4. 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。

4.1. i2c引脚

LubanCat-P1板卡22pin有1个I2C外设——i2c3。

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4.2. 使能IIC通信接口

IIC接口在默认情况是打开状态的，但是不一定有引脚复用，例如i2c3，默认没有引脚占用。

可以通过以下命令查看i2c总线：

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ls /dev/i2c-*

可以通过可以通过 cvi_pinmux 查看i2c引脚复用情况

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#列出当前引脚复用
sudo cvi_pinmux -l

全部列出查看比较麻烦，可以通过grep进行过滤

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#使用grep过滤带v的IIC2前后8行信息
sudo cvi_pinmux -l | grep 'v.*IIC2\|IIC2.*v' -A 8 -B 8

#使用grep过滤带v的IIC3前后8行信息
sudo cvi_pinmux -l | grep 'v.*IIC3\|IIC3.*v' -A 8 -B 8
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从上图可以才到VIVO_D8、VIVO_D7引脚分别复用为了IIC2_SCL、IIC2_SDA，而IIC3则没有引脚复用。

通过 cvi_pinmux 工具将22pin引脚IIC3_SDA、IIC3_SCL复用为i2c3功能。

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#查看当前引脚复用
sudo cvi_pinmux -l | grep -A 5 'IIC3_SDA function'
sudo cvi_pinmux -l | grep -A 5 'IIC3_SCL function'

#修改引脚复用为i2c功能
sudo cvi_pinmux -w IIC3_SDA/IIC3_SDA
sudo cvi_pinmux -w IIC3_SCL/IIC3_SCL

4.3. 连接设备

注意

22pin上的IO电平都是1.8v的，耐压也是1.8v，如果外接的设备不兼容1.8v，需要接电平转换模块，将1.8v转成合适的电压再接外设。

MPU6050模块的SDA和SCL需要3.3v电平，所以需要通过电平转换模块将板卡22pin上的i2c-3引脚转换转换成3.3v电平，然后再接入mpu6050模块，如下表所示:

板卡

电平转换模块

模块

VCC1.8

VCC1.8/VCC3.3

VCC3.3

SCL

SCL

SCL

SDA

SDA

SDA

GND

GND

GND

4.4. 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

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：

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root@lubancat:~# i2cdetect -r 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
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00:                                             -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- 68 -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --
root@lubancat:~#

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-3接口上的设备
i2cdetect -r 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

4.5. 读取陀螺仪传感器数据实验

4.5.1. 实验说明

本教程将通过IIC接口读取陀螺仪(MPU6050)的原始数据。 本次实验以i2c-3做为示例， 当然，如果没有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。

4.5.2. 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

4.5.3. 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
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quick_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
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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;
}

保存退出，接下来再进行编译运行

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    #板卡本地编译
gcc i2c_mpu6050.c -o mpu6050

    #交叉编译
    riscv64-unknown-linux-musl-gcc i2c_mpu6050.c -o mpu6050 -march=rv64imafdcvxthead -mcmodel=medany -mabi=lp64d

sudo ./mpu6050 /dev/i2c-3

效果如下图所示

未找到图片show

三次数据的采集

提示

如果需要自启动配置和使能i2c，可将相关命令写入/etc/init.d/sophgo.sh系统初始化脚本末尾。

4.6. 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：

《imx6ull : I2C通讯》

《LubanCat RK系列 : I2C通讯》