嵌入式Linux下I2C接口调试
By Toradex秦海
1). 简介
I2C是嵌入式设备最为常用的接口之一，常用于如下面这些应用场景，因此本文就基于嵌入式Linux演示在User Space进行I2C设备调试。
- Digital to Analog converter
- EEPROM
- Real Time Clock
- Touch screen LCD
- Audio codec
本文所演示的平台来自于Toradex Apalis iMX6Q ARM嵌入式平台，这是一个基于NXP iMX6Q ARM处理器，支持四核心Cortex-A9。
2. 准备
a).Apalis iMX6Q ARM核心版配合Apalis Ixora载板，连接调试串口UART1到开发主机方便调试，同时配置好Ubuntu开发主机开发环境，具体操作方法可以参考这里。
b).Apalis iMX6Q系统使用Toradex Linux Release V2.6.1，下载和更新方法请参考这里。
3). I2C总线user space操作命令测试
a). Apalis iMX6Q核心版默认定义提供了三个I2C总线可供外部使用（i2c-2为核心板内部电源管理使用），如下所示，其中i2c-1为通用I2C接口；i2c-0为DDC接口，用于连接HDMI DDC/EDID接口，不能用做通用I2C接口；而i2c-3通常用于连接camera接口使用，不过也可以用做通用I2C接口。
b). 本文演示示例则通过读写Apalis Ixora载板连接在i2c-1总线上面的2Kb EEPROM
c). User Space下通过I2C tools直接操作i2c-1总线进行访问EEPROM
./ 查看Apalis iMX6Q的所有I2C总线
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root@apalis-imx6:~# ls -l /dev/i2c-*
crw------- 1 root root 89, 0 4??月 26 06:52 /dev/i2c-0
crw------- 1 root root 89, 1 4??月 26 06:52 /dev/i2c-1
crw------- 1 root root 89, 2 4??月 26 06:52 /dev/i2c-2
crw------- 1 root root 89, 3 4??月 26 06:52 /dev/i2c-3
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./ 查看i2c-1总线上面的设备
可以看到在0x50和0x68两个地址上面挂有设备，0x68显示为UU意味着这个设备被kernel driver占用，通常不能从user space探查，这里结合Apalis iMX6Q手册可以得知挂载的为外部RTC设备；而0x50则为我们所需要测试的EEPROM设备
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./ dump 0x50 EEPROM全部寄存器地址0-0xff，初始状态下每个寄存器地址保存的数值都是0xff
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./使用i2cset和i2cget来写和读EEPROM特定寄存器地址
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// 向EEPROM 0x00寄存器地址写入0x01
root@apalis-imx6:/home# i2cset 1 0x50 0x00 0x01 b
WARNING! This program can confuse your I2C bus, cause data loss and worse!
DANGEROUS! Writing to a serial EEPROM on a memory DIMM
may render your memory USELESS and make your system UNBOOTABLE!
I will write to device file /dev/i2c-1, chip address 0x50, data address
0x00, data 0x01, mode byte.
Continue? [y/N] y
// 读取EEPROM 0x00寄存器地址
root@apalis-imx6:/home# i2cget 1 0x50 0x00 b
……
0x01
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d). User Space下通过I2C tools读取i2c-1总线进行访问RTC芯片
./Apalis Ixora载板外部RTC芯片使用ST m41t00 芯片，其内部集成8 byte寄存器用于存储时间相关信息，格式如下：
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1st byte: seconds register
2nd byte: minutes register
3rd byte: century/hours register
4th byte: day register
5th byte: date register
6th byte: month register
7th byte: years register
8th byte: control register
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./ Linux下查看当前时间
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root@apalis-imx6:~# date
2017??年 04??月 26??日 ??星??期??三 08:57:23 UTC
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./ Linux下手动修改当前时间，默认当设备联网时候自动联网校准时间是打开的
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// 关闭网络时间同步
timedatectl set-ntp 0
//手动设置时间并重启
timedatectl set-time 22:50:11
reboot
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./ 利用i2cget –f命令查看RTC寄存器数值示例
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// 查看当前系统时间设置
root@apalis-imx6:~# date
2017??年 04??月 26??日 ??星??期??三 09:02:17 UTC
// 读取时数值
root@apalis-imx6:~# i2cget -f 1 0x68 0x02 b
……
0x09
// 读取分数值
root@apalis-imx6:~# i2cget -f 1 0x68 0x01 b
……
0x02
// 读取秒数值
root@apalis-imx6:~# i2cget -f 1 0x68 0x00 b
……
0x41
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4). I2C总线C程序操作示例
使用C程序打开I2C设备并进行读写，这里编写例程以访问i2c-1总线上的EEPROM设备进行读写操作。
a). 首先以C程序访问i2C设备，需要include “i2c-dev.h”这个头文件，请注意在Linux中有两个同样名字的头文件，系统自带的通常是来自Linux kernel的i2c总线驱动对应的，这个并不是我们所需要的，而我们所需的是i2c-tools里面提供的这个“i2c-dev.h”头文件，这个文件请见这里：
b). 示例C程序代码请参考这里，说明如下：
./ 首先程序含有输入变量，i2c总线号码，设备地址以及变量X，用于设置需要读写的寄存器地址：0xX0 – 0xXf
./ 使用open函数打开i2c总线
./ 使用ioctl函数设置设备地址
./ 利用 SMBus 命令或者write函数向寄存器地址 0xX0 – 0xXf写入数据，数值就是对应的寄存器地址
./ 利用SMBus命令或者read函数读取寄存器地址 0xX0 – 0xXf数据并打印出来
./ 关闭i2c总线设备并退出程序
c). 程序运行结果
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// 写入并读出寄存器0x00 – 0x0f
root@apalis-imx6:~# ./i2ctest 1 80 0
0x00 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x0a 0x0b 0x0c 0x0d 0x0e 0x0f
0x00 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x0a 0x0b 0x0c 0x0d 0x0e 0x0f
// 写入并读出寄存器0x10 – 0x1f
root@apalis-imx6:~# ./i2ctest 1 80 1
0x10 0x11 0x12 0x13 0x14 0x15 0x16 0x17 0x18 0x19 0x1a 0x1b 0x1c 0x1d 0x1e 0x1f
0x10 0x11 0x12 0x13 0x14 0x15 0x16 0x17 0x18 0x19 0x1a 0x1b 0x1c 0x1d 0x1e 0x1f
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这时dump EEPROM所有寄存器结果如下
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d). 更多关于利用C程序使用I2C的说明请参考这里的内核文档说明。