I2C驱动培训文档.docx
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I2C驱动培训文档
I2C驱动
1、协议
I2C总线是一种用于IC器件之间连接的双向二线制总线
I2C总线有两根信号线,一根为SDA(数据线),一根为SCL(时钟线)。
可发送和接收数据。
任何时候时钟信号都是由主控器件产生。
I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号,它们分别是:
开始信号、结束信号和应答信号。
开始信号:
SCL为高电平时,SDA由高电平向低电平跳变,开始传送数据。
结束信号:
SCL为高电平时,SDA由低电平向高电平跳变,结束传送数据。
应答信号:
接收数据的IC在接收到8bit数据后,向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲,表示已收到数据。
CPU向受控单元发出一个信号后,等待受控单元发出一个应答信号,CPU接收到应答信号后,根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。
若未收到应答信号,由判断为受控单元出现故障。
基本概念
主机初始化发送,产生时钟信号和终止发送的器件
从机被主机寻址的器件
发送器发送数据到总线的器件
接收器从总线接收数据的器件
多主机同时有多于一个主机尝试控制总线但不破坏报文
仲裁是一个在有多个主机同时尝试控制总线,但只允许其中一个控制总线并使报文不被破坏的过程
同步两个或多个器件同步时钟信号的过程
主机发送数据流程
(1)主机在检测到总线为“空闲状态”(即SDA、SCL线均为高电平)时,发送一个启动信号“S”,开始一次通信的开始
(2)主机接着发送一个命令字节。
该字节由7位的外围器件地址和1位读写控制位R/W组成(此时R/W=0)
(3)相对应的从机收到命令字节后向主机回馈应答信号ACK(ACK=0)
(4)主机收到从机的应答信号后开始发送第一个字节的数据
(5)从机收到数据后返回一个应答信号ACK
(6)主机收到应答信号后再发送下一个数据字节
(7)当主机发送最后一个数据字节并收到从机的ACK后,通过向从机发送一个停止信号P结束本次通信并释放总线。
从机收到P信号后也退出与主机之间的通信
注意:
①主机通过发送地址码与对应的从机建立了通信关系,而挂接在总线上的其它从机虽然同时也收到了地址码,但因为与其自身的地址不相符合,因此提前退出与主机的通信;
②主机的一次发送通信,其发送的数据数量不受限制。
主机是通过P信号通知发送的结束,从机收到P信号后退出本次通信;
③主机的每一次发送后都是通过从机的ACK信号了解从机的接收状况,如果应答错误则重发。
总线空闲状态
I2C总线总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时,规定为总线的空闲状态。
此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态,即释放总线,由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。
启动信号
在时钟线SCL保持高电平期间,数据线SDA上的电平被拉低(即负跳变),定义为I2C总线总线的启动信号,它标志着一次数据传输的开始。
启动信号是一种电平跳变时序信号,而不是一个电平信号。
启动信号是由主控器主动建立的,在建立该信号之前I2C总线必须处于空闲状态。
重启动信号
在主控器控制总线期间完成了一次数据通信(发送或接收)之后,如果想继续占用总线再进行一次数据通信(发送或接收),而又不释放总线,就需要利用重启动Sr信号时序。
重启动信号Sr既作为前一次数据传输的结束,又作为后一次数据传输的开始。
利用重启动信号的优点是,在前后两次通信之间主控器不需要释放总线,这样就不会丢失总线的控制权,即不让其他主器件节点抢占总线。
停止信号
在时钟线SCL保持高电平期间,数据线SDA被释放,使得SDA返回高电平(即正跳变),称为I2C总线的停止信号,它标志着一次数据传输的终止。
停止信号也是一种电平跳变时序信号,而不是一个电平信号,停止信号也是由主控器主动建立的,建立该信号之后,I2C总线将返回空闲状态。
插入等待时间
如果被控器需要延迟下一个数据字节开始传送的时间,则可以通过把时钟线SCL电平拉低并且保持,使主控器进入等待状态。
一旦被控器释放时钟线,数据传输就得以继续下去,这样就使得被控器得到足够时间转移已经收到的数据字节,或者准备好即将发送的数据字节。
带有CPU的被控器在对收到的地址字节做出应答之后,需要一定的时间去执行中断服务子程序,来分析或比较地址码,其间就把SCL线钳位在低电平上,直到处理妥当后才释放SCL线,进而使主控器继续后续数据字节的发送。
总线封锁状态
在特殊情况下,如果需要禁止所有发生在I2C总线上的通信活动,封锁或关闭总线是一种可行途径,只要挂接于该总线上的任意一个器件将时钟线SCL锁定在低电平上即可。
总线竞争的仲裁
总线上可能挂接有多个器件,有时会发生两个或多个主器件同时想占用总线的情况,这种情况叫做总线竞争。
I2C总线具有多主控能力,可以对发生在SDA线上的总线竞争进行仲裁,其仲裁原则是这样的:
当多个主器件同时想占用总线时,如果某个主器件发送高电平,而另一个主器件发送低电平,则发送电平与此时SDA总线电平不符的那个器件将自动关闭其输出级。
总线竞争的仲裁是在两个层次上进行的。
首先是地址位的比较,如果主器件寻址同一个从器件,则进入数据位的比较,从而确保了竞争仲裁的可靠性。
由于是利用I2C总线上的信息进行仲裁,因此不会造成信息的丢失。
时钟信号的同步
在I2C总线上传送信息时的时钟同步信号是由挂接在SCL线上的所有器件的逻辑“与”完成的。
SCL线上由高电平到低电平的跳变将影响到这些器件,一旦某个器件的时钟信号下跳为低电平,将使SCL线一直保持低电平,使SCL线上的所有器件开始低电平期。
此时,低电平周期短的器件的时钟由低至高的跳变并不能影响SCL线的状态,于是这些器件将进入高电平等待的状态。
当所有器件的时钟信号都上跳为高电平时,低电平期结束,SCL线被释放返回高电平,即所有的器件都同时开始它们的高电平期。
其后,第一个结束高电平期的器件又将SCL线拉成低电平。
这样就在SCL线上产生一个同步时钟。
可见,时钟低电平时间由时钟低电平期最长的器件确定,而时钟高电平时间由时钟高电平期最短的器件确定。
i2c的有关图例:
参考博客:
二、iomux
IOMUXC指IO多路复用控制器。
由于imx6集成了很多的功能模块,BGA封装容纳不了那么多引脚,所以就想到用IOMUXC的方式来解决此问题,也即一个功能模块的引脚,通过n选1的多路开关,把需要的外设连接到该引脚上。
要使用哪个功能,就需要配置引脚参数。
在实际开发中,具体的配置是通过IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_(BGAcontactNAME,比如UART3_RXD)寄存器来实现,然后通过配套的寄存器IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_(PADNAME,比如UART3_RXD)来配置管脚的驱动电压,回转率,驱动强度,开漏,上拉,DDR类型等等。
下面通过一个具体实例,来让大家有个认识:
在linux或android系统中,假如我们要配置飞思卡尔IMX6处理器的GPIO管脚,比如是GPIO_19这个管脚,那么要像这样:
[cpp]viewplaincopy
1#defineMX6Q_PAD_GPIO_19__GPIO_4_5\
2(_MX6Q_PAD_GPIO_19__GPIO_4_5|MUX_PAD_CTRL(NO_PAD_CTRL))
其中_MX6Q_PAD_GPIO_19__GPIO_4_5定义为:
[cpp]viewplaincopy
3#define_MX6Q_PAD_GPIO_19__GPIO_4_5\
4IOMUX_PAD(0x0624,0x0254,5,0x0000,0,0)
这个IOMUX_PAD宏是定义GPIO的关键宏,其原型为:
[cpp]viewplaincopy
5#defineIOMUX_PAD(_pad_ctrl_ofs,_mux_ctrl_ofs,_mux_mode,_sel_input_ofs,
6_sel_input,_pad_ctrl)
IOMUX_PAD宏有6个参数,每个参数的意思是:
参数
含义
_pad_ctrl_ofs
控制寄存器的偏移地址(16进制)
_mux_ctrl_ofs
MUX控制寄存器的偏移地址(16进制),用于选择引脚的功能
_mux_mode
MUX模式,bit0~3,围0~7
_select_input_ofs
SELECT_INPUT寄存器偏移地址(16进制)
_select_input
DaisyChain模式,bit0~1,围0~3
_pad_ctrl
bitstobesetinregister_pad_ctrl_ofsforconfigurationselection
具体的含义要结合IMX6数据手册【Chapter36IMOUXController(IOMUXC)】的容。
下面看下IOMUX_PAD(0x0624,0x0254,5,0x0000,0,0)中参数的在数据手册中的位置,请看截图。
1、_pad_ctrl_ofs
从图中可以看到_pad_ctrl_ofs=0624h
2、_mux_ctrl_ofs、_mux_mode
如上图,_mux_ctrl_ofs取值为0x254,_mux_mode围为000~110
只有_mux_mode=0时,_select_input_ofs和_select_input才有效,其余时候_select_input_ofs和_select_input都为0。
I2c2的复用
结合上边对iomux的介绍,参考原理图,
Tianqian
在Iomux工具中ball中查看U5
再查看下图标记部分
看完原理图,结合iomux工具,再参考数据手册,配置把U5复用为i2c2_scl功能
参考博客:
3、驱动
基本知识
在Linux核源代码中的drivers目录下包含一个i2c目录,而在i2c目录下又包含如下文件和文件夹。
(1)i2c-core.c。
这个文件实现了I2C核心的功能以及/proc/bus/i2c*接口。
(2)i2c-dev.c
实现了I2C适配器设备文件的功能,每一个I2C适配器都被分配一个设备。
通过适配器访问设备时的主设备号都为89,次设备号为0~255。
应用程序通过“i2c-%d”(i2c-0,i2c-1,…,i2c-10,…)文件名并使用文件操作接口open()、write()、read()、ioctl()和close()等来访问这个设备。
i2c-dev.c并没有针对特定的设备而设计,只是提供了通用的read()、write()和ioctl()等接口,应用层可以借用这些接口访问挂接在适配器上的I2C设备的存储空间或寄存器,并控制I2C设备的工作方式。
(3)busses文件夹。
这个文件中包含了一些I2C总线的驱动,如针对S3C2410、S3C2440和imx等处理器的
I2C控制器驱动为i2c-imx.c。
(4)algos文件夹。
实现了一些I2C总线适配器的algorithm。
核中的i2c.h这个头文件对i2c_driver、i2c_client、i2c_adapter和i2c_algorithm这4