1、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
2、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
3、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: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
4、出与主机的通信; 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; 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
5、。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
6、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
7、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
8、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
9、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 I OMUXC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_(BGAcontact NAME,比如UART3_RXD)寄存器来实现,然后通过配套的
10、寄存器IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_(PAD NAME, 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 view plaincopy1 #define MX6Q_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_
11、19_GPIO_4_5定义为:cpp view plaincopy3 #define _MX6Q_PAD_GPIO_19_GPIO_4_5 4 IOMUX_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 view plaincopy5 #define IOMUX_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_ct
12、rl_ofs 控制寄存器的偏移地址(16进制)_mux_ctrl_ofsMUX控制寄存器的偏移地址(16进制), 用于选择引脚的功能_mux_modeMUX模式,bit03,围07_select_input_ofs SELECT_INPUT寄存器偏移地址(16进制)_select_input Daisy Chain模式, bit01,围03_pad_ctrlbits to be set in register _pad_ctrl_ofs for configuration selection具体的含义要结合IMX6数据手册【Chapter 36 IMOUX Controller(IOMUXC)
13、】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=0624h2、_mux_ctrl_ofs、_mux_mode 如上图,_mux_ctrl_ofs取值为0x254,_mux_mode围为000110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,T
14、ianqian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0255。应用程序通过“i2c-%d” (i
15、2c-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
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