Linux下使用I2C总线读写 EEPROM（读写i2c从设备通用程序）

 Linux下使用ＩＩＣ总线 读写i2c从设备寄存器

by 韩大卫 @吉林师范大学

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2012.7.16

1，本文给出了linux 下使用IIC总线读写i2c从设备的实现程序。
2,  本文给出了在编程中遇到的几种非常隐蔽的错误的解决方法。
3，本文的读写程序非常通用：

i2c -d /dev/i2c-1 -s 0x51 0x05 18    -----Write 18 to the register: 0x05 of the i2c-slave address: 0x51

i2c -d /dev/i2c-10 0x57 0x05           ------Read the register: 0x05 of the i2c-slave address: 0x57

i2c 0x40 0x0f  ----- 在默认路径下读 i2c 从设备地址为0x40的 0x0f的地址（或寄存器地址）

4，本程序以EEPROM为例，最后出了如何读写i2c下的从设备的通用程序，而不是针对于EEPROM这一种芯片。另篇文章《linux下使用i2c总线与E2PROM通信》中有针对

EEPROM的一些操作。但原理是与本文相同的。

 我们嵌入式系统中的E2PROM 是 24C02.先简单了解一下这款芯片：

AT24C02的存储容量为2Kb，内容分成32页，每页8B，共256B，操作时有两种寻址方式：芯片寻址和片内子地址寻址。 
　　（1）芯片寻址：AT24C02的芯片地址为1010，其地址控制字格式为 1010A2A1A0R/W。其中A2，A1，A0可编程地址选择位。A2，A1，A0引脚接高、
低电平后得到确定的三位编码，与1010形成7位编码， 即为该器件的地址码。R/W为芯片读写控制位，该位为0，表示芯片进行写操作。 
　　（2）片内子地址寻址：芯片寻址可对内部256B中的任一个进行读/写操作，其寻址范围为00~FF，共256个寻址单位。

我们采用的是第2种 寻址方式。


另外，有一个问题需要了解一下，就是EEPROM 与flash , 什么时候使用EEPROM，什么时候用FLASH合适。
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 From Www.baidu.com :

　Flash存储器又称闪存，它结合了ROM和RAM的长处，不仅具备电子可擦除可编程（EEPROM）的性能，还可以快速读取数据（NVRAM的优势），使数据不会因为断电而
丢失。U盘和MP3里用的就是这种存储器。用作存储Bootloader以及操作系统或者程序代码，或者直接当硬盘使用（U盘）。 

一， EEPROM以单字节读写，FLASH部分芯片只能以块方式擦除(整片擦除),部分芯片可以单字节写入(编程),一般需要采用块写入方式； 


二，FLASH比EEPROM读写速度更快，可靠性更高。

三，价格方面比较，FLASH比EEPROM贵。 

So，我们的版卡参数信息，等一些固定的,小量的，不需要经常修改资料信息放在EEPROM中。而flash作为存储程序的存储器，存放操作系统代码等需要快速读写的，
经常访问的数据。


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先介绍下遇到的一些问题：

问题一： Bad address

在使用ioctl 在用户层将包装好的data 发送给内核，但是运行结果显示：

 error = Bad address
我原来以为是不是给我访问地址不对， 可是地址是正确的。

后来看到了报错的位置:

在内核代码 driver/i2c/i2c-dev.c ，函数i2cdev_ioctl_rdrw（）中

if (copy_from_user(&rdwr_arg,
				(struct i2c_rdwr_ioctl_data __user *)arg,
				 sizeof(rdwr_arg)))
 			 return -EFAULT;

这条语句返回了错误提示bad address 。
经过查资料，出错的非常原因隐蔽又非常简单：
  copy_to_user的定义是：    
  copy_to_user ( void  __user  *  to ,   const   void   *  from ,   unsigned   long  n );  
   
 可是这个unsigned long 在32bit的处理器上是等于 unsigned int 的，都是4个字节，32bit。
所以我最初在eeprom_io.h中有这样的定义：typedef unsigned long u32;
在eeprom_io.c中：ioctl(fd, I2C_RDWR, (u32)iocs);

我们的版卡的处理器是64bit mips系列处理器，unsigned long 就是8个字节，64bit。交叉编译器不会报错的。但运行后就会由于字节的问题一直有 Bad address的
错误反馈。这误导我单纯了认为是地址不对。
后来我将typedef unsigned long u32 改为 typedef unsigned long u64;
ioctl(fd, I2C_RDWR, (u64)iocs) 。才将这个问题解决。


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问题二，程序执行一次write 后再执行write的时候出现：


Input/output error

同样的，执行一次write 后再执行 read 也有这样的错误。

我将addr改为   0x90,0x10  。运行结果都是报错： Input output error

找到报错的位置：
是在  XXX_i2c_xfer () 中下的一的执行函数： octeon_i2c_simple_write（）


    cmd = __raw_readq(i2c->twsi_base + SW_TWSI);
        printk(KERN_DEBUG "%s:after readq cmd = %llx\n",__func__,cmd);

        if ((cmd & SW_TWSI_R) == 0) { 
                if (octeon_i2c_lost_arb(cmd))
                        goto retry;
                ret = -EIO;
              

这个EIO 在用户层上

 printf("%s:error = %s\n",__FUNCTION__,strerror(errno));
会显示input/output error 


观察dmesg:

[ 2656.285759] octeon_i2c_xfer: num = 1
[ 2656.285769] octeon_i2c_xfer:msgs[0].addr = 57, msgs[0].flags = 0, msgs[0].len = 2
[ 2656.285780] octeon_i2c_xfer:msgs[0].buf[0] = 0
[ 2656.285789] octeon_i2c_simple_write:
[ 2656.285797] octeon_i2c_simple_write:cmd = 8090570000000000
[ 2656.285808] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[1] = 10,cmd = 8090570000000010
[ 2656.285820] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[0] = 0,cmd = 8090570000000010
[ 2656.285948] octeon_i2c_simple_write:after readq cmd = 090570000000020
[ 2656.285955] 


我将正确执行的程序dmesg 打印出来作为对比：

[ 4312.259857] octeon_i2c_xfer: num = 1
[ 4312.259866] octeon_i2c_xfer:msgs[0].addr = 51, msgs[0].flags = 0, msgs[0].len = 2
[ 4312.259878] octeon_i2c_xfer:msgs[0].buf[0] = 2
[ 4312.259887] octeon_i2c_simple_write:
[ 4312.259895] octeon_i2c_simple_write:cmd = 8090510000000000
[ 4312.259906] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[1] = 30,cmd = 8090510000000030
[ 4312.259918] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[0] = 02,cmd = 8090510000000230
[ 4312.260227] octeon_i2c_simple_write:after readq cmd = 01905100ffffffff


第一次write执行成功，这说明代码没有问题，那么第二次执行失败，应该是有别的原因，上网查了一下24C02 的资料，原来是这样：


“数据写完之后，给一个停止信号后一定要延时10MS，24C02需要这么久载入数据”

这是24C02的电气特性。

在write函数使一次用usleep(10000) 。

补充一下：我们的CPU 为6内核500M主频，计算处理能力极强。如果在用户层写一般的延时

程序根本不起作用，一般使用2个for，一个for执行10000次，在PC上就有会明显的延时。 但

是在我们的嵌入式系统中，使用8个for语句，每个for执行10000次，丝毫没有影响，起不到

一丝的延时作用。另外，单纯的使用for作用延时，会将CPU处于满负荷阻塞状态，

影响其他功能，所以，建议大家使用usleep()函数，usleep(10000), 正好是10Ms，这样
最佳的使用了CPU时间。

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问题三，关于

 fd = i_open("/dev/i2c-2",TIMEOUT,RETRY);

这个语句本身没有问题，在我的系统上也测试通过了，但是其他系统有使用出错的情况，

我观察他的dmesg:

[ 4515.609931] octeon_i2c_xfer: num = 1
[ 4515.609941] octeon_i2c_xfer:msgs[0].addr = 57, msgs[0].flags = 0, msgs[0].len = 2
[ 4515.609952] octeon_i2c_xfer:msgs[0].buf[0] = 2
[ 4515.609961] octeon_i2c_simple_write:
[ 4515.609969] octeon_i2c_simple_write:cmd = 8090570000000000
[ 4515.609980] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[1] = 01,cmd = 8090570000000001
[ 4515.609992] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[0] = 02,cmd = 8090570000000201
[ 4515.610117] octeon_i2c_simple_write:after readq cmd = 0090570000000020


我执行了一次正确的write，  打印出结果作为对比：

[ 4312.259857] octeon_i2c_xfer: num = 1
[ 4312.259866] octeon_i2c_xfer:msgs[0].addr = 51, msgs[0].flags = 0, msgs[0].len = 2
[ 4312.259878] octeon_i2c_xfer:msgs[0].buf[0] = 2
[ 4312.259887] octeon_i2c_simple_write:
[ 4312.259895] octeon_i2c_simple_write:cmd = 8090510000000000
[ 4312.259906] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[1] = 30,cmd = 8090510000000030
[ 4312.259918] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[0] = 02,cmd = 8090510000000230
[ 4312.260227] octeon_i2c_simple_write:after readq cmd = 01905100ffffffff


后来经过研究，是访问的i2c bus 出了问题。

原因如下：

在我的版卡的datasheet 上：   24C02  是挂在I2C0  上的，/dev/i2c-0, /dev/i2c2--/dev/i2c-9  

都是属于I2c0的，这样访问这些bus都可以。但是 /dev/i2c-1,/devi2c-10---/dev/i2c-33 这些的都

是属于I2C1的  ，所以单纯的 fd = i_open("/dev/i2c-2",TIMEOUT,RET

RY)这样的程序不能得到通用，唯一的办法是在中使用argv ，

将路径作为参数传进来， 进而能进入正确的/dev/i2c-* 号bus。 同时为了做到简化，

将/dev/i2c-0作为默认路径。 使用时候可以

 i2c -d /dev/i2c-1 0x57 0x10                  使用 /dev/i2c-1 作为路径

i2c 0x57 0x10                                         使用默认路径/dev/i2c-0.


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下面是 实现代码 . Main.c :

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#include "i2c.h"

#define TIMEOUT	3
#define RETRY	3

static int fd;
static u16 addr;
static u8 offset;

int i_open(unsigned char* dev, unsigned int timeout, unsigned int retry){

        return i2c_open(dev,timeout,retry); 
}

int read_data(u16 addr, u8 offset, u8 *val){
	int ret;
	
	ret = i2c_read_data(addr,offset,val);
	if(ret < 0){
		printf("%s error!\n",__FUNCTION__);
		exit(-1);
	}
	printf("read success, val  = %02x\n",*val);
	return 0;
}

int write_data(u16 addr, u8 offset, char* argv){
		
	int ret;
	u8 val = (unsigned char)strtoul(argv,0,16);
	
	ret = i2c_write_data(addr,offset,val);
	if(ret < 0){
		printf("%s error!\n",__FUNCTION__);
		exit(-1);
	}

	printf("write success , val  = %02x\n",val);
	usleep(10000);    // 延时程序
	return 0;
}

int help_info(void){
	printf("\nUsage: i2c  [-d PATH] ADDR OFFSET\n");
	printf("\nOr:    i2c  [-d PATH] -s ADDR OFFSET DATA \n");
        printf("\nRead or Write  the register of i2c slave\n");
	printf("\nFor example\n");
	printf("\ti2c 0x51 0x05\t\t\t\t\t\tRead the register: 0x05 of the address: 0x51\n");
	printf("\ti2c -d /dev/i2c-10 0x51 0x05\t\t\t\tRead the register: 0x05 of the address: 0x51\n");
	printf("\ti2c -d /dev/i2c-1 -s 0x51 0x05 18\t\t\tWrite 18 to the register: 0x05 of the address: 0x51\n\n");

	return 0;
}

void i2c_path(char* argv){

	fd = i_open(argv,TIMEOUT,RETRY);
	if( fd < 0 ){	
		printf("i2c_open error!\n");
		exit(-1);
	}	
}

void i2c_addr(char * argv){
	char *s = argv;
	addr	= bin2bcd(atoi(s+2));
}

void i2c_offs(char *argv){
	char *s = argv;
	offset	= bin2bcd(atoi(s+2));
}

int main(int argc,char* argv[]){
	u8 val;

	switch(argc){
	
	case 2 :{
		if(!strcmp(argv[1],"-h") || !strcmp(argv[1],"--help")){
			help_info();
		}else{
			printf("cmd error!\n");
			exit(-1);
		}
	}break;
	case 3 :{
		i2c_path("/dev/i2c-1");
		i2c_addr(argv[1]);
		i2c_offs(argv[2]);	
		read_data(addr,offset,&val);
	}break;
	case 5 :{
		if(!strcmp(argv[1],"-d")){
			i2c_path(argv[2]);
			i2c_addr(argv[3]);
			i2c_offs(argv[4]);
			read_data(addr,offset,&val);
		}else if(!strcmp(argv[1],"-s")){
			i2c_path("/dev/i2c-1");
			i2c_addr(argv[2]);
			i2c_offs(argv[3]);
			write_data(addr,offset,argv[4]);
		}else {
			printf("cmd error!\n");
			exit(-1);
		}
	}break;
	case 7 :{
		if(!strcmp(argv[1],"-d")){
			i2c_path(argv[2]);
			if(!strcmp(argv[3],"-s")){
				i2c_addr(argv[4]);	
				i2c_offs(argv[5]);
				write_data(addr,offset,argv[6]);
			}
		}else {
			printf("cmd error!\n");
			exit(-1);
		}
	}break;
	default:
		printf("Please input --help or -h  for help information\n");
	}		


		
	close(fd);
	return 0;
}


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i2c.c :

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#include "i2c.h"

static int fd;

int
i2c_read_data(u16 addr, u8 offset, u8 *val)
{
	int i,ret = 0;

	struct i2c_rdwr_ioctl_data *data;

	if ((data = (struct i2c_rdwr_ioctl_data *)malloc(sizeof(struct i2c_rdwr_ioctl_data))) == NULL)
	return -1;

	data->nmsgs = 2;
	if ((data->msgs = (struct i2c_msg *)malloc(data->nmsgs * sizeof(struct i2c_msg))) == NULL) {
		ret = -1;
		goto errexit3;
	}
	if ((data->msgs[0].buf = (unsigned char *)malloc(sizeof(unsigned char))) == NULL) {
		ret = -1;
		goto errexit2;
	}
	if ((data->msgs[1].buf = (unsigned char *)malloc(sizeof(unsigned char))) == NULL) {
		ret = -1;
		goto errexit1;
	}

	data->msgs[0].addr = addr;
	data->msgs[0].flags = 0;
	data->msgs[0].len = 1;
	data->msgs[0].buf[0] = offset;

	data->msgs[1].addr = addr;
	data->msgs[1].flags = I2C_M_RD;
	data->msgs[1].len = 13;			//original data is 1
	data->msgs[1].buf[0] = 0;

	if ((ret = __i2c_send(fd, data)) < 0)
		goto errexit0;

	for(i = 0 ;i < data->msgs[1].len; i++)
		val[i] = data->msgs[1].buf[i];

errexit0:
	free(data->msgs[1].buf);
errexit1:
	free(data->msgs[0].buf);
errexit2:
	free(data->msgs);
errexit3:
	free(data);

	return ret;
}

int
i2c_write_data(u16 addr, u8 offset, u8 val)
{
	int ret = 0;

	struct i2c_rdwr_ioctl_data *data;

	if ((data = (struct i2c_rdwr_ioctl_data *)malloc(sizeof(struct i2c_rdwr_ioctl_data))) == NULL)
		return -1;

	data->nmsgs = 1;
	if ((data->msgs = (struct i2c_msg *)malloc(data->nmsgs * sizeof(struct i2c_msg))) == NULL) {
		ret = -1;
		goto errexit2;
	}
	if ((data->msgs[0].buf = (unsigned char *)malloc(2 * sizeof(unsigned char))) == NULL) {
		ret = -1;
		goto errexit1;
	}

	data->msgs[0].addr = addr;
	data->msgs[0].flags = 0;
	data->msgs[0].len = 2;
	data->msgs[0].buf[0] = offset;
	data->msgs[0].buf[1] = val;

	if ((ret = __i2c_send(fd, data)) < 0)
		goto errexit0;

errexit0:
	free(data->msgs[0].buf);
errexit1:
	free(data->msgs);
errexit2:
	free(data);

	return ret;
}

int
i2c_open(unsigned char* dev, unsigned int timeout, unsigned int retry)
{
	if ((fd = open(dev, O_RDWR)) < 0)
		return fd;
	
	__i2c_set(fd, timeout, retry);

	return fd;
}

static int
__i2c_send(int fd, struct i2c_rdwr_ioctl_data *data)
{
	if (fd < 0)
		return -1;

	if (data == NULL)
		return -1;

	if (data->msgs == NULL || data->nmsgs == 0)
		return -1;
	
	return ioctl(fd, I2C_RDWR, (unsigned long)data) ;
}

static int
__i2c_set(int fd, unsigned int timeout, unsigned int retry)
{
	if (fd == 0 )
		return -1;

	ioctl(fd, I2C_TIMEOUT, timeout ? timeout : I2C_DEFAULT_TIMEOUT);

	ioctl(fd, I2C_RETRIES, retry ? retry : I2C_DEFAULT_RETRY);
	
	return 0;
}

void
i2c_close(int fd)
{
	if (fd < 0)
		return;

	close(fd);
}

unsigned bcd2bin(unsigned char val)
{       
        return (val & 0x0f) + (val >> 4) * 10;  
}

unsigned char bin2bcd(unsigned val)
{       
        return ((val / 10) << 4) + val % 10;
}    
i2c.h ：

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#ifndef I2C_H
#define I2C_H

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define I2C_DEFAULT_TIMEOUT		1
#define I2C_DEFAULT_RETRY		3

typedef unsigned char           u8;
typedef unsigned short          u16;
typedef unsigned int            u32;
typedef unsigned long long      u64;
typedef signed char             s8;
typedef short                   s16;            
typedef int                     s32;
typedef long long               s64;

unsigned bcd2bin(unsigned char val);

unsigned bcd2bin(unsigned char val);

static int
__i2c_send(int fd, struct i2c_rdwr_ioctl_data *data);

static int
__i2c_set(int fd, unsigned int timeout, unsigned int retry);

int
i2c_read_data(u16 addr, u8 offset, u8 *val);

int
i2c_write_data(u16 addr, u8 offset, u8 val);

int
i2c_open(unsigned char* dev, unsigned int timeout, unsigned int retry);

#endif

************* ************************************************ 


by   韩大卫 @吉林师范大学