I2C驱动培训文档.docx

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