Linux内核调用I2C驱动_实现MPU6050的数据读取

0. 导语

最近一段时间都在恶补数据结构和C++，加上导师的事情比较多，Linux内核驱动的学习进程总是被阻碍、不过，十一假期终于没有人打扰，有这个奢侈的大块时间，可以一个人安安静静的在教研室看看Linux内核驱动的东西。按照Linux嵌入式学习的进程，SPI驱动搞完了之后就进入到I2C驱动的学习当中，十一还算是比较顺利，I2C的Linux驱动完成了。

为了测试I2C是否好用，选择一个常用的I2C传感器，手头有个MPU6050，刚好作为I2C的从器件，那就以MPU6050为例，进行Linux底层的I2C驱动开发。

同样的使用Linux内核中的GPIO模拟I2C的时序一点难度没有，I2C的硬件标准时序也是非常的简单，闭着眼睛都能画出时序图吧，如果我们使用Linux内核提供了I2C机制，那么问题不单单是要解决时序，而重点在于对于整个I2C的机制的把握,，。刚刚拿到I2C内核机制的时候，我也看的很晕，i2c_client, i2c_master, i2c_driver, i2c_device，这些东西到底有什么关系呢？到底我该如何让Linux系统的I2C为我所用，按照我的意愿对MPU6050进行读取？到底我能挑出对我有用的Linux的I2C机制，其他没用的机制我不启动，以简化代码。

那么，就真需要从I2C最底层说起。

1. 实验平台

平台	内容
ARM板子	友善之臂Nano-T3 （CortexA53架构，Samsung S5C6818芯片）
ARM板子的Linux系统	Ubuntu 16.04.2 LTS
Linux开发主机	Ubuntu 16.04.3 LTS amd4版本
Linux内核版本	Linux3.4.y
编译器COMPILE_CROSS	arm-cortexa9-linux-gnueabihf-
从设备	MPU6050模块（I2C接口）

2. 查看系统I2C的支持

按照SPI驱动的思维，使用spi_driver注册，然后和spi_device匹配，使之进入probe函数，完成spi_master的获取，依照这个方法，我的I2C驱动也是按照这个方法，寻求i2c_driver和i2c_device匹配，然而I2C的驱动尤其特殊之处，使得我的i2c_driver怎么注册都不成功，不是内核内存炸了，就是总是返回失败。

后来我才发现，i2c的使用是不需要注册的，或者严格说一点，Linux系统在启动的时候已经帮你注册好了，而你再去i2c_driver_register的时候肯定是失败的。所以到底我们使用I2C驱动的时候到底需不需要注册，则需要在Linux系统里面查看当前I2C的注册状态。那么流程就比较清晰了，如果查看系统注册了I2C那么就在驱动中直接使用；如果系统没有注册I2C那么我们先注册I2C再使用。

2.1 如何查看？

目标板终端输入：ls /sys/bus/i2c/devices

可以看到我这个主机是支持4个I2C外设的（方框圈出），如果是这样的情况，我们就可以直接使用上面的i2c。这里的i2c-0，i2c-1....指的是4个i2c_master，而i2c_master可以挂N个i2c_client。

其他的数字设备就是我挂载的i2c_master上的i2c_client，举个例子，画圈的【0-0069】意思是：挂载到i2c-0上的从地址为0x69的设备，那么【2-0048】的意思就是：挂载到i2c-2 adapter上的从地址为0x48的设备。

我们开发的MPU6050驱动依托I2C进行传输，则需要在这个文件夹创建设备节点才能利用Linux内核提供的I2C方法进行数据的交互。

2.2 弄清楚MPU6050的从地址与Linux I2C从地址的合法性

随手搜了一下MPU6050的从地址，有的给出了MPU6050的从地址是0x68，有的给出的是0xD0，一开始我也懒查，认定MPU6050的地址在A0引脚为低电平的时候为0x68，加载驱动的时候出现了很尴尬的事情，0-0068这个地址已经被DS1607实时时钟占用，然后网上有人说是把A0引脚打到高电平地址就是0xD0，可是我试0xD0的时候，被Linux警告，说是从地址不合法，我查看了Linux内核的i2c_core.c文件，里面有个地址校验，高于0x7F的7-bit地址，都是不合法的，Linux不可能犯这样的错误，肯定是网友的锅。果然，我阅读了手册，如果A0的电平为高那么地址是0x69。说从地址是0xD0的人，犯了一个错误，他们多半玩的是模拟IO出的I2C波形，他们对I2C协议标准不够了解，的确0x69 << 1 = 0xD0，I2C在读写的时候，预留出7-bit地址前移1位，把最低位作为读写标识，但绝对不能说从地址就是0xD0。

不过可以再一次看见Linux内核的严谨、严肃的态度。也再一次说，不能懒惰，自己查手册，看最标准的说明。

3 I2C 驱动开发

我这里给出最简单的模型，其他的字符驱动注册什么的同spi驱动，这里只说明I2C驱动怎么使用。

3.1 I2C的注册

static struct i2c_board_info __initdata sp6818_mpu6050_board_info = {
    I2C_BOARD_INFO("mpu6050-i2c", MPU6050_SLAVE_ADDRESS),,
    .irq    = -1,
};

int xxx_hw_init(){
    struct i2c_client *client;
    struct i2c_adapter *adapter;

    adapter = i2c_get_adapter(0);
    if (!adapter) {
        ret = -ENXIO;
        printk(DRV_NAME "\terror: %d : init i2c adapter failed.\n", ret);
        return ret;
    }
    strlcpy(adapter->name, "nxp_i2c",sizeof(adapter->name));
    client = i2c_new_device(adapter, &sp6818_mpu6050_board_info);
    if (!client) {
        ret = -ENXIO;
        printk(DRV_NAME "\terror: %d : init i2c client failed.\n", ret);
        return ret;
    }
}

你没有看错，i2c的使用就是这么简单，我有什么办法，我之前开发加上i2c_register和字符驱动的初始化什么的，整init函数整了近100多行，结果不断的尝试，发现就这些。

下面就说几个重点：

3.1.1 adapter的获取

adapter = i2c_get_adapter(0);定义一个指针，然后使用i2c_get_adapter(0)，得到我们上面说的，i2c-0，这个adapter。你疑问了，我为什么选择i2c-0这个adapter，为什么不选择-i2c-其他。因为这个开发板只把-i2c-0的引脚印出来了。

。。。

这样就获取到了adapter。

3.1.2 client的创建

接着我们就要创建一个client，这个client就指的是你的mpu6050，我们使用i2c_board_info这个结构体来描述mpu6050，先定义一个这个info：

static struct i2c_board_info __initdata sp6818_mpu6050_board_info = {
    I2C_BOARD_INFO("mpu6050-i2c", MPU6050_SLAVE_ADDRESS),,
    .irq    = -1,
};

第二行的，”mpu6050-i2c“就是注册到Linux系统里面的设备名字，可以在如图所示路径和cat命令查看。

MPU6050_SLAVE_ADDRESS就是MPU6050的地址了，0x69 ，MPU6050的A0接高电平，地址是0x69没毛病。

然后，就是生成这个client且和之前那个adapter绑定：

client = i2c_new_device(adapter, &sp6818_mpu6050_board_info);

之后client的信息和adapter的信息我们要保存起来，可以定义一个全局指针之类的承接初始化后的client和adapter，因为后面的传输数据要用。

到此，I2C完成了，很简单，可是探索起来好麻烦。

3.2 I2C数据的写入

static int 
__mpu6050_write_reg(MPU6050* this, char reg_addr, char reg_value)
{
    int ret;
    struct i2c_msg msg;
    char write_buffer[10];
    
    memset(write_buffer, 0, 10);
    write_buffer[0] = (char)reg_addr;
    write_buffer[1] = (char)reg_value;
    msg.addr = (this->hw->i2c_clit->addr);
    msg.flags = 0;
    msg.len = 2;
    msg.buf = &write_buffer[0];
    ret = i2c_transfer(this->hw->i2c_adper, &msg, 1);

    return ret;
}

看一下我的数据写入函数，提取出有用的信息，mpu6050写寄存器，需要传输两个字节的信息，一个是寄存器地址，另一个是寄存器的值，按照上面的格式进行，msg.length不包含器件的从地址，就是实在的你想法几个数据的多少，我们这里只发两个，一个是寄存器地址和寄存器的值，所以是2；如果你是要发送则msg.flag一定是0。

我的函数this->hw->i2c_adapter就是上面存储的adapter的指针，this->hw->i2c_clit就是存储的上面初始化的client的指针。

3.3 I2C数据的读

读相比于写就费劲多了，但是也没难到哪里去，只不过是两条msg，先写后读：

__mpu6050_read_reg(MPU6050* this, char reg_addr)
{

    struct i2c_msg msg[2];
    char write_buffer[10];
    int ret, i;

    memset(write_buffer, 0, 10);
    memset(this->buffer, 0, 10);
    write_buffer[0] = (char)reg_addr;
    msg[0].addr = (this->hw->i2c_clit->addr);
    msg[0].flags = 0;
    msg[0].len = 1;
    msg[0].buf = &write_buffer[0];
    msg[1].addr = (this->hw->i2c_clit->addr);
    msg[1].flags = I2C_M_RD;
    msg[1].len = 1;
    msg[1].buf = &this->buffer[0];
    
    ret = i2c_transfer(this->hw->i2c_adper, &msg, 2);
}

意思很明显。

到此，i2c的注册和数据传输完成，我们可以在上层建立函数读取MPU6050的值了。

4 成果

验证函数:

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

short x_accel, y_accel, z_accel;
short x_gyro, y_gyro, z_gyro;

int main()
{
    char buffer[128];
    short *time;
    int in, out;
    int nread;
    
    in = open("/dev/MPU6050", O_RDONLY);
    if (!in) {
        printf("ERROR: %d, Open /dev/MPU6050 nod failed.\n", -1);
        return -1;    
    }    
    nread = read(in, buffer, 12);
    close(in);    
    if (nread < 0) {
        printf("ERROR: %d, A read error has occurred\n", nread);
        return -1;    
    }

    time = (short*)buffer;
    x_accel = *(time);
    y_accel = *(time + 1);
    z_accel = *(time + 2);
    x_gyro =  *(time + 3);
    y_gyro =  *(time + 4);
    z_gyro =  *(time + 5);
    printf("x accel is: %d \n", x_accel);
    printf("y accel is: %d \n", y_accel);
    printf("z accel is: %d \n", z_accel);    
    printf("x gyro is: %d \n", x_gyro);
    printf("y gyro is: %d \n", y_gyro);
    printf("z gyro is: %d \n", z_gyro);

    exit(0);
}

测试脚本：

# !/bin/bash                                                                            
for((i=1;i<=10000;i++));                                                                
do                                                                                      
./test_mpu6050.o                                                                        
sleep 1                                                                                 
done                                                                                    

源代码：

Github地址：https://github.com/lifimlt/ca...

见 mpu6050.c mpu6050.h 和mpu6050_def.h三个文件

mpu6050_test.c为测试文件

参考文献：

[1] Linux org, Serial Peripheral Interface （I2C),

[2] choiyoung87, Linux中的I2C(二)——adapter的初始化, 2011年12月01日

[3] liuwanpeng , [《linux设备驱动开发详解》笔记——15 linux i2c驱动](http://www.cnblogs.com/liuwan... 2017年8月23日