imx_i2c_hwdata     *hwdata;

    struct imx_i2c_dma      *dma;
};

imx_i2c_struct结构体成员较多,其中大多数是用于保存i2c硬件信息。

  • clk: clk结构体保存时钟相关信息

  • bitrate: 保存i2c的波特率

  • dma: struct imx_i2c_dma 结构体 dam相关信息等等。

  • 第38-44行:初始化i2c_imx结构体,根据前面讲解,i2c_imx结构体内有一个imx_i2c_struct类型的结构体,在程序中它代表一个实际的i2c总线。这部分初始化代码大多数用于初始化imx_i2c_struct结构体的成员。其中我们需要特别关心“i2c_imx->adapter.algo = &i2c_imx_algo;”,它就是用于初始化“访问总线(i2c)的算法”。“i2c_imx_algo”定义如下。

i2c_algorithm结构体实例i2c_imx_algo
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static struct i2c_algorithm i2c_imx_algo = {
    .master_xfer    = i2c_imx_xfer,
    .functionality  = i2c_imx_func,
};

i2c_imx_algo结构体内指定了两个函数,它们就是外部访问i2c总线的接口:

  • 函数i2c_imx_func只是用于返回当前所处状态。

  • 函数i2c_imx_xfer真正实现外部访问i2c总线。

i2c_imx_xfer函数定义如下(省略了具体的函数实现)。

i2c_imx_xfer函数
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static int i2c_imx_xfer(struct i2c_adapter *adapter, struct i2c_msg *msgs, int num)

在编写设备驱动时我们会使用“i2c_transfer”函数执行数据的传输,i2c_transfer函数最终就是调用i2c_imx_xfer函数实现具体的收发工作。 在编写设备驱动时我们会详细介绍i2c_transfer函数的用法。

  • 第47-83行:完成一些基本的初始化,从上到下依次为 获取i2c的时钟、使能i2c时钟、请求中断、初始化队列、设置i2c_adapter结构体的data参数、设置i2c1的时钟分频、设置寄存器为默认值。

  • 第86-90行:添加i2c adapter 。根据之前讲解,在系统中一个i2c adapter(一个i2c_adapter结构体)对应一个i2c设备,这一步就是将i2c添加到系统中。参数就是我们前面部分初始化的i2c_imx->adapter结构体。

  • 第92-103行:设置平台驱动程序数据,配置DMA等。

整个.prob函数完成了两个主要工作 。第一,初始化i2c1硬件,第二,初始化一个“代表i2c1”的i2c_adapter结构体,并将其添加到系统中。

.probe函数完成了i2c的基本初始化并将其添加到了系统中。i2c总线驱动的另外一个重要工作就是实现i2c对外接口函数。 我们在初始化i2c_adapter结构体时已经初始化了*访问总线算法结构体* i2c_adapter->i2c_algorithm。 具体代码为 i2c_imx->adapter.algo = &i2c_imx_algo

在i2c_imx_algo结构体源码如下所示。

i2c_imx_algo结构体
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static struct i2c_algorithm i2c_imx_algo = {
    .master_xfer    = i2c_imx_xfer,
    .functionality  = i2c_imx_func,
};

在i2c设备驱动程序中“i2c_transfer”函数的读、写工工作实际由i2c_imx_xfer函数完成,i2c_imx_xfer函数就是i2c总线驱动中实现具体收发工作的函数。i2c_imx_xfer部分代码如下所示。

i2c_imx_xfer函数
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static int i2c_imx_xfer(struct i2c_adapter *adapter, struct i2c_msg *msgs, int num)
{
            ...
    /* read/write data */
    for (i = 0; i < num; i++) {
            if (i == num - 1)
                    is_lastmsg = true;

            if (i) {
                    dev_dbg(&i2c_imx->adapter.dev,
                            "<%s> repeated start\n", __func__);
                    temp = imx_i2c_read_reg(i2c_imx, IMX_I2C_I2CR);
                    temp |= I2CR_RSTA;
                    imx_i2c_write_reg(temp, i2c_imx, IMX_I2C_I2CR);
                    result =  i2c_imx_bus_busy(i2c_imx, 1);
                    if (result)
                            goto fail0;
            }
            dev_dbg(&i2c_imx->adapter.dev,
                    "<%s> transfer message: %d\n", __func__, i);
            /* write/read data */
                    ...
            if (msgs[i].flags & I2C_M_RD)
                    result = i2c_imx_read(i2c_imx, &msgs[i], is_lastmsg);
            else {
                    if (i2c_imx->dma && msgs[i].len >= DMA_THRESHOLD)
                            result = i2c_imx_dma_write(i2c_imx, &msgs[i]);
                    else
                            result = i2c_imx_write(i2c_imx, &msgs[i]);
            }
            if (result)
                    goto fail0;
    }
            ...
}

从以上代码中可以看到i2c_imx_xfer函数会调用i2c_imx_dma_write、i2c_imx_read、 imx_i2c_write_reg等等基本收发函数实现数据的收发工作,这些基本的收发函数由i2c总线驱动实现。

至此,我们知道i2c总线驱动完成了i2c的硬件初始化、将i2c总线添加到系统、并提供外界访问i2c总线的接口函数。 我们的i2c设备驱动只需要根据特定设备使用这些接口函数即可。

2.4. i2c设备驱动核心函数

i2c_add_adapter()

向linux系统注册一个i2c适配器

注册一个i2c适配器 (内核源码/drivers/i2c/i2c-core-base.c)
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    //linux系统自动设置i2c适配器编号(adapter->nr)
    int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adapter)
    //手动设置i2c适配器编号(adapter->nr)
    int i2c_add_numbered_adapter(struct i2c_adapter *adapter)

参数:

  • adapter: i2c物理控制器对应的适配器

返回值:

  • 成功: 0

  • 失败: 负数

i2c_add_driver()宏

注册一个i2c驱动 (内核源码/include/linux/i2c.h)
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    #define i2c_add_driver(driver)

这个宏函数的本质是调用了i2c_register_driver()函数,函数如下。

i2c_register_driver()函数

注册一个i2c驱动 (内核源码/drivers/i2c/i2c-core-base.c)
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    int i2c_register_driver(struct module *owner, struct i2c_driver *driver)

参数:

  • owner: 一般为 THIS_MODULE

  • driver: 要注册的 i2c_driver.

返回值:

  • 成功: 0

  • 失败: 负数

i2c_transfer()函数

i2c_transfer()函数最终就是调用我们前面讲到的i2c_imx_xfer()函数来实现数据传输。

收发i2c消息 (内核源码/drivers/i2c/i2c-core-base.c)
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    int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num)

参数:

  • adap : struct i2c_adapter 结构体,收发消息所使用的i2c适配器,i2c_client 会保存其对应的 i2c_adapter

  • msgs: struct i2c_msg 结构体,i2c要发送的一个或多个消息

  • num : 消息数量,也就是msgs的数量

返回值:

  • 成功: 发送的msgs的数量

  • 失败: 负数

i2c_msg结构体

描述一个iic消息 (内核源码/include/uapi/linux/i2c.h)
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    struct i2c_msg {
            __u16 addr;     /* slave address                        */
            __u16 flags;
            ...
            __u16 len;              /* msg length                           */
            __u8 *buf;              /* pointer to msg data                  */
    };
  • addr: iic设备地址

  • flags: 消息传输方向和特性。I2C_M_RD:表示读取消息;0:表示发送消息。

  • len: 消息数据的长度

  • buf: 字符数组存放消息,作为消息的缓冲区

i2c_master_send()函数

发送一个i2c消息 (内核源码/include/linux/i2c.h)
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    static inline int i2c_master_send(const struct i2c_client *client,
                                    const char *buf, int count)
    {
            return i2c_transfer_buffer_flags(client, (char *)buf, count, 0);
    };

i2c_master_recv()函数

接收一个i2c消息 (内核源码/include/linux/i2c.h)
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    static inline int i2c_master_recv(const struct i2c_client *client,
                                    char *buf, int count)
    {
            return i2c_transfer_buffer_flags(client, buf, count, I2C_M_RD);
    };

i2c_transfer_buffer_flags()函数

发送一个i2c消息 (内核源码/drivers/i2c/i2c-core-base.c)
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    int i2c_transfer_buffer_flags(const struct i2c_client *client, char *buf,
                                    int count, u16 flags)
    {
            int ret;
            struct i2c_msg msg = {
                    .addr = client->addr,
                    .flags = flags | (client->flags & I2C_M_TEN),
                    .len = count,
                    .buf = buf,
            };

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

            /*
            * If everything went ok (i.e. 1 msg transferred), return #bytes
            * transferred, else error code.
            */
            return (ret == 1) ? count : ret;
    }

下面以mpu6050为例讲解如何编写i2c设备驱动。

2.5. mpu6050驱动实验

2.5.1. 硬件介绍

本节实验使用到 EBF6ULL-PRO 开发板上的 MPU6050。

MPU6050是一款运动处理传感器,它集成了3轴MEMS陀螺仪,3轴MEMS加速度计。

2.5.1.1. 硬件原理图分析

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MPU6050是通过i2c连接到开发板的,其中传感器上的SDA和SCL连到开发板i2c1; 开发板要控制MPU6050需要先复用这两个引脚为i2c控制器引脚。

查看MPU芯片手册我们可以知道,MPU6050的slave地址为b110100X,七位字长,最低有效位X由AD0管脚上的逻辑电平决定。 从原理图上可以看到,AD0接地,则地址为b1101000,也就是0x68。

2.5.1.2. 设备树

由上面的原理图分析,我们可以得到下面的设备树。

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mpu6050设备树插件
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    pinctrl_i2c1: i2c1grp {
            fsl,pins = <
                    MX6UL_PAD_UART4_TX_DATA__I2C1_SCL 0x4001b8b0
                    MX6UL_PAD_UART4_RX_DATA__I2C1_SDA 0x4001b8b0
            >;
    };

    &i2c1{
            clock-frequency = <100000>;
            pinctrl-names = "default";
            pinctrl-0 = <&pinctrl_i2c1>;
            status = "okay";

            i2c_mpu6050@68 {
                                    compatible = "fire,i2c_mpu6050";
                                    reg = <0x68>;
                                    status = "okay";
            };
    };
  • 第1行: 在iomuxc子节点下面添加新的子节点pinctrl_i2c1: i2c1grp。

  • 第2-5行: 在fsl,pins属性声明引脚组MX6UL_PAD_UART4_TX_DATA__I2C1_SCL和MX6UL_PAD_UART4_RX_DATA__I2C1_SDA。

  • 第8行: 是在i2c1控制器下面设置i2c1属性。

  • 第9行: 设置i2c1控制器的时钟频率100k。

  • 第10行: 设置引脚默认状态。

  • 第11行: 设置pinctrl_i2c1为具体的引脚组。

  • 第12行: 设置i2c1控制器状态为okay。

  • 第13行: 添加MPU6050子节点,

  • 第14行: 设置MPU6050子节点属性为fire,i2c_mpu6050,和驱动保持一致即可。

  • 第15行: 设置reg属性,reg属性只需要指定MPU6050在i2c1总线上的地址,原理图分析可知为0x68。

2.5.2. 实验代码讲解

本章的示例代码目录为:linux_driver/I2c_MPU6050

2.5.2.1. 编程思路

i2c_mpu6050驱动实验编程思路如下:

  • 分析硬件原理图,编写mpu6050的设备树插件,前面已实现。

  • 编写mpu6050驱动程序,

  • 编写简单测试应用程序。

2.5.2.2. mpu6050驱动实现

由于NXP官方已经写好了i2c的总线驱动,mpu6050这个设备驱动就变得很简单,下面结合代码介绍mpu6050设别驱动实现。

和平台设备驱动类似,pu6050驱动程序结构如下:

mpu6050驱动程序结构
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static int i2c_write_mpu6050(struct i2c_client *mpu6050_client, u8 address, u8 data)
{
    return 0;
}
static int i2c_read_mpu6050(struct i2c_client *mpu6050_client, u8 address, void *data, u32 length)
{
    return 0;
}
static int mpu6050_init(void)
{
    return 0;
}

/*字符设备操作函数集,open函数实现*/
static int mpu6050_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    return 0;
}
/*字符设备操作函数集,.read函数实现*/
static ssize_t mpu6050_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *off)
{
    return 0;
}
/*字符设备操作函数集,.release函数实现*/
static int mpu6050_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    return 0;
}
/*字符设备操作函数集*/
static struct file_operations mpu6050_chr_dev_fops =
    {
            .owner = THIS_MODULE,
            .open = mpu6050_open,
            .read = mpu6050_read,
            .release = mpu6050_release,
};

/*i2c总线设备函数集*/
static int mpu6050_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)
{
    return 0;
}
static int mpu6050_remove(struct i2c_client *client)
{
    /*删除设备*/
    return 0;
}

/*定义i2c总线设备结构体*/
struct i2c_driver mpu6050_driver = {
    .probe = mpu6050_probe,
    .remove = mpu6050_remove,
    .id_table = gtp_device_id,
};

/*
 * 驱动初始化函数
 */
static int __init mpu6050_driver_init(void)
{
    return 0;
}

/*
 * 驱动注销函数
 */
static void __exit mpu6050_driver_exit(void)
{

}

module_init(mpu6050_driver_init);
module_exit(mpu6050_driver_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

驱动程序可分为如下四部分内容(从下往上看):

  • 第49-73行: 定义i2c总线设备结构体并实现i2c总线设备的注册和注销函数,在这里就是程驱动程序的入口和出口函数。

  • 第38-47行: 实现i2c总线设备结构体中定义的操作函数,主要是.probe匹配函数,在.probe函数中添加、注册一个字符设备,这个字符设备用于实现mpu6050的具体功能。

  • 第14-36行: 定义并实现字符设备操作函数集。在应用程序中的open、read操作传到内核后就是执行这些函数,所以他们要真正实现对mpu6050的初始化以及读取转换结果。

  • 第1-12行: 具体的读、写mpu6050的函数,它们被第三部分的函数调用,用户自行定义。

下面我们将按照这四部分内容介绍mpu6050设备驱动程序实现。

2.5.2.2.1. 驱动入口和出口函数实现

驱动入口和出口函数仅仅用于注册、注销i2c设备驱动,代码如下:

mpu6050驱动入口和出口函数实现 (linux_driver/I2c_MPU6050/i2c_mpu6050.c)
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/*定义ID 匹配表*/
static const struct i2c_device_id gtp_device_id[] = {
    {"fire,i2c_mpu6050", 0},
    {}};

/*定义设备树匹配表*/
static const struct of_device_id mpu6050_of_match_table[] = {
    {.compatible = "fire,i2c_mpu6050"},
    {/* sentinel */}};

/*定义i2c设备结构体*/
struct i2c_driver mpu6050_driver = {
    .probe = mpu6050_probe,
    .remove = mpu6050_remove,
    .id_table = gtp_device_id,
    .driver = {
            .name = "fire,i2c_mpu6050",
            .owner = THIS_MODULE,
            .of_match_table = mpu6050_of_match_table,
    },
};

/*
*驱动初始化函数
*/
static int __init mpu6050_driver_init(void)
{
    int ret;
    pr_info("mpu6050_driver_init\n");
    ret = i2c_add_driver(&mpu6050_driver);
    return ret;
}

/*
*驱动注销函数
*/
static void __exit mpu6050_driver_exit(void)
{
    pr_info("mpu6050_driver_exit\n");
    i2c_del_driver(&mpu6050_driver);
}

module_init(mpu6050_driver_init);
module_exit(mpu6050_driver_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
  • 第1-9行: 定义设备树匹配表。

  • 第13-14行: .probe和.remove,它们是i2c设备的操作函数,.probe函数在匹配成功后会执行,设备注销之前.remove函数会执行,稍后我们会实现这两个函数。

  • 第12-21行: 定义的i2c设备驱动结构体mpu6050_driver,和我们之前学习的平台设备驱动类似,一个“结构体”代表了一个设备。结构体内主要成员介绍如下, “.id_table”和“.of_match_table”,它们用于和匹配设备树节点,具体实现如代码如第二行、第七行。

  • 第26-41行: 就是我们常说的驱动入口和出口函数。在入口函数内我们调用“i2c_add_driver”函数添加一个i2c设备驱动。在出口函数内调用“i2c_del_driver”函数删除一个i2c设备驱动。它们的参数都只有一个i2c设备驱动结构体。

2.5.2.2.2. .probe函数和.remove函数实现

通常情况下.probe用于实现一些初始化工作,.remove用于实现退出之前的清理工作。 mpu6050需要初始化的内容很少,我们放到了字符设备的.open函数中实现.probe函数只需要添加、注册一个字符设备即可。 程序源码如下所示:

mpu6050驱动.prob和.remove函数实现 (linux_driver/I2c_MPU6050/i2c_mpu6050.c)
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static int mpu6050_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)
{
    int ret = -1; //保存错误状态码
    printk(KERN_EMERG "\t  match successed  \n");
    //采用动态分配的方式,获取设备编号,次设备号为0
    ret = alloc_chrdev_region(&mpu6050_devno, 0, DEV_CNT, DEV_NAME);
    if (ret < 0)
    {
            printk("fail to alloc mpu6050_devno\n");
            goto alloc_err;
    }
    ...
}


static int mpu6050_remove(struct i2c_client *client)
{
    /*删除设备*/
    device_destroy(class_mpu6050, mpu6050_devno);     //清除设备
    class_destroy(class_mpu6050);                                     //清除类
    cdev_del(&mpu6050_chr_dev);                                               //清除设备号
    unregister_chrdev_region(mpu6050_devno, DEV_CNT); //取消注册字符设备
    return 0;
}
  • .probe函数仅仅注册了一个字符设备,注册字符设备已经在之前的驱动程序中多次使用,这里不再赘述。

  • .remove函数工作是注销字符设备。

2.5.2.2.3. 实现字符设备操作函数集

在.probe函数中添加了一个字符设备,mpu6050的初始化以及转换结果的读取都在这个字符设备的操作函数中实现, 其中最主要是.open 和.read函数。下面是这两个函数的实现。

.open函数实现(我们在.open函数中配置mpu6050),具体代码如下:

open函数实现 (linux_driver/I2c_MPU6050/i2c_mpu6050.c)
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/*字符设备操作函数集,open函数实现*/
static int mpu6050_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    // printk("\n mpu6050_open \n");
    /*向 mpu6050 发送配置数据,让mpu6050处于正常工作状态*/
    mpu6050_init();
    return 0;
}

/*初始化i2c
 *返回值,成功,返回0。失败,返回 -1
 */
static int mpu6050_init(void)
{
    int error = 0;
    /*配置mpu6050*/
    error += i2c_write_mpu6050(mpu6050_client, PWR_MGMT_1, 0X00);
    error += i2c_write_mpu6050(mpu6050_client, SMPLRT_DIV, 0X07);
    error += i2c_write_mpu6050(mpu6050_client, CONFIG, 0X06);
    error += i2c_write_mpu6050(mpu6050_client, ACCEL_CONFIG, 0X01);

    if (error < 0)
    {
            /*初始化错误*/
            printk(KERN_DEBUG "\n mpu6050_init error \n");
            return -1;
    }
    return 0;
}


/*通过i2c 向mpu6050写入数据
 *mpu6050_client:mpu6050的i2c_client结构体。
 *address, 数据要写入的地址,
 *data, 要写入的数据
 *返回值,错误,-1。成功,0
 */
static int i2c_write_mpu6050(struct i2c_client *mpu6050_client, u8 address, u8 data)
{
    int error = 0;
    u8 write_data[2];
    struct i2c_msg send_msg; //要发送的数据结构体

    /*设置要发送的数据*/
    write_data[0] = address;
    write_data[1] = data;

    /*发送 iic要写入的地址 reg*/
    send_msg.addr = mpu6050_client->addr; //mpu6050在 iic 总线上的地址
    send_msg.flags = 0;                                       //标记为发送数据
    send_msg.buf = write_data;                        //写入的首地址
    send_msg.len = 2;                                         //reg长度

    /*执行发送*/
    error = i2c_transfer(mpu6050_client->adapter, &send_msg, 1);
    if (error != 1)
    {
            printk(KERN_DEBUG "\n i2c_transfer error \n");
            return -1;
    }
    return 0;
}
  • 第2行: 在.open函数中仅仅调用了我们自己编写的mpu6050_init函数。

  • 第13-29行: 调用i2c_write_mpu6050函数向mpu6050发送控制参数,控制参数可参考芯片手册,我们重点讲解函数i2c_write_mpu6050实现。

  • 第33行: 参数mpu6050_client是i2c_client类型的结构体,填入mpu6050设备对应的i2c_client结构体即可。

  • 第34行: 参数address,用于设置要写入的地址这个地址是要写入mpu6050的内部地址。

  • 第35行: 参数data, 指定要写入的数据。

  • 第42行: 定义struct i2c_msg结构体,用来装要发送数据。

  • 第45-46行: 写入数据时要先发送写入的地址然后发送要写入的数据,这里用长度为二的数组保存地址和数据

  • 第49-52: i2c_msg结构体填入总线上的地址,标记发送数据,首地址,以及reg长度。

  • 第55行: i2c_write_mpu6050函数,该函数是对i2c_transfer函数的封装,而i2c_transfer是系统提供的i2c设备驱动发送函数,根据之前讲解这个函数最终会调用i2c总线驱动里的函数,最终由i2c总线驱动执行收、发工作。我们这里要做的就是按照规定的格式编写要发送的数据。

mpu6050_read函数源码如下所示。

 .read函数实现 (linux_driver/I2c_MPU6050/i2c_mpu6050.c)
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/*字符设备操作函数集,.read函数实现*/
static ssize_t mpu6050_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *off)
{

    char data_H;
    char data_L;
    int error;
    short mpu6050_result[6]; //保存mpu6050转换得到的原始数据

    i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, ACCEL_XOUT_H, &data_H, 1);
    i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, ACCEL_XOUT_L, &data_L, 1);
    mpu6050_result[0] = data_H << 8;
    mpu6050_result[0] += data_L;

    i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, ACCEL_YOUT_H, &data_H, 1);
    i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, ACCEL_YOUT_L, &data_L, 1);
    mpu6050_result[1] = data_H << 8;
    mpu6050_result[1] += data_L;

    i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, ACCEL_ZOUT_H, &data_H, 1);
    i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, ACCEL_ZOUT_L, &data_L, 1);
    mpu6050_result[2] = data_H << 8;
    mpu6050_result[2] += data_L;

    i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, GYRO_XOUT_H, &data_H, 1);
    i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, GYRO_XOUT_L, &data_L, 1);
    mpu6050_result[3] = data_H << 8;
    mpu6050_result[3] += data_L;

    i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, GYRO_YOUT_H, &data_H, 1);
    i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, GYRO_YOUT_L, &data_L, 1);
    mpu6050_result[4] = data_H << 8;
    mpu6050_result[4] += data_L;

    i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, GYRO_ZOUT_H, &data_H, 1);
    i2c_read_mpu6050(mpu6050_client, GYRO_ZOUT_L, &data_L, 1);
    mpu6050_result[5] = data_H << 8;
    mpu6050_result[5] += data_L;

    /*将读取得到的数据拷贝到用户空间*/
    error = copy_to_user(buf, mpu6050_result, cnt);

    if(error != 0)
    {
            printk("copy_to_user error!");
            return -1;
    }
    return 0;
}

.read函数很简单,大致分为如下两部分,重点是i2c_read_mpu6050函数的实现。

  • 第10-38行: 调用i2c_read_mpu6050函数读取mpu6050转换结果。

  • 第41行: 调用copy_to_user函数将转换得到的数据拷贝到用户空间。

 i2c_read_mpu6050函数实现 (linux_driver/I2c_MPU6050/i2c_mpu6050.c)
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static int i2c_read_mpu6050(struct i2c_client *mpu6050_client, u8 address, void *data, u32 length)
{
    int error = 0;
    u8 address_data = address;
    struct i2c_msg mpu6050_msg[2];

    /*设置读取位置i2c_msg*/
    mpu6050_msg[0].addr = mpu6050_client->addr; //mpu6050在 iic 总线上的地址
    mpu6050_msg[0].flags = 0;                                       //标记为发送数据
    mpu6050_msg[0].buf = &address_data;                     //写入的首地址
    mpu6050_msg[0].len = 1;                                         //写入长度

    /*读取i2c_msg*/
    mpu6050_msg[1].addr = mpu6050_client->addr; //mpu6050在 iic 总线上的地址
    mpu6050_msg[1].flags = I2C_M_RD;                        //标记为读取数据
    mpu6050_msg[1].buf = data;                                      //读取得到的数据保存位置
    mpu6050_msg[1].len = length;                            //读取长度

    error = i2c_transfer(mpu6050_client->adapter, mpu6050_msg, 2);

    if (error != 2)
    {
            printk(KERN_DEBUG "\n i2c_read_mpu6050 error \n");
            return -1;
    }
    return 0;
}

它与我们之前讲解的i2c_write_mpu6050函数很相似,结合源码介绍如下:

  • 第1行: 参数mpu6050_client是i2c_client类型的结构体,填入mpu6050设备对应的i2c_client结构体即可。参数address,用于设置要读取的地址这个地址是要读取的mpu6050的内部地址。参数data,保存读取得到的数据。参数length,指定去取长度,单位字节。

  • 第3-5行: 定义的一些变量,其中i2c_msg结构体,读取工作与写入不同,读取时需要先写入要读取的地址然后再执行读取。

  • 第8-17行: 初始化i2c_msg结构体。这里初始化了两个,第一个是写入要读取的地址,第二个执行读取,特别注意的是第一个i2c_msg结构体的flags设置为0(或者I2C_M_RD | I2C_M_REV_DIR_ADDR),第二个i2c_msg结构体的flags设置为1(或者I2C_M_RD)。

  • 第19行: 和i2c_write_mpu6050()函数相同,调用i2c_transfer函数,最终由i2c总线驱动执行收、发工作。

2.5.2.3. mpu6050测试应用程序实现

这里编写一个简单地测试应用程序测试驱动是否正常,很简单,只需要打开、读取、打印即可。测试代码如下所示。

 mpu6050测试程序
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#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    short resive_data[6];
    printf("led_tiny test\n");

    /*打开文件*/
    int fd = open("/dev/I2C1_mpu6050", O_RDWR);
    if(fd < 0)
    {
            printf("open file : %s failed !\n", argv[0]);
            return -1;
    }

    /*读取数据*/
    int error = read(fd,resive_data,12);
    if(error < 0)
    {
        printf("write file error! \n");
        close(fd);
        /*判断是否关闭成功*/
    }

    printf("AX=%d, AY=%d, AZ=%d ",(int)resive_data[0],(int)resive_data[1],(int)resive_data[2]);
    printf("GX=%d, GY=%d, GZ=%d \n \n",(int)resive_data[3],(int)resive_data[4],(int)resive_data[5]);

    /*关闭文件*/
    error = close(fd);
    if(error < 0)
    {
        printf("close file error! \n");
    }

    return 0;
}
  • 第8行: 保存收到的 mpu6050转换结果数据,依次为 AX(x轴角度), AY, AZ 。GX(x轴加速度), GY ,GZ

  • 第12-17行: 打开MPU6050设备文件。

  • 第20-29行: 读取传感器是并打印

测试应用程序很简单,我们不过多介绍,只说明一点,在驱动的.read函数中我们每次读取了6050的AX, AY, AZ ,GX, GY ,GZ共六个short类型数据,在应用程序中每次读取也要读这么多。

2.5.3. 实验准备

2.5.3.1. 编译设备树

linux_driver/I2c_MPU6050/imx6ull-mmc-npi.dts 拷贝到 内核源码/arch/arm/boot/dts/

如下命令编译设备树:

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make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- npi_v7_defconfig
make ARCH=arm -j4 CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- dtbs

编译成功后生成的设备树文件(.dtb)位于源码目录下的 内核源码/arch/arm/boot/dts, 开发板适配的设备树文件名为 imx6ull-mmc-npi.dts

2.5.3.2. 编译驱动程序和应用程序

linux_driver/I2c_MPU6050/ 拷贝到内核源码同级目录,执行里面的MakeFile,生成i2c_mpu6050.ko和6050_test_app

5|

2.5.4. 程序运行结果

2.5.4.1. 加载设备树

通过SCP或NFS将编译好的设备树拷贝到开发板上。替换掉原来的设备树文件 /usr/lib/linux-image-4.19.35-imx6/imx6ull-mmc-npi.dts

除此以外还需要将开发板上其他i2c设备屏蔽,打开/boot/目录下的uEnv.txt文件,屏蔽如下内容。

5|

reboot 重启开发板。

2.5.4.2. 测试效果

加载i2c_mpu6050.ko,拿起开发板,运行6050_test_app即可看到如下效果。

5|

注意:这里采集的是原始数据,所以波动较大是正常的。