裸机IIC驱动（Linux驱动开发篇）_i2c裸机驱动

1.裸机驱动

• 单片机A和传感器B
• 没有借助linux内核的API来编写的，也就是裸机（单片机）
• 原理：A与B之间进行通信，我们需要编写驱动协议让A和B交流。其中编写驱动，分为主机驱动和设备驱动。其实二者可以合二为一成一个文件，但是为了迎合驱动的分离和分层的思想，才将其分开。这种思想的好处，请看我写的另外一篇文章Linux驱动的分离和分层。
• 好了，我们已经知道大致的步骤就是：
  首先编写主机驱动（就是利用单片机A的各种寄存器）。然后再针对我们使用的传感器B编写一个驱动文件叫做设备驱动（借助主机驱动已经编写好的API接口），填入对应的传感的信息就可以正常的通信了。

1.1 主机驱动（单片机A）

iic主机驱动，（一旦编写完成就不需要再做修改）其他的 I2C 设备直接调用主机驱动提供的API函数完成读写操作即可

上面可以看到主机驱动已经留够了坑（主机可以连接不同的设备）

bsp_i2c.h文件

#ifndef _BSP_I2C_H
#define _BSP_I2C_H

#include "imx6ul.h"

/* 相关宏定义 */
#define I2C_STATUS_OK				(0)
#define I2C_STATUS_BUSY				(1)
#define I2C_STATUS_IDLE				(2)
#define I2C_STATUS_NAK				(3)
#define I2C_STATUS_ARBITRATIONLOST	(4)
#define I2C_STATUS_TIMEOUT			(5)
#define I2C_STATUS_ADDRNAK			(6)

/*
 * I2C方向枚举类型
 */
enum i2c_direction
{
    kI2C_Write = 0x0, 		/* 主机向从机写数据 */
    kI2C_Read = 0x1,  		/* 主机从从机读数据 */
} ;

/*
 * 主机传输结构体
 */
struct i2c_transfer
{
    unsigned char slaveAddress;      	/* 7位从机地址 			*/
    enum i2c_direction direction; 		/* 传输方向 			*/
    unsigned int subaddress;       		/* 寄存器地址			*/
    unsigned char subaddressSize;    	/* 寄存器地址长度 			*/
    unsigned char *volatile data;    	/* 数据缓冲区 			*/
    volatile unsigned int dataSize;  	/* 数据缓冲区长度 			*/
};


/*
 *函数声明
 */
void i2c_init(I2C_Type *base);
unsigned char i2c_master_start(I2C_Type *base, unsigned char address, enum i2c_direction direction);
unsigned char i2c_master_repeated_start(I2C_Type *base, unsigned char address,  enum i2c_direction direction);
unsigned char i2c_check_and_clear_error(I2C_Type *base, unsigned int status);
unsigned char i2c_master_stop(I2C_Type *base);
void i2c_master_write(I2C_Type *base, const unsigned char *buf, unsigned int size);
void i2c_master_read(I2C_Type *base, unsigned char *buf, unsigned int size);
unsigned char i2c_master_transfer(I2C_Type *base, struct i2c_transfer *xfer);
#endif

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50

bsp_i2c.c

• 起始任意两个引脚都是可以做SCL和SDA（模拟IIC）51单片机会常用模拟II2C。
• 本例程使用的是单片机自带IIC控制器，只要配置不同的寄存器引脚就可以实现功能。 所以你可能没有严格看到时序图的影子
  
• 上面没有说用IICx（可以是1、2、3）看你的单片机支持多少路了，这里留下了接口

bsp_i2c.c文件

#include "bsp_i2c.h"
#include "bsp_delay.h"
#include "stdio.h"

/*
 * @description		: 初始化I2C，波特率100KHZ
 * @param - base 	: 要初始化的IIC设置
 * @return 			: 无
 */
void i2c_init(I2C_Type *base)
{
	/* 1、配置I2C */
	base->I2CR &= ~(1 << 7); /* 要访问I2C的寄存器，首先需要先关闭I2C */

    /* 设置波特率为100K
     * I2C的时钟源来源于IPG_CLK_ROOT=66Mhz
 	 * IC2 时钟 = PERCLK_ROOT/dividison(IFDR寄存器)
	 * 设置寄存器IFDR,IFDR寄存器参考IMX6UL参考手册P1260页，表29-3，
	 * 根据表29-3里面的值，挑选出一个还是的分频数，比如本例程我们
	 * 设置I2C的波特率为100K， 因此当分频值=66000000/100000=660.
	 * 在表29-3里面查找，没有660这个值，但是有640，因此就用640,
	 * 即寄存器IFDR的IC位设置为0X15
	 */
	base->IFDR = 0X15 << 0;

	/*
     * 设置寄存器I2CR，开启I2C
     * bit[7] : 1 使能I2C,I2CR寄存器其他位其作用之前，此位必须最先置1
	 */
	base->I2CR |= (1<<7);
}

/*
 * @description			: 发送重新开始信号
 * @param - base 		: 要使用的IIC
 * @param - addrss		: 设备地址
 * @param - direction	: 方向
 * @return 				: 0 正常 其他值 出错
 */
unsigned char i2c_master_repeated_start(I2C_Type *base, unsigned char address,  enum i2c_direction direction)
{
	/* I2C忙并且工作在从模式,跳出 */
	if(base->I2SR & (1 << 5) && (((base->I2CR) & (1 << 5)) == 0))		
		return 1;

	/*
     * 设置寄存器I2CR
     * bit[4]: 1 发送
     * bit[2]: 1 产生重新开始信号
	 */
	base->I2CR |=  (1 << 4) | (1 << 2);

	/*
     * 设置寄存器I2DR
     * bit[7:0] : 要发送的数据，这里写入从设备地址
     *            参考资料:IMX6UL参考手册P1249
	 */ 
	base->I2DR = ((unsigned int)address << 1) | ((direction == kI2C_Read)? 1 : 0);
	
	return 0;
}

/*
 * @description			: 发送开始信号
 * @param - base 		: 要使用的IIC
 * @param - addrss		: 设备地址
 * @param - direction	: 方向
 * @return 				: 0 正常 其他值 出错
 */
unsigned char i2c_master_start(I2C_Type *base, unsigned char address,  enum i2c_direction direction)
{
	if(base->I2SR & (1 << 5))			/* I2C忙 */
		return 1;

	/*
     * 设置寄存器I2CR
     * bit[5]: 1 主模式
     * bit[4]: 1 发送
	 */
	base->I2CR |=  (1 << 5) | (1 << 4);

	/*
     * 设置寄存器I2DR
     * bit[7:0] : 要发送的数据，这里写入从设备地址
     *            参考资料:IMX6UL参考手册P1249
	 */ 
	base->I2DR = ((unsigned int)address << 1) | ((direction == kI2C_Read)? 1 : 0);
	return 0;
}

/*
 * @description		: 检查并清除错误
 * @param - base 	: 要使用的IIC
 * @param - status	: 状态
 * @return 			: 状态结果
 */
unsigned char i2c_check_and_clear_error(I2C_Type *base, unsigned int status)
{
	/* 检查是否发生仲裁丢失错误 */
	if(status & (1<<4))
	{
		base->I2SR &= ~(1<<4);		/* 清除仲裁丢失错误位 			*/

		base->I2CR &= ~(1 << 7);	/* 先关闭I2C 				*/
		base->I2CR |= (1 << 7);		/* 重新打开I2C 				*/
		return I2C_STATUS_ARBITRATIONLOST;
	} 
	else if(status & (1 << 0))     	/* 没有接收到从机的应答信号 */
	{
		return I2C_STATUS_NAK;		/* 返回NAK(No acknowledge) */
	}
	return I2C_STATUS_OK;
}

/*
 * @description		: 停止信号
 * @param - base	: 要使用的IIC
 * @param			: 无
 * @return 			: 状态结果
 */
unsigned char i2c_master_stop(I2C_Type *base)
{
	unsigned short timeout = 0xffff;

	/*
	 * 清除I2CR的bit[5:3]这三位
	 */
	base->I2CR &= ~((1 << 5) | (1 << 4) | (1 << 3));

	/* 等待忙结束 */
	while((base->I2SR & (1 << 5)))
	{
		timeout--;
		if(timeout == 0)	/* 超时跳出 */
			return I2C_STATUS_TIMEOUT;
	}
	return I2C_STATUS_OK;
}

/*
 * @description		: 发送数据
 * @param - base 	: 要使用的IIC
 * @param - buf		: 要发送的数据
 * @param - size	: 要发送的数据大小
 * @param - flags	: 标志
 * @return 			: 无
 */
void i2c_master_write(I2C_Type *base, const unsigned char *buf, unsigned int size)
{
	/* 等待传输完成 */
	while(!(base->I2SR & (1 << 7))); 
	
	base->I2SR &= ~(1 << 1); 	/* 清除标志位 */
	base->I2CR |= 1 << 4;		/* 发送数据 */
	
	while(size--)
	{
		base->I2DR = *buf++; 	/* 将buf中的数据写入到I2DR寄存器 */
		
		while(!(base->I2SR & (1 << 1))); 	/* 等待传输完成 */	
		base->I2SR &= ~(1 << 1);			/* 清除标志位 */

		/* 检查ACK */
		if(i2c_check_and_clear_error(base, base->I2SR))
			break;
	}
	
	base->I2SR &= ~(1 << 1);
	i2c_master_stop(base); 	/* 发送停止信号 */
}

/*
 * @description		: 读取数据
 * @param - base 	: 要使用的IIC
 * @param - buf		: 读取到数据
 * @param - size	: 要读取的数据大小
 * @return 			: 无
 */
void i2c_master_read(I2C_Type *base, unsigned char *buf, unsigned int size)
{
	volatile uint8_t dummy = 0;

	dummy++; 	/* 防止编译报错 */
	
	/* 等待传输完成 */
	while(!(base->I2SR & (1 << 7))); 
	
	base->I2SR &= ~(1 << 1); 				/* 清除中断挂起位 */
	base->I2CR &= ~((1 << 4) | (1 << 3));	/* 接收数据 */
	
	/* 如果只接收一个字节数据的话发送NACK信号 */
	if(size == 1)
        base->I2CR |= (1 << 3);

	dummy = base->I2DR; /* 假读 */
	
	while(size--)
	{
		while(!(base->I2SR & (1 << 1))); 	/* 等待传输完成 */	
		base->I2SR &= ~(1 << 1);			/* 清除标志位 */

	 	if(size == 0)
        {
        	i2c_master_stop(base); 			/* 发送停止信号 */
        }

        if(size == 1)
        {
            base->I2CR |= (1 << 3);
        }
		*buf++ = base->I2DR;
	}
}

/*
 * @description	: I2C数据传输，包括读和写
 * @param - base: 要使用的IIC
 * @param - xfer: 传输结构体
 * @return 		: 传输结果,0 成功，其他值 失败;
 */
unsigned char i2c_master_transfer(I2C_Type *base, struct i2c_transfer *xfer)
{
	unsigned char ret = 0;
	 enum i2c_direction direction = xfer->direction;	

	base->I2SR &= ~((1 << 1) | (1 << 4));			/* 清除标志位 */

	/* 等待传输完成 */
	while(!((base->I2SR >> 7) & 0X1)){}; 

	/* 如果是读的话，要先发送寄存器地址，所以要先将方向改为写 */
    if ((xfer->subaddressSize > 0) && (xfer->direction == kI2C_Read))
    {
        direction = kI2C_Write;
    }

	ret = i2c_master_start(base, xfer->slaveAddress, direction); /* 发送开始信号 */
    if(ret)
    {	
		return ret;
	}

	while(!(base->I2SR & (1 << 1))){};			/* 等待传输完成 */

    ret = i2c_check_and_clear_error(base, base->I2SR);	/* 检查是否出现传输错误 */
    if(ret)
    {
      	i2c_master_stop(base); 						/* 发送出错，发送停止信号 */
        return ret;
    }
	
    /* 发送寄存器地址 */
    if(xfer->subaddressSize)
    {
        do
        {
			base->I2SR &= ~(1 << 1);			/* 清除标志位 */
            xfer->subaddressSize--;				/* 地址长度减一 */
			
            base->I2DR =  ((xfer->subaddress) >> (8 * xfer->subaddressSize)); //向I2DR寄存器写入子地址
  
			while(!(base->I2SR & (1 << 1)));  	/* 等待传输完成 */

            /* 检查是否有错误发生 */
            ret = i2c_check_and_clear_error(base, base->I2SR);
            if(ret)
            {
             	i2c_master_stop(base); 				/* 发送停止信号 */
             	return ret;
            }  
        } while ((xfer->subaddressSize > 0) && (ret == I2C_STATUS_OK));

        if(xfer->direction == kI2C_Read) 		/* 读取数据 */
        {
            base->I2SR &= ~(1 << 1);			/* 清除中断挂起位 */
            i2c_master_repeated_start(base, xfer->slaveAddress, kI2C_Read); /* 发送重复开始信号和从机地址 */
    		while(!(base->I2SR & (1 << 1))){};/* 等待传输完成 */

            /* 检查是否有错误发生 */
			ret = i2c_check_and_clear_error(base, base->I2SR);
            if(ret)
            {
             	ret = I2C_STATUS_ADDRNAK;
                i2c_master_stop(base); 		/* 发送停止信号 */
                return ret;  
            }
           	          
        }
    }	

    /* 发送数据 */
    if ((xfer->direction == kI2C_Write) && (xfer->dataSize > 0))
    {
    	i2c_master_write(base, xfer->data, xfer->dataSize);
	}

    /* 读取数据 */
    if ((xfer->direction == kI2C_Read) && (xfer->dataSize > 0))
    {
       	i2c_master_read(base, xfer->data, xfer->dataSize);
	}
	return 0;	
}



1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306

1.2 设备驱动（传感器B）

• 有了上面主机驱动基础， 接下里就是针对传感器B这个特定的设备以及一些寄存器来编写。
• 下面就是传感器B的信息，设备地址以及配套的寄存器信息（由于没有引入linux系统这里的地址就是常说的物理地址）
  
  传感器B.h文件

#ifndef _BSP_AP3216C_H
#define _BSP_AP3216C_H

#include "imx6ul.h"

#define AP3216C_ADDR    	0X1E	/* AP3216C器件地址 */

/* AP3316C寄存器 */
#define AP3216C_SYSTEMCONG	0x00	/* 配置寄存器 			*/
#define AP3216C_INTSTATUS	0X01	/* 中断状态寄存器 			*/
#define AP3216C_INTCLEAR	0X02	/* 中断清除寄存器 			*/
#define AP3216C_IRDATALOW	0x0A	/* IR数据低字节 			*/
#define AP3216C_IRDATAHIGH	0x0B	/* IR数据高字节 			*/
#define AP3216C_ALSDATALOW	0x0C	/* ALS数据低字节 		*/
#define AP3216C_ALSDATAHIGH	0X0D	/* ALS数据高字节			*/
#define AP3216C_PSDATALOW	0X0E	/* PS数据低字节 			*/
#define AP3216C_PSDATAHIGH	0X0F	/* PS数据高字节 			*/

/* 函数声明 */
unsigned char ap3216c_init(void);
unsigned char ap3216c_readonebyte(unsigned char addr,unsigned char reg);
unsigned char ap3216c_writeonebyte(unsigned char addr,unsigned char reg, unsigned char data);
void ap3216c_readdata(unsigned short *ir, unsigned short *ps, unsigned short *als);

#endif
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

• 使用单片机A的I2C1控制器
  
• 利用主机驱动里编写的API函数
  传感器B.c文件

#include "bsp_ap3216c.h"
#include "bsp_i2c.h"
#include "bsp_delay.h"
#include "cc.h"
#include "stdio.h"

/*
 * @description	: 初始化AP3216C
 * @param		: 无
 * @return 		: 0 成功，其他值 错误代码
 */
unsigned char ap3216c_init(void)
{
	unsigned char data = 0;

	/* 1、IO初始化，配置I2C IO属性	
     * I2C1_SCL -> UART4_TXD
     * I2C1_SDA -> UART4_RXD
     */
	IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART4_TX_DATA_I2C1_SCL, 1);
	IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART4_RX_DATA_I2C1_SDA, 1);

	/* 
	 *bit 16:0 HYS关闭
	 *bit [15:14]: 1 默认47K上拉
	 *bit [13]: 1 pull功能
	 *bit [12]: 1 pull/keeper使能 
	 *bit [11]: 0 关闭开路输出
	 *bit [7:6]: 10 速度100Mhz
	 *bit [5:3]: 110 驱动能力为R0/6
	 *bit [0]: 1 高转换率
	 */
	IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART4_TX_DATA_I2C1_SCL, 0x70B0);
	IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART4_RX_DATA_I2C1_SDA, 0X70B0);

	i2c_init(I2C1);		/* 初始化I2C1 */

	/* 2、初始化AP3216C */
	ap3216c_writeonebyte(AP3216C_ADDR, AP3216C_SYSTEMCONG, 0X04);	/* 复位AP3216C 			*/
	delayms(50);													/* AP33216C复位至少10ms */
	ap3216c_writeonebyte(AP3216C_ADDR, AP3216C_SYSTEMCONG, 0X03);	/* 开启ALS、PS+IR 		   	*/
	data = ap3216c_readonebyte(AP3216C_ADDR, AP3216C_SYSTEMCONG);	/* 读取刚刚写进去的0X03 */
	if(data == 0X03)
		return 0;	/* AP3216C正常 	*/
	else 
		return 1;	/* AP3216C失败 	*/
}

/*
 * @description	: 向AP3216C写入数据
 * @param - addr: 设备地址
 * @param - reg : 要写入的寄存器
 * @param - data: 要写入的数据
 * @return 		: 操作结果
 */
unsigned char ap3216c_writeonebyte(unsigned char addr,unsigned char reg, unsigned char data)
{
    unsigned char status=0;
    unsigned char writedata=data;
    struct i2c_transfer masterXfer;
	
    /* 配置I2C xfer结构体 */
   	masterXfer.slaveAddress = addr; 			/* 设备地址 				*/
    masterXfer.direction = kI2C_Write;			/* 写入数据 				*/
    masterXfer.subaddress = reg;				/* 要写入的寄存器地址 			*/
    masterXfer.subaddressSize = 1;				/* 地址长度一个字节 			*/
    masterXfer.data = &writedata;				/* 要写入的数据 				*/
    masterXfer.dataSize = 1;  					/* 写入数据长度1个字节			*/

    if(i2c_master_transfer(I2C1, &masterXfer))
        status=1;
        
    return status;
}

/*
 * @description	: 从AP3216C读取一个字节的数据
 * @param - addr: 设备地址
 * @param - reg : 要读取的寄存器
 * @return 		: 读取到的数据。
 */
unsigned char ap3216c_readonebyte(unsigned char addr,unsigned char reg)
{
	unsigned char val=0;
	
	struct i2c_transfer masterXfer;	
	masterXfer.slaveAddress = addr;				/* 设备地址 				*/
    masterXfer.direction = kI2C_Read;			/* 读取数据 				*/
    masterXfer.subaddress = reg;				/* 要读取的寄存器地址 			*/
    masterXfer.subaddressSize = 1;				/* 地址长度一个字节 			*/
    masterXfer.data = &val;						/* 接收数据缓冲区 				*/
    masterXfer.dataSize = 1;					/* 读取数据长度1个字节			*/
	i2c_master_transfer(I2C1, &masterXfer);

	return val;
}

/*
 * @description	: 读取AP3216C的数据，读取原始数据，包括ALS,PS和IR, 注意！
 *				: 如果同时打开ALS,IR+PS的话两次数据读取的时间间隔要大于112.5ms
 * @param - ir	: ir数据
 * @param - ps 	: ps数据
 * @param - ps 	: als数据 
 * @return 		: 无。
 */
void ap3216c_readdata(unsigned short *ir, unsigned short *ps, unsigned short *als)
{
    unsigned char buf[6];
    unsigned char i;

	/* 循环读取所有传感器数据 */
    for(i = 0; i < 6; i++)	
    {
        buf[i] = ap3216c_readonebyte(AP3216C_ADDR, AP3216C_IRDATALOW + i);	
    }
	
    if(buf[0] & 0X80) 	/* IR_OF位为1,则数据无效 */
		*ir = 0;					
	else 				/* 读取IR传感器的数据   		*/
		*ir = ((unsigned short)buf[1] << 2) | (buf[0] & 0X03); 			
	
	*als = ((unsigned short)buf[3] << 8) | buf[2];	/* 读取ALS传感器的数据 			 */  
	
    if(buf[4] & 0x40)	/* IR_OF位为1,则数据无效 			*/
		*ps = 0;    													
	else 				/* 读取PS传感器的数据    */
		*ps = ((unsigned short)(buf[5] & 0X3F) << 4) | (buf[4] & 0X0F); 	
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129