3. I2C通讯#

本章简单介绍使用I2C总线与外部设备的通讯，讲解I2C设备的简单使用

3.1. 本章节的代码仓库#

#如之前有获取则可跳过
#获取仓库
git clone https://gitee.com/LubanCat/lubancat_rk_code_storage.git

#代码所在的位置
lubancat_rk_code_storage/quick_start/i2c

3.2. i2c#

I2C(Inter－Integrated Circuit)是一种通用的总线协议。它是由Philips(飞利浦)公司，现NXP(恩智浦)半导体开发的一种简单的双向两线制总线协议标准。

LubanCat-RK系列板卡的 I2C 控制器支持下列功能

兼容 I2C 与 SMBus 总线
仅支持主模式下的 I2C 总线
软件可编程时钟频率支持到 400kbps,最高可达 1000kbps
支持 7 位和 10 位寻址模式
一次中断或轮询至多 32 个字节的数据传输

LubanCat-RK3588系列板子的通用i2c设备有两个（如下图所示），除此之外其他的GPIO也可以复用成I2C设备,需要自行根据引脚复用图去配置，比如说LubanCat-4的40pin引脚最大可支持5个i2c接口使用

通用i2c引脚#
I2C	引脚	功能
I2C-SCL	5,28	i2c的时钟信号线
I2C-SDA	3,27	i2c的数据线

3.3. IIC通信接口复用说明#

在板卡的引脚复用图中，我们可能会看到

I2C5_SDA_M3/I2C5_SCL_M3
I2C5_SDA_M2/I2C5_SCL_M2

可以看到他们之间的区别是后缀名的不同，这个后缀名表示I2C设备的将自己的引脚复用到不同的GPIO引脚的编号，可以理解成下图的样式

复用出来的多组引脚是不能同时使用的，如果同时设置则会根据设备节点的加载时间所覆盖，最终只有最后配置的复用引脚可以使用。

所以在使能引脚时需要注意是否为重复复用

3.4. IIC通信接口使能#

LubanCat-RK3588系列板子大多数的IIC接口在默认情况是关闭状态的，需要使能才能使用

注意

LubanCat-4的两个通用I2C接口在默认情况下被设置为I2C的功能且默认是使能状态，所以对于LubanCat-4的板卡两个通用I2C设备是不需用使能的。

3.4.1. fire-config#

#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

选择你要打开的I2C接口，这里以打开I2C-3为例

使用方向键移动光标到 I2C-3
按 "空格键" 选中I2C-3(出现 "*" )，如下图
按 "确认键" 进行设置
按 "Esc键" 退出到终端，运行 sudo reboot 进行重启应用

3.4.2. 配置文件#

可以通过修改 /boot/uEnv/uEnv.txt 进行激活，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:

然后重启激活设备

备注

如果是直接拔电源的方式重启，会有可能出现文件没能做出修改（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）

3.5. 检查I2C设备#

可以通过一下命令查看i2c总线有没有开启

1ls /dev/i2c-*

如下图:

可以看到出现了I2C-xxx

3.6. 连接设备#

将mpu6050接入到i2c-3的总线上，如下图所示

#板卡与mpu6050连接

板子  ------  mpu6050
3.3V(1)  ------  VCC
GND(6)   ------  GND
SCL(5)   ------  SCL
SDA(3)   ------  SDA

3.7. i2c-tools测试#

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：

sudo apt -y install i2c-tools

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。

然后查看挂载在i2c-3上的器件情况，输出内容如下所示：

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。

#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

3.8. 读取陀螺仪传感器数据实验#

3.8.1. 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

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。

3.8.2. 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

#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

3.8.3. 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

代码位置#

1quick_start/i2c/i2c_mpu6050.c

代码较长复制粘贴容易乱序，可以下载我们提供的源码 i2c_mpu6050.c

quick_start/i2c/i2c_mpu6050.c#

#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;
}

保存退出，接下来再进行编译运行

gcc i2c_mpu6050.c -o mpu6050

sudo ./mpu6050 /dev/i2c-3

效果如下图所示

三次数据的采集

3.9. 更多#

更多关于rk-i2c的驱动以及GPIO模拟I2C等可以查看： rk开源手册 /Common/I2C

3.10. 参考资料#

本文档主要提供有一定经验的使用者快速入门使用，对于初学者可查看以下文档：

《I2C通讯》

rk开源资料(github): 《开源手册》