12. I2C通讯

本章介绍在应用层中使用I2C总线与外部设备的通讯，讲解Linux系统总线类型设备驱动架构的应用。

在Linux内核文档的Documentation/i2c目录下有关于I2C驱动非常详细的说明。

本章的示例代码目录为：base_linux/i2c

12.1. I2C通讯协议简介

I2C 通讯协议(Inter－Integrated Circuit)是由Phiilps公司开发的， 由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要USART、CAN等通讯协议的外部收发设备， 被广泛地使用在多个集成电路(IC)间的通讯。

下面我们分别对I2C协议的物理层及协议层进行讲解。

12.1.1. I2C物理层

I2C通讯设备之间的常用连接方式如下图。

常见的I2C通讯系统

它的物理层有如下特点：

  • 它是一个支持多设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。 在一个I2C通讯总线中，可连接多个I2C通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。

  • 一个I2C总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA) ，一条串行时钟线 (SCL)。 数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。

  • 每个连接到总线的设备都有一个独立的设备地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。 其中地址是一个七位或十位的数字。

  • 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。

  • 多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。

  • 具有三种传输模式：标准模式传输速率为100kbit/s ，快速模式为400kbit/s ， 高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多I2C设备尚不支持高速模式。

  • 连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF 限制 。

12.1.2. 协议层

I2C的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。

12.1.2.1. I2C基本读写过程

先看看I2C通讯过程的基本结构，它的通讯过程常有如下三种方式。

主机写数据到从机 主机由从机中读数据 I2C通讯复合格式

图例：

  • i2cbus006 ：数据由主机传输至从机

  • S ： 传输开始信号

  • SLAVE_ADDRESS: 从机地址

  • i2cbus007 ：数据由从机传输至主机

  • R ： 传输方向选择位，1为读，0为写

  • A ： 应答(ACK)或非应答(NACK)信号

  • P ： 停止传输信号

这些图表示的是主机和从机通讯时，SDA线的数据包序列。

  1. 其中S表示由主机的I2C接口产生的传输起始信号(S)，这时连接到I2C总线上的所有从机都会接收到这个信号。

  2. 起始信号产生后，所有从机就开始等待主机紧接下来广播 的从机地址信号 (SLAVE_ADDRESS)。 在I2C总线上，每个设备的地址都是唯一的，当主机广播的地址与某个设备地址相同时，这个设备就被选中了，没被选中的设备将会忽略之后的数据信号。 根据I2C协议，这个从机地址可以是7位或10位。

  3. 在地址位之后，是传输方向的选择位，该位为0，表示后面的数据传输方向是由主机传输至从机，即主机向从机写数据。该位为1，则相反，即主机由从机读数据。

  4. 从机接收到匹配的地址后，主机或从机会返回一个应答(ACK)或非应答(NACK)信号，只有接收到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。

写数据方向:

若配置的方向传输位为 “写数据” 方向，即第一幅图的情况，广播完地址，接收到应答信号后， 主机开始正式向从机 传输数据(DATA) ，数据包的大小为8位，主机每发送完一个字节数据， 都要等待从机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以向从机传输N个数据，这个N没有大小限制。 当数据传输结束时，主机向从机发送一个停止传输信号(P)，表示不再传输数据。

读数据方向:

若配置的方向传输位为 “读数据” 方向，即第二幅图的情况，广播完地址，接收到应答信号后， 从机开始向主机 返回数据(DATA) ，数据包大小也为8位，从机每发送完一个数据， 都会等待主机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以返回N个数据，这个N也没有大小限制。 当主机希望停止接收数据时，就向从机返回一个非应答信号(NACK)，则从机自动停止数据传输。

复合格式:

除了基本的读写，I2C通讯更常用的是 复合格式 ，即第三幅图的情况，该传输过程有 两次起始信号(S) 。 一般在第一次传输中，主机通过SLAVE_ADDRESS寻找到从设备后，发送一段“数据”， 这段数据通常用于表示从设备内部的寄存器或存储器地址(注意区分它与SLAVE_ADDRESS的区别)； 在第二次的传输中，对该地址的内容进行读或写。也就是说，第一次通讯是告诉从机读写地址，第二次则是读写的实际内容。

以上通讯流程中包含的起始、停止、数据有效性、地址和数据方向以及响应的说明按小节如下。

12.1.2.2. 通讯的起始和停止信号

前文中提到的起始(S)和停止(P)信号是两种特殊的状态，起始和停止信号一般由主机产生。如下图。

  • 当 SCL 线是高电平时 SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示通讯的起始。

  • 当 SCL 是高电平时 SDA 线由低电平向高电平切换，表示通讯的停止。

如下图:

起始和停止信号

12.1.2.3. 数据有效性

I2C使用SDA信号线来传输数据，使用SCL信号线进行数据同步，如下图。 SDA数据线在SCL的每个时钟周期传输一位数据。

  • 传输时，SCL为高电平的时候SDA表示的数据有效，即此时的SDA为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。

  • 当SCL为低电平时，SDA的数据无效，一般在这个时候SDA进行电平切换，为下一次表示数据做好准备。

如下图:

数据有效性

每次数据传输都以字节为单位，每次传输的字节数不受限制。

12.1.2.4. 地址及数据方向

I2C总线上的每个设备都有自己的独立地址，主机发起通讯时，通过SDA信号线发送设备地址(SLAVE_ADDRESS)来查找从机。 I2C协议规定设备地址可以是7位或10位，实际中7位的地址应用比较广泛。

紧跟设备地址的一个数据位用来表示数据传输方向，它是数据方向位(R/)，第8位或第11位。 数据方向位为“1”时表示主机由从机读数据，该位为“0”时表示主机向从机写数据。

如下图：

设备地址(7位)及数据传输方向

  • 读数据方向时，主机会释放对SDA信号线的控制，由从机控制SDA信号线，主机接收信号。

  • 写数据方向时，SDA由主机控制，从机接收信号。

12.1.2.5. 响应

I2C的数据和地址传输都带响应。响应包括“应答(ACK)”和“非应答(NACK)”两种信号。 作为数据接收端时，当设备(无论主从机)接收到I2C传输的一个字节数据或地址后：

  • 若希望对方 继续发送数据 ，则需要向对方发送 “应答(ACK)” 信号，发送方会继续发送下一个数据；

  • 若接收端希望 结束数据传输 ，则向对方发送 “非应答(NACK)” 信号，发送方接收到该信号后会产生一个停止信号，结束信号传输。如下图。

如下图:

响应与非响应信号

传输时主机产生时钟，在第9个时钟时，数据发送端会释放SDA的控制权，由数据接收端控制SDA，若SDA为高电平，表示非应答信号(NACK)，低电平表示应答信号(ACK)。

本章介绍在应用层中使用I2C总线与外部设备的通讯，讲解Linux系统总线类型设备驱动架构的应用。

12.2. LubanCat板卡i2c引脚

本章主要围绕带有40Pin引脚的LubanCat-RK系列的板子以及带有30Pin引脚的Lubancat-Q1系列板子,如下

  • LubanCat-Zero W

  • LubanCat-Zero N

  • LubanCat-1

  • LubanCat-1N

  • LubanCat-2

  • LubanCat-2N

  • LubanCat-4

LubanCat 0-2系列板子有2个I2C外设，分别是i2c-3,i2c-5。

LubanCat 0-2系列:

I2C

物理引脚

功能

I2C3-SCL

5

i2c3的时钟信号线

I2C3-SDA

3

i2c3的数据线

I2C5-SCL

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i2c5的时钟信号线

I2C5-SDA

27

i2c5的数据线

如下图：

未找到图片

LubanCat 4板子有5个I2C外设，分别是i2c-2,i2c-3,i2c-5,i2c-6,i2c-8。

LubanCat 4:

I2C

物理引脚

功能

I2C2-SCL

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i2c2的时钟信号线

I2C2-SDA

7

i2c2的数据线

I2C3-SCL

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i2c3的时钟信号线

I2C3-SDA

37

i2c3的数据线

I2C5-SCL

5

i2c5的时钟信号线

I2C5-SDA

3

i2c5的数据线

I2C6-SCL

28

i2c6的时钟信号线

I2C6-SDA

27

i2c6的数据线

I2C8-SCL

12

i2c6的时钟信号线

I2C8-SDA

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i2c6的数据线

如下图：

未找到图片

对应实物的40pin接口

LubanCat Q1板子有4个I2C外设，分别是i2c-0,i2c-1,i2c-3,i2c-6。

LubanCat Q1:

I2C

物理引脚

功能

I2C0-SCL

11

i2c0的时钟信号线

I2C0-SDA

7

i2c0的数据线

I2C1-SCL

15

i2c1的时钟信号线

I2C1-SDA

13

i2c1的数据线

I2C3-SCL

5

i2c3的时钟信号线

I2C3-SDA

3

i2c3的数据线

I2C6-SCL

28

i2c6的时钟信号线

I2C6-SDA

27

i2c6的数据线

如下图：

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对应实物的30pin接口

12.2.1. 使能IIC通信接口

IIC接口在默认情况是关闭状态的，需要使能才能使用

12.2.1.1. 方法一

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#进入工具配置
sudo fire-config

#移动光标到下图的位置
#按确认键进入配置
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选择你要打开的I2C接口，这里以打开I2C-3为例

  1. 使用方向键移动光标到 I2C-3

  2. 按 “空格键” 选中I2C-3(出现 “*” )，如下图

  3. 按 “确认键” 进行设置

  4. 按 “Esc键” 退出到终端，运行 sudo reboot 进行重启应用

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12.2.1.2. 方法二

LubanCat各设备的配置文件

板子名称

配置文件名称

说明

当前使用的板卡

uEnv.txt

系统会自动把板卡的配置文件链接到该文件

LubanCat-RK

uEnvLubanCat-series.txt

通用板卡的配置文件，用于第一次启动配置系统

Lubancat-Zero-N

uEnvLubanCatZN.txt

适用于EBF410068 EBF410068V1

Lubancat-Zero-W

uEnvLubanCatZW.txt

适用于EBF410067 EBF410067V1

Lubancat-1

uEnvLubanCat1.txt

适用于EBF410077 EBF410077V1 EBF410077V2

Lubancat-1N

uEnvLubanCat1N.txt

适用于EBF410052 EBF410052V1

Lubancat-1金手指/BTB

uEnvLubanCat1IO.txt

适用于EBF410090 EBF410132

Lubancat-2

uEnvLubanCat2.txt

适用于EBF410044

Lubancat-2V1

uEnvLubanCat2-V1.txt

适用于EBF410044V1

Lubancat-2V2

uEnvLubanCat2-V2.txt

适用于EBF410044V2

Lubancat-2-n

uEnvLubanCat2N.txt

适用于EBF410076 EBF410076V1

Lubancat-2金手指/BTB

uEnvLubanCat2IO.txt

适用于EBF410298 EBF410297

Lubancat-4

uEnvLubanCat4.txt

适用于EBF410116

Lubancat-Q1

uEnvLubanCatQ1.txt

适用于EBF410434

可以通过打开 /boot/uEnv/board.txt （board是你所用的板子的名称），一般第一次启动已经初始化将板级uEnv.txt软链接到了/boot/uEnv/uEnv.txt，可以直接修改该文件。

查看是否启用了i2c相关设备设备树插件。

这里以激活 I2C-3 为例，将带有 I2C-3 的那一行的注释符号去掉 如下图:

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然后重启激活设备

注解

如果是直接拔插电源的方式重启，会有可能出现文件没有做出修改的情况 （原因：文件未能及时从内存同步到存储设备中，解决方法，在终端上输入 “sync” 再拔电关机）

12.3. 检查IIC 设备

可以通过一下命令查看i2c总线有没有开启

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ls /dev/i2c-*

如下图:

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12.4. 连接设备

注解

以mpu6050为例

将mpu6050接入到i2c-3的总线上，如下图所示

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#板卡与mpu6050连接

板子  ------  mpu6050
3.3V(1)  ------  VCC
GND(6)   ------  GND
SCL(5)   ------  SCL
SDA(3)   ------  SDA
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12.5. IIC 第三方工具- i2c-tools

使用i2c-tools工具包提供了一些非常方便的工具来对系统的I2C总线进行调试， 在板卡的终端中可直接执行以下命令进行安装：

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sudo apt install i2c-tools wget gcc -y

安装后可使用的命令有i2cdetect、i2cdump、i2cset以及i2cget,用于扫描I2C总线上的设备、读写指定设备的寄存器等。

12.5.1. i2cdetect其他命令

  • i2cdetect -F i2cbus：查询i2c总线的功能，参数i2cbus表示i2c总线

  • i2cdetect -V：打印软件的 -

  • i2cdetect -l：检测当前系统有几组i2c总线

12.5.1.1. i2cget命令

i2cget:读取指定IIC设备的某个寄存器的值

相关命令语法：

i2cget [-f] [-y] i2cbus chip-address [data-address [mode]]

参数说明：

  • 参数f：强制访问设备。

  • 参数y：关闭交互模式，使用该参数时，不会提示警告信息。

  • 参数i2cbus：指定i2c总线的编号

  • 参数chip-address：i2c设备地址

  • 参数data-address：设备的寄存器的地址

  • 参数mode：参考i2cdump命令。

12.5.1.2. i2cset命令

i2cset:写入指定IIC设备的某个寄存器的值

相关命令语法：

i2cset [-f] [-y] [-m mask] [-r] i2cbus chip-address data-address [value] … [mode]

参数说明：

  • 参数f：强制访问设备。

  • 参数y：关闭交互模式，使用该参数时，不会提示警告信息。

  • 参数m：

  • 参数r：写入后立即回读寄存器值，并将结果与写入的值进行比较。

  • 参数i2cbus：指定i2c总线的编号

  • 参数chip-address：i2c设备地址

  • 参数data-address：设备的寄存器的地址

  • 参数value：要写入寄存器的值

  • 参数mode：参考i2cdump命令

12.5.1.3. i2cdump命令

i2cdump：读取指定设备的全部寄存器的值。

相关命令语法：

i2cdump [-f] [-r first-last] [-y] i2cbus address [mode [bank [bankreg]]]

参数说明：

  • 参数r：指定寄存器范围，只扫描从first到last区域；

  • 参数f：强制访问设备。

  • 参数y：关闭人机交互模式；

  • 参数i2cbus：指定i2c总线的编号

  • 参数address：指定设备的地址

  • 参数mode：指定读取的大小， 可以是b, w, s或i，分别对应了字节，字，SMBus块, I2C块

i2cdump -V：打印软件的版本号

然后查看挂载在i2c-3上的器件情况，输出内容如下所示：

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root@lubancat:~# i2cdetect -a 3
WARNING! This program can confuse your I2C bus, cause data loss and worse!
I will probe file /dev/i2c-3.
I will probe address range 0x00-0x7f.
Continue? [Y/n] y
    0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- 68 -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
root@lubancat:~# ^C

其中 “68” 是为MPU6050的设备地址，常用的命令还有以下几个。

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#检测当前系统有几组i2c总线
i2cdetect -l

#查看i2c-0接口上的设备
i2cdetect -a 3

#读取指定设备的全部寄存器的值。
i2cdump  -f -y 3 0x68

#读取指定IIC设备的某个寄存器的值，如下读取地址为0x68器件中的0x01寄存器值。
i2cget -f -y 3 0x68 0x01

#写入指定IIC设备的某个寄存器的值，如下设置地址为0x68器件中的0x01寄存器值为0x6f；
i2cset -f -y 3 0x68 0x01 0x6f

12.6. 读取陀螺仪传感器数据实验

12.6.1. 实验说明

本教程将通过IIC接口读取陀螺仪(MPU6050)的原始数据。 本次实验会以i2c-3做为示例，i2c-5的操作和i2c-3的一样， 当然，如果您没有mpu6050模块，可以通过学习操作mpu6050的方式操作您想要操作的i2c设备, 在测试程序中大约每一秒读取并显示一次MPU6050的原始数据

查看IIC设备文件，确保IIC 3接口已经使能

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root@lubancat:~# ls /dev/i2c-*
/dev/i2c-0  /dev/i2c-1  /dev/i2c-3  /dev/i2c-6
root@lubancat:~#

其中“i2c-3”就是MPU6050使用到的 IIC 3接口总线。

12.6.2. ioctl函数

在编写应用程序时需要使用ioctl函数设置i2c相关配置，其函数原型如下

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 #include <sys/ioctl.h>

 int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);

其中对于终端request的值常用的有以下几种

I2C_RETRIES

设置收不到ACK时的重试次数，默认为1

I2C_TIMEOUT

设置超时时限的jiffies

I2C_SLAVE

设置从机地址

I2C_SLAVE_FORCE

强制设置从机地址

I2C_TENBIT

选择地址长度0为7位地址，非0为10位

12.6.3. 编写应用程序

根据ioctl相关参数即可编写与i2c相关的接口函数，读取mpu6050原始数据程序如下

base_linux/i2c/i2c_mpu6050/i2c_mpu6050.c
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <sys/ioctl.h>

/*寄存器地址*/
#define SMPLRT_DIV      0x19
#define PWR_MGMT_1      0x6B
#define CONFIG          0x1A
#define ACCEL_CONFIG    0x1C

#define ACCEL_XOUT_H    0x3B
#define ACCEL_XOUT_L    0x3C
#define ACCEL_YOUT_H    0x3D
#define ACCEL_YOUT_L    0x3E
#define ACCEL_ZOUT_H    0x3F
#define ACCEL_ZOUT_L    0x40
#define GYRO_XOUT_H     0x43
#define GYRO_XOUT_L     0x44
#define GYRO_YOUT_H     0x45
#define GYRO_YOUT_L     0x46
#define GYRO_ZOUT_H     0x47
#define GYRO_ZOUT_L     0x48

//从机地址 MPU6050地址
#define Address         0x68

//MPU6050操作相关函数
static int mpu6050_init(int fd,uint8_t addr);
static int i2c_write(int fd, uint8_t addr,uint8_t reg,uint8_t val);
static int i2c_read(int fd, uint8_t addr,uint8_t reg,uint8_t * val);
static short GetData(int fd,uint8_t addr,unsigned char REG_Address);

int main(int argc,char *argv[] )
{
    int  fd;
    fd = I2C_SLAVE;

    if(argc < 2){
        printf("Wrong use !!!!\n");
        printf("Usage: %s [dev]\n",argv[0]);
        return -1;
    }

    fd = open(argv[1], O_RDWR); // open file and enable read and  write
    if (fd < 0){
        printf("Can't open %s \n",argv[1]); // open i2c dev file fail
        exit(1);
    }

    //初始化MPU6050
    mpu6050_init(fd,Address);
    while(1){
        usleep(1000 * 10);
        printf("ACCE_X:%6d\n ", GetData(fd,Address,ACCEL_XOUT_H));
        usleep(1000 * 10);
        printf("ACCE_Y:%6d\n ", GetData(fd,Address,ACCEL_YOUT_H));
        usleep(1000 * 10);
        printf("ACCE_Z:%6d\n ", GetData(fd,Address,ACCEL_ZOUT_H));
        usleep(1000 * 10);
        printf("GYRO_X:%6d\n ", GetData(fd,Address,GYRO_XOUT_H));
        usleep(1000 * 10);
        printf("GYRO_Y:%6d\n ", GetData(fd,Address,GYRO_YOUT_H));
        usleep(1000 * 10);
        printf("GYRO_Z:%6d\n\n ", GetData(fd,Address,GYRO_ZOUT_H));
        sleep(1);
    }

    close(fd);

    return 0;
}

static int mpu6050_init(int fd,uint8_t addr)
{
    i2c_write(fd, addr,PWR_MGMT_1,0x00);  //配置电源管理，0x00,正常启动
    i2c_write(fd, addr,SMPLRT_DIV,0x07);  //设置MPU6050的输出分频既设置采样
    i2c_write(fd, addr,CONFIG,0x06);  //配置数字低通滤波器和帧同步引脚
    i2c_write(fd, addr,ACCEL_CONFIG,0x01);  //设置量程和 X、Y、Z 轴加速度自检

    return 0;
}

static int i2c_write(int fd, uint8_t addr,uint8_t reg,uint8_t val)
{
    int retries;
    uint8_t data[2];

    data[0] = reg;
    data[1] = val;

    //设置地址长度：0为7位地址
    ioctl(fd,I2C_TENBIT,0);

    //设置从机地址
    if (ioctl(fd,I2C_SLAVE,addr) < 0){
        printf("fail to set i2c device slave address!\n");
        close(fd);
        return -1;
    }

    //设置收不到ACK时的重试次数
    ioctl(fd,I2C_RETRIES,5);

    if (write(fd, data, 2) == 2){
        return 0;
    }
    else{
        return -1;
    }

}

static int i2c_read(int fd, uint8_t addr,uint8_t reg,uint8_t * val)
{
    int retries;

    //设置地址长度：0为7位地址
    ioctl(fd,I2C_TENBIT,0);

    //设置从机地址
    if (ioctl(fd,I2C_SLAVE,addr) < 0){
        printf("fail to set i2c device slave address!\n");
        close(fd);
        return -1;
    }

    //设置收不到ACK时的重试次数
    ioctl(fd,I2C_RETRIES,5);

    if (write(fd, &reg, 1) == 1){
        if (read(fd, val, 1) == 1){
                return 0;
        }
    }
    else{
        return -1;
    }
}

static short GetData(int fd,uint8_t addr,unsigned char REG_Address)
{
    char H, L;

    i2c_read(fd, addr,REG_Address, &H);
    usleep(1000);
    i2c_read(fd, addr,REG_Address + 1, &L);
    return (H << 8) +L;
}

12.6.3.1. 编译

方法1：

1
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#编译
make

方法2：

1
2
#编译
gcc i2c_mpu6050.c -o mpu6050

12.6.3.2. 运行

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#运行
sudo ./mpu6050 /dev/i2c-3

#可将/dev/i2c-3 改为 /dev/i2c-5 这取决于你的硬件

效果如下图所示

未找到图片show

12.6.4. 代码分析

i2c写函数
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static int i2c_write(int fd, uint8_t addr,uint8_t reg,uint8_t val)
{
    int retries;
    uint8_t data[2];

    data[0] = reg;
    data[1] = val;

    //设置地址长度：0为7位地址
    ioctl(fd,I2C_TENBIT,0);

    //设置从机地址
    if (ioctl(fd,I2C_SLAVE,addr) < 0){
        printf("fail to set i2c device slave address!\n");
        close(fd);
        return -1;
    }

    //设置收不到ACK时的重试次数
    ioctl(fd,I2C_RETRIES,5);

    if (write(fd, data, 2) == 2){
        return 0;
    }
    else{
        return -1;
    }

}

  • MPU6050写函数。写入成功，返回0，失败返回 -1。 函数参数共有四个， 1. fd :文件描述符。 2. addr :i2c设备的地址 3. reg :要写入的MPU6050寄存器地址。 4. val : 要写入的值。

  • 第2-6行，将寄存器和寄存器的修改值填进一个数组里面，发送时统一发送

  • 第8-16行，设置i2c地址的长度以及设置要发送的i2c地址

  • 第18-29行，设置i2c的重发次数以及把数组发送到设备上去

i2c读函数
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static int i2c_read(int fd, uint8_t addr,uint8_t reg,uint8_t * val)
{
    int retries;

    //设置地址长度：0为7位地址
    ioctl(fd,I2C_TENBIT,0);

    //设置从机地址
    if (ioctl(fd,I2C_SLAVE,addr) < 0){
        printf("fail to set i2c device slave address!\n");
        close(fd);
        return -1;
    }

    //设置收不到ACK时的重试次数
    ioctl(fd,I2C_RETRIES,5);

    if (write(fd, &reg, 1) == 1){
        if (read(fd, val, 1) == 1){
                return 0;
        }
    }
    else{
        return -1;
    }
}

  • MPU6050读函数。读取成功，返回0，失败返回 -1。 函数参数共有四个， 1. fd :文件描述符。 2. addr :i2c设备的地址 3. reg :要写入的MPU6050寄存器地址。 4. val : 要写入的值。

  • 第3-13行，设置i2c地址的长度以及设置要接受的i2c地址

  • 第14-20行，设置i2c的重发次数以及把接受到的数据存放到指针里

mpu6050数据获取
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static short GetData(int fd,uint8_t addr,unsigned char REG_Address)
{
    char H, L;

    i2c_read(fd, addr,REG_Address, &H);
    usleep(1000);
    i2c_read(fd, addr,REG_Address + 1, &L);
    return (H << 8) +L;
}

  • MPU6050读函数。读取成功，返回0，失败返回 -1。 函数参数共有四个， 1. fd :文件描述符。 2. addr :i2c设备的地址 3. REG_Address :要读取的MPU6050寄存器地址。

  • 第5-7行，通过i2c地址以及寄存器获取相应的值，因为数据是16位的， i2c的传输格式是八位，因此要读取两次

  • 第8行，返回16位的数值

mpu6050初始化
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static int mpu6050_init(int fd,uint8_t addr)
{
    i2c_write(fd, addr,PWR_MGMT_1,0x00);  //配置电源管理，0x00,正常启动
    i2c_write(fd, addr,SMPLRT_DIV,0x07);  //设置MPU6050的输出分频既设置采样
    i2c_write(fd, addr,CONFIG,0x06);  //配置数字低通滤波器和帧同步引脚
    i2c_write(fd, addr,ACCEL_CONFIG,0x01);  //设置量程和 X、Y、Z 轴加速度自检

    return 0;
}

  • MPU6050初始化函数。初始化的过程实际就是打开设备然后写入配置参数。 addr 为i2c要发送的地址， 第3行-第7行，设置MPU6050采样精度和量程等等。

主函数
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int main(int argc,char *argv[] )
{
    int  fd;
    fd = I2C_SLAVE;

    if(argc < 2){
        printf("Wrong use !!!!\n");
        printf("Usage: %s [dev]\n",argv[0]);
        return -1;
    }

    fd = open(argv[1], O_RDWR); // open file and enable read and  write
    if (fd < 0){
        printf("Can't open %s \n",argv[1]); // open i2c dev file fail
        exit(1);
    }

    //初始化MPU6050
    mpu6050_init(fd,Address);
    while(1){
        usleep(1000 * 10);
        printf("ACCE_X:%6d\n ", GetData(fd,Address,ACCEL_XOUT_H));
        usleep(1000 * 10);
        printf("ACCE_Y:%6d\n ", GetData(fd,Address,ACCEL_YOUT_H));
        usleep(1000 * 10);
        printf("ACCE_Z:%6d\n ", GetData(fd,Address,ACCEL_ZOUT_H));
        usleep(1000 * 10);
        printf("GYRO_X:%6d\n ", GetData(fd,Address,GYRO_XOUT_H));
        usleep(1000 * 10);
        printf("GYRO_Y:%6d\n ", GetData(fd,Address,GYRO_YOUT_H));
        usleep(1000 * 10);
        printf("GYRO_Z:%6d\n\n ", GetData(fd,Address,GYRO_ZOUT_H));
        sleep(1);
    }

    close(fd);

    return 0;
}

  • 第5-16行，打开i2c总线接口，获取总线

  • 第19行，初始化mpu6050

  • 第20-34行，获取数据并将其打印出来

12.7. OLED显示屏显示实验

本实验使用OLED显示屏如下所示

未找到图片

本实验的配套程序适配 IIC_1通信接口的 OLED 显示屏，分辨率128*64 。 如果使用的是其他OLED显示屏必须保证支持IIC接口。

12.7.1. 硬件连接

  • 屏幕 ——– 板卡

  • VCC ——– 3.3v

  • GND ——– GND

  • SDA ——– SDA

  • SCL ——– SCL

12.7.2. 编译&运行

代码位置
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base_linux/i2c/i2c_oled
验证
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#编译
make

#运行
./i2c_oled /dev/i2c-3

实物展示图:

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12.7.3. 代码分析

代码结构如下：

未找到图片

oled_app.c 的函数如下

未找到图片
oled_app.h
1
2
#define OLED_COMMEND_ADDR 0x00
#define OLED_DATA_ADDR 0x40

reg = 0x00， 表示发送的是命令，更准确的说是OLED配置参数、控制参数。reg = 0x40, 表示发送的是数据。 val , 指定要发送的内容。

函数实现分为两部分。第一部分，将函数入口参数保存到局部变量 data[] 数组中，便于后面执行发送，调用ioctl 函数设置 IIC 从地址既oled 的地址，当oled检测到与自己对应的 地址时就会响应，这时就可通信了。 oled 地址定义如下所示：

main.c
1
#define Address         0x3c   //通过调整0R电阻,屏可以0x78和0x7A两个地址 -- 默认0x78

野火 oled 显示屏默认的IIC从地址为0X78,通过调整电阻可以设置为0X7A,需要注意的是，这里的地址是8位地址，最后一位表示的是读或者写。而我们这里要发送的是IIC设备的 7位地址，如上代码所示，我们在宏定义中设置的IIC 地址是由0x78 左移一位得到的。

全屏填充函数OLED_Fill，全屏填充函数和清屏函数相似，全屏填充函数点亮每一个像素点而清屏函数熄灭每一个像素点，在程序中前者是写入0xff，后者写入0x00, 函数实现如下所示：

oled填充–oled_app.c
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void OLED_Fill(unsigned char addr,unsigned char fill_Data) //全屏填充
{
    unsigned char m, n;
    for (m = 0; m < 8; m++)
    {
        i2c_write(fd,addr ,OLED_COMMEND_ADDR, 0xb0 + m); //page0-page1
        i2c_write(fd,addr ,OLED_COMMEND_ADDR, 0x00);     //low column start address
        i2c_write(fd,addr ,OLED_COMMEND_ADDR, 0x10);     //high column start address

        for (n = 0; n < 128; n++)
        {
            // WriteDat(fill_Data);
            i2c_write(fd,addr,OLED_DATA_ADDR, fill_Data); //high column start address
        }
    }
}

全屏填充函数由两个嵌套的for 循环组成，默认情况下没每8行像素组成“一行”，oled显示屏一列有64个 像素点，所以外层循环可取0到7。内层循环用于设置“一行”，oled一行有 128个像素点，内层循环要执行128次，i2c_write函数每次写入一个8位的数据代表8个像素点的状 态，准确的说，内层循环执行完成（循环128次）实际写入8行像素点。

oled 字符串显示函数OLED_ShowStr，oled字符串显示函数只能显示F6x8和F8X16两种字体，F6x8既每个 字符宽度为6个像素高度为8个像素，F6x8和F8X16都是通过字库生成软件手动生成的，有兴趣可以自己制作其他字库。 字符串显示函数如下所示：

oled显示英文
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void OLED_ShowStr(unsigned char addr,unsigned char x, unsigned char y, unsigned char ch[], unsigned char TextSize)
{
	unsigned char c = 0,i = 0,j = 0;
	switch(TextSize)
	{
		case 1:
		{
			while(ch[j] != '\0')
			{
				c = ch[j] - 32;
				if(x > 126)
				{
					x = 0;
					y++;
				}
				oled_set_Pos(addr,x,y);
				for(i=0;i<6;i++)
					i2c_write(fd, addr,OLED_DATA_ADDR,F6x8[c][i]);
				x += 6;
				j++;
			}
		}break;
		case 2:
		{
			while(ch[j] != '\0')
			{
				c = ch[j] - 32;
				if(x > 120)
				{
					x = 0;
					y++;
				}  
				oled_set_Pos(addr,x,y);
				for(i=0;i<8;i++)
					i2c_write(fd,addr, OLED_DATA_ADDR,F8X16[c*16+i]);
				oled_set_Pos(addr,x,y+1);
				for(i=0;i<8;i++)
					i2c_write(fd, addr,OLED_DATA_ADDR,F8X16[c*16+i+8]);
				x += 8;
				j++;
			}
		}break;
	}
}

函数共有五个参数, x, y 用于设置字符显示的位置，因字符编码的不同，x和y的取值 范围不是固定的，以F8X16为例，每写入一个字符 x需要自加8，根据oled分辨率可知 x最大可取128-8-1（像素点从零开始），每写入一个字符 Y 需要自增 16个像素。我们知 道8行像素组成“一行”，实际 y 可取 0到7,由于每写入一个字符 y 需要自增16个 像素，所以y可取 0到6。ch[]，指定要写入的字符串。TextSize 指定字体大小，当前该函数只支持两 种字体，TextSize = 1 使用F6x8字体格式，TextSize = 2使用F8X16字体格式。

其他显示函数类似，这里不再一一介绍。

oled/sources/main.c
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <errno.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <sys/ioctl.h>

#include "oled_app.h"

#define Address         0x3c

extern int fd;
extern const unsigned char BMP1[];

/* 主函数  */
int main(int argc, char *argv[])
{
    int i = 0; //用于循环

    fd = open("/dev/i2c-3", O_RDWR); // open file and enable read and  write

    if (fd < 0){
        perror("Can't open /dev/i2c-3 \n"); // open i2c dev file fail
        exit(1);
    }

    OLED_Init(fd,Address); //初始化oled
    usleep(1000 * 100);
    OLED_Fill(Address,0xff); //全屏填充

    while (1)
    {
        OLED_Fill(Address,0xff); //全屏填充
        sleep(1);

        OLED_CLS(Address); //清屏
        sleep(1);

        OLED_ShowStr(Address,0, 3, (unsigned char *)"Wildfire Tech", 1);  //测试6*8字符
        OLED_ShowStr(Address,0, 4, (unsigned char *)"Hello wildfire", 2); //测试8*16字符
        sleep(1);
        OLED_CLS(Address); //清屏

        for (i = 0; i < 4; i++)
        {
            OLED_ShowCN(Address,22 + i * 16, 0, i); //测试显示中文
        }
        sleep(1);
        OLED_CLS(Address); //清屏

        OLED_DrawBMP(Address,0, 0, 128, 8, (unsigned char *)BMP1); //测试BMP位图显示
        sleep(1);
        OLED_CLS(Address); //清屏
    }

    close(fd);
}

主函数的实现比较简单，直接调用前面讲解的函数即可。在while(1)死循环中依次执行全屏填充、清屏、显示英文字符、显示汉字、显示图片测试函数。