详解AT24CXX驱动开发（linux platform tree - i2c应用）

目录

概述

1 认识AT24Cxx

1.1 AT24CXX的特性

1.2 AT24CXX描述

1.2.1 引脚

1.2.2 容量描述

1.2.3 设备地址

1.3 操作时序

1.3.1 写单个字节时序

1.3.2 写page字节时序

1.3.3 读取当前数据时序

1.3.4 随机读取数据

1.3.5 连续读取多个数据

2 驱动开发

2.1 硬件接口

2.2 代码实现

2.2.1 查看设备信息

2.2.2 编写代码

2.2.3 编写Makefile 

2.3 编译代码

3 测试

4 逻辑分析仪查看波形

4.1 写数据波形

4.2 读数据波形

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概述

        本文以AT24C02为例，对该类型芯片做全面剖析，详细介绍该芯片的硬件特性和软件设计方面的方法和技巧，其中包括单字节的读和写，连续字节的读写方法、以I2C波形分析。并且在linux平台上，使用I2C接口，编写一个实用案例，实现该芯片的驱动程序。并使用逻辑分析仪工具，详尽解析其工作的波形。

1 认识AT24Cxx

1.1 AT24CXX特性

AT24CXX是一款可进行多次擦除和写数据的串行EEPROM，采用标准的I2C驱动方式，非常方便电路设计和软件程序的设计。总结其特点如下：

1）宽电压：该芯片的工作电压范围为 1.8V ~ 5.5V。可以满足不同MCU平台的设计要求。

2）写保护功能：AT24CXX提供一个引脚WP用于enable或者disable写数据功能，防止由于操作不当，导致存储数据被改写。

3）其可同时支持100K bit/s 和 400K bit/s.

使用时注意： 100 kHz (1.8V, 2.5V, 2.7V) , 400 kHz (5V)

4）使用寿命很长： 擦写次数可达到100 0000 次， 数据保存可达100年

1.2 AT24CXX硬件描述

1.2.1 引脚

          AT24CXX有很多类型，例如： AT24C02A/04A/08A/16A/32A 等待，单其封装形式，基本上一致。标准引脚如下表：

1）WP 为写保护引脚，当WP为低电平是，读写功能被enable；当WP为高电平时, 写数据功能被disable, 这时，只能进行读操作。

2）A0 ~ A2为 地址引脚，对于AT24C02,其可表达的地址空间为：000 ~ 111

AT24CXX芯片封装形式如下图：

1.2.2 容量描述

下面以 AT24C02A/04A/08A 为例，描述其存储空间

1.2.3 设备地址

参看设备地址表，可知不同型号的芯片，其可使用的地址空间是不一样的。

1） AT24C02: A0A1A2三个地址引脚都可以使用，其可表达的地址范围为： 000 ~ 111

2） AT24C04: A2A1可用， 其可表达的地址范围为： 00 ~ 11

3） AT24C04: A2可用， 其可表达的地址范围为： 0 ~ 1

4) bit: R/W

1.3 操作时序

1.3.1 写单个字节时序

下图为写一个字节的波形图形：

剖析操作步骤如下：

step - 1: Master SDA发起start信号

step - 2： Master 发送设备地址信息， 最低位 bit0 置位为 bit0=0，表示可进行写操作。

step - 3: AT24CXX 响应ACK

step - 4： Master 发送写数据的地址位

Step - 5: AT24CXX 响应ACK

Step - 6: Master 发送写数据

Step - 7: AT24CXX 响应ACK

step - 8: Master SDA发起stop信号

1.3.2 写page字节时序

下图为写一个page的波形图形：

剖析操作步骤如下：

step - 1: Master SDA发起start信号

step - 2： Master 发送设备地址信息， 最低位 bit0 置位为 bit0=0，表示可进行写操作。

step - 3: AT24CXX 响应ACK

step - 4： Master 发送写数据的起始地址

Step - 5: 连续发送数据

for（ i = 0; i < n; i++）

{

      Master_send_data();

      Slave_response_ack();

}

step - 6: Master SDA发起stop信号

1.3.3 读取当前数据时序

下图为读当前地址的波形图形：

剖析操作步骤如下：

step - 1: Master SDA发起start信号

step - 2： Master 发送设备地址信息， 最低位 bit0 置位为 bit0=1，表示可进行读操作。

step - 3: AT24CXX 响应ACK

step - 4： AT24CXX 发送写数据

Step - 5: Master 发送NO ACK

step - 6: Master SDA发起stop信号

1.3.4 随机读取数据

下图为随机读取数据的波形图形：

剖析操作步骤如下：

step - 1: Master SDA发起start信号

step - 2： Master 发送设备地址信息， 最低位 bit0 置位为 bit0=1，表示可进行读操作。

step - 3: AT24CXX 响应ACK

step - 4： Master 发送读字节地址

Step - 5: AT24Cxx 响应ACK

Step - 6: AT24Cxx 发送数据

Step - 7: Master收到数据后，发送NO ACK

step - 8: Master SDA发起stop信号

1.3.5 连续读取多个数据

下图为连续读取多个数据的波形图形：

操作逻辑如下：

step - 1: Master SDA发起start信号

step - 2： Master 发送设备地址信息， 最低位 bit0 置位为 bit0=1，表示可进行读操作。

step - 3: AT24CXX 响应ACK

Step - 4: AT24Cxx 发送数据

for（ i = 0; i < n; i++）

{

         at24cxx_send_data();

         master_response_ack();

}

Step - 5: Master发送NO ACK

step - 6: Master SDA发起stop信号

2 驱动开发

2.1 硬件接口

在板卡ATK-DL6Y2C上，I2C2的对应接口：

        pinctrl_i2c2: i2c2grp {
            fsl,pins = <
                MX6UL_PAD_UART5_TX_DATA__I2C2_SCL 0x4001b8b0
                MX6UL_PAD_UART5_RX_DATA__I2C2_SDA 0x4001b8b0
            >;
        };

硬件实物图：

AT24CXX硬件工作电路

2.2 代码实现

       本程序主要应用Linux platform 驱动下的I2C接口，在用户层调用read 和write 函数直接操作芯片。linux内核已经实现I2C相关的驱动程序。用户只需在.dts中配置参数即可。

2.2.1 查看设备信息

使用i2c-tools 查看系统的i2信息，然后在/proc/device-tree目录下查看板卡i2c device tree，使用如下命令：

cd /sys/bus/i2c/devices
ls

可以看见： AT24C02挂载I2C-1总线下，其地址位0x50

查看地址下设备名称

cat 1-0050/name

2.2.2 编写代码

 创建drv_15_at24cxx.c，并在该文件中编写驱动程序

/***************************************************************
Copyright  2024-2029. All rights reserved.
文件名     : test_15_at24cxx.c
作者       : tangmingfei2013@126.com
版本       : V1.0
描述       : 测试at24cxx驱动程序
其他       : 无
日志       : 初版V1.0 2024/02/15
***************************************************************/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <linux/fs.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
 
#define i2c_dev                              "/dev/i2c-1"
#define AT24CXX_ADDR                         0x50
 
 
static int fd = -1;
 
 
static int at24cxx_drv_init(void)
{
    fd = open(i2c_dev, O_RDWR);
    if( fd < 0 )
    {
        close( fd );
        printf("%s %s i2c device open failure: %s\n",
         __FILE__, __FUNCTION__, strerror(errno));
        return -1;
    }
 
    ioctl(fd, I2C_TENBIT, 0);
    ioctl(fd, I2C_SLAVE, AT24CXX_ADDR);
    
    printf("init at24cxx!\r\n");
    return fd;
}
 
 
int read_page( unsigned char page, unsigned char *rbuff,  unsigned char length )
{
    unsigned char   tempbuff[1];
    int i = 0, ret;
    
    tempbuff[0] = page;  // address 
    ret = write(fd, tempbuff, 1);
    if( ret < 0 )
    {
       printf("%d %s %s i2c device write address fail: %s\n",
          __LINE__, __FILE__, __FUNCTION__, strerror(errno));
       close(fd);
       return -1;
    }
    
    ret = read(fd, rbuff, length);
    if( ret < 0 )
    {
        printf("%d %s %s i2c device read data fail: %s\n", 
         __LINE__ , __FILE__, __FUNCTION__, strerror(errno));
        close(fd);
        return -1;
    }
    printf(" read data to at24c02 in address = %d \r\n ", page);
    for( i=0; i< length; i++ )
    {
        printf(" %x \t ", rbuff[i]);
    }
    printf(" \r\n ");
    
    return 0;
}
 
int write_page(  unsigned char page,  unsigned char *buff, unsigned char len)
{
    unsigned char   tempbuff[len+1];
    int i = 0, ret;
    
    printf(" write data to at24c02 in address = %d \r\n ", page);
    // step-1: write 
    tempbuff[0] = page;
    for( i=1; i< sizeof(tempbuff); i++ )
    {
        tempbuff[i] = buff[i-1];
        printf(" %x \t ", tempbuff[i]);
    }
    printf(" \r\n ");
    
    ret = write(fd, tempbuff, sizeof(tempbuff));
    if( ret < 0 )
    {
       printf("%d %s %s i2c device write data failure: %s\n",
         __LINE__,  __FILE__, __FUNCTION__, strerror(errno));
       close(fd);
       return -1;
    }
    
    return 0;
}
 
 
int main(void)
{
    #define LEN    8
    unsigned startpage = 8;
    unsigned char buff[LEN];
    unsigned char rbuff[LEN];
    int i = 0, index = 0, j= 0;
    
    fd = at24cxx_drv_init();
    
    for( j=0; j < 5; j++ )
    {
        // write data 
        for(i = 0; i < sizeof( buff); i++ )
        {
            buff[i] = 0x20 + index;
            index++;
        }
        
        write_page( startpage, buff, sizeof( buff)); 
        printf(" \r\n \r\n ");
        startpage += 8;
        usleep(20000);   //20ms 
    }
   
    startpage = 8;
    for( j=0; j < 5; j++ )
    {
        read_page( startpage, rbuff, sizeof( rbuff));
        printf(" \r\n \r\n ");
        startpage += 8;
        usleep(20000); //20ms 
    }
    
    return 0;
}
 
 
 
 

2.2.3 编写Makefile 

创建Makefile文件，编写代码

CFLAGS= -Wall -O2
CC=/home/ctools/gcc-linaro-4.9.4-arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc
STRIP=/home/ctools/gcc-linaro-4.9.4-arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-strip
 
 
test_15_at24cxx: test_15_at24cxx.o
	$(CC) $(CFLAGS) -o test_15_at24cxx test_15_at24cxx.o
	$(STRIP) -s test_15_at24cxx
 
clean:
	rm -f test_15_at24cxx test_15_at24cxx.o

2.3 编译代码

       使用Make命令编译代码，然后将生成的执行文件copy到NFS下的共享目录中，方便在板卡中执行代码：

在板卡中可以看见：

3 测试

在板卡中运行程序后，可以看见：

4 逻辑分析仪查看波形

4.1 写数据波形

以连续写多个数据为例，分析芯片的驱动波形：

1）写地址波形

2）写数据波形

 

3）Stop 信号

4.2 读数据波形

以连续读多个数据为例，分析芯片的驱动波形：

1）写起始地址

3） 读数据byte

 4） 结束波形