ArmSom--I2C開發(fā)指南

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1. 簡(jiǎn)介

RK3588從入門到精通

本?介紹在rockchip平臺(tái)下如何配置i2c接口的方法并且添加調(diào)試驗(yàn)證i2c外設(shè)的例子

開發(fā)板：ArmSoM-W3

Kernel：5.10.160

OS：Debian11

2. i2c接口概述

i2c 總線控制器通過串行數(shù)據(jù)（SDA）線和串行時(shí)鐘 （SCL）線在連接到總線的器件間傳遞信息。

i2c總線一些特征：

只有兩根線分別是串行數(shù)據(jù)線（SDA），串行時(shí)鐘線（SCL）。

每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的地址識(shí)別

使用串行8位雙向數(shù)據(jù)傳輸方式。

可以使用普通GPIO口模擬I2C，但要需要將GPIO配置成OD模式（開漏模式）

3. 芯片i2c資源

RK3588旗艦芯片上可使用的I2C有9組，ArmSoM SOM-3588-LGA核心板采用LGA 506引腳封裝方式將I2C資源全部引出，ArmSoM-W3板子上接有部分i2c外設(shè)以及40PIN資源如下：

4. i2c使用

RK3588使用I2C 的驅(qū)動(dòng)是i2c-rk3x.c，參考文件 kernel/Documentation/devicetree/bindings/i2c/i2c-rk3x.txt。

4.1 DTS配置

i2c資源使用只需要在設(shè)備樹下進(jìn)行配置，例如上述RTC芯片的配置如下：

&i2c6 {
status = "okay";
//i2c-scl-rising-time-ns = <265>;
//i2c-scl-falling-time-ns = <11>;
//clock-frequency = <400000>;

hym8563: hym8563@51 {
 compatible = "haoyu,hym8563";
 reg = <0x51>;
 #clock-cells = <0>;
 clock-frequency = <32768>;
 clock-output-names = "hym8563";
 pinctrl-names = "default";
 pinctrl-0 = <&rtc_int>;
 interrupt-parent = <&gpio0>;
 interrupts = ;
};
};

參數(shù)說明：

clock-frequency： 默認(rèn) frequency 為 100k 可不配置，其它 I2C 頻率需要配置，最大可配置頻率由i2c-scl-rising-time-ns 決定；例如配置 400k，clock-frequency=<400000>。

i2c-scl-rising-time-ns：SCL 上升沿時(shí)間由硬件決定，例如測(cè)得 SCL 上升沿 365ns，i2c-scl-rising-time-ns=<365>。(默認(rèn)可以不配置)

i2c-scl-falling-time-ns: SCL 下降沿時(shí)間, 一般不變, 等同于 i2c-sda-falling-time-ns。(默認(rèn)也可以不配置）

在使用i2c設(shè)備樹配置的時(shí)候，有些方面需要注意：

1.上述rtc使用的引腳是I2C6_SDA_M0和I2C6_SCL_M0，硬件接口有些可以使用I2C6_SDA_M1，或者I2C6_SDA_M3，要修改默認(rèn)配置

i2c6: i2c@fec80000 {
 compatible = "rockchip,rk3588-i2c", "rockchip,rk3399-i2c";
 reg = <0x0 0xfec80000 0x0 0x1000>;
 clocks = <&cru 146>, <&cru 138>;
 clock-names = "i2c", "pclk";
 interrupts = <0 323 4>;
 pinctrl-names = "default";
 pinctrl-0 = <&i2c6m0_xfer>;//&i2c6m1_xfer、&i2c6m3_xfer
 #address-cells = <1>;
 #size-cells = <0>;
 status = "disabled";
};

i2c地址主要由7bit的二進(jìn)制數(shù)值組成，最低位是讀寫標(biāo)志位，0表示寫，1表示讀

比如：讀,0A3H   寫，0A2H 在linux驅(qū)動(dòng)中要取這個(gè)ic設(shè)備的從設(shè)備地址，就是0xA3或者0xA2右移一位得到

4.2 GPIO 模擬 I2C

I2C 用 GPIO 模擬，內(nèi)核已經(jīng)有實(shí)現(xiàn)，請(qǐng)參考文檔：Documentation/devicetree/bindings/i2c/i2c-gpio.txt 下面是使用的例子，dts 下配置 I2C 節(jié)點(diǎn)。

i2c@4 {
   compatible = "i2c-gpio";
   gpios = <&gpio5 9 GPIO_ACTIVE_HIGH>, /* sda */
   <&gpio5 8 GPIO_ACTIVE_HIGH>; /* scl */
   i2c-gpio,delay-us = <2>; /* ~100 kHz */
   #address-cells = <1>;
   #size-cells = <0>;
   pinctrl-names = "default";
   pinctrl-0 = <&i2c4_gpio>;
   status = "okay";
   
   gt9xx: gt9xx@14 {
       compatible = "goodix,gt9xx";
       reg = <0x14>;
       touch-gpio = <&gpio5 11 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;
       reset-gpio = <&gpio5 10 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
       max-x = <1200>;
       max-y = <1900>;
       tp-size = <911>;
       tp-supply = <&vcc_tp>;
       status = "okay";
     };
};

一般不推薦使用 GPIO，效率不高。

5. 檢查i2c設(shè)備

5.1 IIC 第三方工具

I2C tool 是一個(gè)開源工具，需自行下載進(jìn)行交叉編譯，代碼下載地址： https://www.kernel.org/pub/software/utils/i2c-tools/或者 編譯后會(huì)生成 i2cdetect，i2cdump，i2cset，i2cget 等工具，可以直接在命令行上調(diào)試使用，I2C tool 是開源的，編譯與使用參考里面的 README 與幫助說明。

ArmSoM-W3板子對(duì)應(yīng)的出廠固件已經(jīng)在系統(tǒng)下集成了這個(gè)工具，可以直接使用，比如掃描I2C總線上的RTC設(shè)備：

root@linaro-alip:~# i2cdetect -y 6
    0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:                         -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- UU -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --                        
root@linaro-alip:~#

掃描到對(duì)應(yīng)的RTC芯片的I2C地址為0X51

常用的命令還有以下幾個(gè)。

#檢測(cè)當(dāng)前系統(tǒng)有幾組i2c總線
i2cdetect -l

#查看i2c-0接口上的設(shè)備
i2cdetect -a 6

#讀取指定設(shè)備的全部寄存器的值。
i2cdump  -f -y 6 0x51

#讀取指定IIC設(shè)備的某個(gè)寄存器的值，如下讀取地址為0x51器件中的0x01寄存器值。
i2cget -f -y 6 0x51 0x01

#寫入指定IIC設(shè)備的某個(gè)寄存器的值，如下設(shè)置地址為0x51器件中的0x01寄存器值為0x1a；
i2cset -f -y 3 0x51 0x01 0x1a

5.2 RTC使用

Linux系統(tǒng)下包含兩個(gè)時(shí)間：系統(tǒng)時(shí)間和RTC時(shí)間。

linux命令中的date和time等命令都是用來設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間的，而hwclock命令是用來設(shè)置和讀寫RTC時(shí)間的。

root@linaro-alip:~# hwclock -r
2018-05-24 16:38:13.115443+00:00 //查看硬件時(shí)間
root@linaro-alip:~# date
2018年 05月 24日 星期四 16:38:21 UTC //查看系統(tǒng)時(shí)間
root@linaro-alip:~# date -s "2023-10-24 11:45:00"
2023年 10月 24日 星期二 11:45:00 UTC //重新設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間
root@linaro-alip:~# hwclock -w //同步系統(tǒng)時(shí)間到rtc上，掉電不丟失時(shí)間
root@linaro-alip:~# hwclock -r
2023-10-24 11:45:17.694727+00:00

5.3 I2C 常見問題

如果調(diào)用 I2C 傳輸接口返回值為 -6(-ENXIO)時(shí)候，表示為 NACK 錯(cuò)誤，即對(duì)方設(shè)備無應(yīng)答響應(yīng)

這種情況一般為外設(shè)的問題，常見的有以下幾種情況：

I2C 地址錯(cuò)誤；

I2C slave 設(shè)備處于不正常工作狀態(tài)，比如沒有上電，錯(cuò)誤的上電時(shí)序以及設(shè)備異常等；

I2C 時(shí)序不符合 slave 設(shè)備所要求也會(huì)產(chǎn)生 NACK 信號(hào)，比如 slave 設(shè)備需要的是 stop 信號(hào),而不是

repeat start 信號(hào)的時(shí)候；

I2C 總線受外部干擾導(dǎo)致的，用示波器測(cè)量可以看到是一個(gè) ACK 波形。

當(dāng)出現(xiàn) I2C 的 log 類似："timeout, ipd: 0x80, state: 1"時(shí)，看到 ipd 為 0x80 打印，可以說明當(dāng)前 SCL 被 slave 拉住，要判斷被哪個(gè) slave 拉?。? 一是排除法，適用于外設(shè)不多的情況，而且復(fù)現(xiàn)概率高；  二是需要修改硬件，在 SCL 總線上串入電阻，通過電阻兩端產(chǎn)生的壓差來確定，電壓更低的那端 外設(shè)為拉低的 slave，電阻的選取以不影響 I2C 傳輸且可以看出壓差為標(biāo)準(zhǔn)，一般上拉電阻的 1/20 以上都可以，如果是 host 拉低也可以看出。 常見的情況是 sda 被拉低，證明是誰拉低的。

有時(shí)候i2c初始化有問題時(shí)速率可以降低看有沒有改善。遇到的 I2C 問題最好的辦法是抓取 I2C 出錯(cuò)時(shí)候的波形，通過波形來分析 I2C 問 題，I2C 的波形非常有用，大部分的問題都能分析出來。

6. 讀取eeprom數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)

本章介紹通過IIC接口讀寫eeprom(AT24C08)的數(shù)據(jù)。 本次實(shí)驗(yàn)會(huì)以i2c-7做為示例，接其他i2c引腳操作也是一樣的 當(dāng)然，并不是只能用這個(gè)eeprom這個(gè)模組，這只是做個(gè)簡(jiǎn)單的示例，如果您沒有這個(gè)模塊，可以通過學(xué)習(xí)操作eeprom的方式操作您想要操作的i2c設(shè)備。

6.1 硬件連接

將eeprom接入到ArmSoM-W3開發(fā)板的i2c-7的總線上，如下圖所示

板子eeprom3.3V(1)VCCGND(39)GNDSCL(5)SCLSDA(3)SCA

6.2 軟件配置

在文件kernel\arch\arm64\boot\dts\rockchip\rk3588-armsom-w3.dts文件下添加下面代碼：

&i2c7 {
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&i2c7m3_xfer>;
clock-frequency = <100000>;
status = "okay";
eeprom@50 {
               status = "okay";
   compatible = "at,24c08";
               reg = <0x50>;
       };
};

eeprom驅(qū)動(dòng)在drivers/misc/eeprom/下面，如果是其他i2c接口芯片在kernel目錄下沒有驅(qū)動(dòng)，可以去對(duì)找對(duì)應(yīng)芯片廠商提供驅(qū)動(dòng)文件

將eeprom的驅(qū)動(dòng)編譯進(jìn)內(nèi)核測(cè)試

6.3 讀寫數(shù)據(jù)測(cè)試

找到模塊位置：

root@linaro-alip:~# find / -name "at24"
/sys/bus/i2c/drivers/at24

讀eeprom內(nèi)容：

寫eeprom內(nèi)容：