linux I2C子系統（及相關程式設計MPU6050）

文章目錄

- linux I2C子系統架構
- 在裝置樹中添加從裝置資訊，mpu5060
- I2C driver 程式的編寫
- mpu6050 I2C程式具體實作

linux I2C子系統架構

在之前的一篇文章中記錄了 I2C協定相關内容，這裡記錄一下I2C在linux系統上I2C子系統架構，經過總結，I2C子系統架構可以總結為如下一張圖

五層（其實是三層，不算應用層和硬體層）

應用層
i2c driver層：從裝置驅動層

需要和應用層互動

封包資料，不知道資料是如何寫入到硬體
i2c 核心層：drivers/i2c/i2c-core.c

維護ic總線，包括i2c driver，i2c client連結清單
i2c adapter層：drivers/i2c/busses/i2c-s3c2410.c i2c 控制層，初始化 i2c 控制器

完成将資料寫入或讀取 ---------從裝置硬體

不知道資料具體是什麼，但是知道如何操作從裝置
硬體層

確定 i2c core 和 i2c adapter 側面和必須編譯進核心：

linux I2C子系統（及相關程式設計MPU6050）

linux I2C子系統（及相關程式設計MPU6050）

在裝置樹中添加從裝置資訊，mpu5060

I2C子系統中涉及到的裝置樹檔案

i2c 控制器位址：

0x1386_0000,
0x1387_0000,
0x1388_0000,
0x1389_0000,
0x138A_0000,
0x138B_0000,   ------MPU5060
0x138C_0000,
0x138D_0000,
0x138E_0000,

其中MPU5060：從裝置位址是 0x68
soc  GPB_3 ---I2C_SCL5
	 GPB_3 --- I2C_SCL5
	 GPX_3 --- GYRO_INT

模闆:

控制器中對應的裝置樹：arch/arm/boot/dts/exynos4.dtsi
新增加 i2c 從裝置，/arch/arm/boot/dts/exynos4412-fs4412.dts 增加 i2c 控制和它包含的從裝置

i2c@138B0000 {
		#address-cells = <1>'
		#size-cells = <0>;
		samsung,i2c-sda-delay = <100>;
		samsung,i2c-max-bus = <20000>;
		pinctrl-0 = <&i2c5_bus>;
		pinctrl-names = "default";
		status = "okay";

		mpu6050@68 {
			compatible = "invensense,mpu6050";
			reg = <0x68>;
		};

	};

儲存之後 make dtbs

I2C driver 程式的編寫

I2C driver 程式的編寫

添加 i2c client 的資訊，必須在控制器對應節點中
直接編寫 i2c driver

（1）建構 i2c driver，并注冊到 i2c 總線

（2）實作 probe方法：

a.申請裝置号

b.建立裝置檔案

c.通過 i2c 的接口去初始化 i2c 從裝置

幾個常用的對象

struct i2c_driver  //表示是一個從裝置的驅動對象
{
	int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *);
	int (*remove)(struct i2c_client *);
	struct device_driver driver;  //繼承了父類
			|
			const struct of_device_if *of_match_table;
		
	const struct i2c_device_id *id_table;   //用于作比對,非裝置樹情況 與i2c_client
};
//注冊和登出i2c_driver
//注冊
int i2c_add_driver( struct i2c_driver *driver);
//删除
void i2c_del_driver(struct i2c_driver *);


struct i2c_client   //描述一個從裝置的資訊，不需要在代碼中建立，因為是由i2c_adapter建構
{
	unsigned short flags;		/* div., see below		*/
	unsigned short addr;		//從裝置位址，來自于裝置樹中的 <reg>
		
	char name[I2C_NAME_SIZE];  //用于和i2c_driver進行比對，來自于裝置樹中的 compatible
	struct i2c_adapter *adapter;	//指向目前從裝置存在的i2c_adapter
	struct device dev;		  //繼承了父類
	int irq;		
	struct list_head detected;
};
//建立i2c_client 的函數
i2c_new_device(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_board_info const *info);


struct i2c_adapter   //描述一個i2c控制器,也不是我們建構，原廠代碼會幫我們建構
{
	const struct i2c_algorithm *algo;   //算法
		|
		int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,int num);
		
	struct device dev;	//繼承了父類，也會被加入到i2c_bus
	int nr;   //編号，類似i2c_5
};
//注冊和登出 i2c_adapter   
int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *);
void i2c_del_adapter(struct i2c_adapter *);


struct i2c_msg   //描述了一個從裝置要發送的資料的資料包
{
	__u16 addr;  //裝置位址，發送給哪個從裝置
	__u16 flags;  //讀 1 寫 0
	__u16 len;    //發送資料的長度
	__u8 *buf;   //指向資料的指針
};
//寫從裝置
int i2c_master_send(const struct i2c_client *client, const char *buf,int count);
//讀從裝置
int i2c_master_recv(const struct i2c_client *client, char *buf,int count);
//以上兩個函數都調用了：i2c_transfer
int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num);

mpu6050 I2C程式具體實作

頭檔案mpu6050.h

#ifndef __MPU6050_H__
#define __MPU6050_H__
union mpu6050_data
{
	//加速度
	struct 
	{
		short x;
		short y;
		short z;
	}accel;

	//角度
	struct 
	{
		short x;
		short y;
		short z;
	}gyro;

	//溫度
	short temp;
};

#define IOC_GET_ACCEL _IOR('M',0x34,mpu6050_data)
#define IOC_GET_GYRO _IOR('M',0x35,mpu6050_data)
#define IOC_GET_TEMP _IOR('M',0x36,mpu6050_data)

#endif

mpu6050 （陀螺儀）驅動程式設計

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/input.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/slab.h>

#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#include "mpu6050.h"


#define SMPLRT_DIV 0x19  //采樣頻率寄存器 - 25 典型值：0x07（125HZ）
#define CONFIG 0x1A  //配置寄存器 -26 典型值：0x06（5HZ）
#define GYRO_CONFIG  0x1B  //陀螺儀配置-27      典型值：0x18（不自檢。2000deg/s）

#define ACCEL_CONFIG 0x1C  //加速度配置-28  典型值：0x01（不自檢，2G，5HZ）
#define ACCEL_XOUT_H 0x3B  //59-65,加速度計測量值 XOUT_H
#define ACCEL_XOUT_L 0x3C   //XOUT_L
#define ACCEL_YOUT_H 0x3D 
#define ACCEL_YOUT_L 0x3E
#define ACCEL_ZOUT_H 0x3F
#define ACCEL_ZOUT_L 0x40

#define TEMP_OUT_H 0x41  //溫度測量值 -65
#define TEMP_OUT_L 0x42

#define GYRO_XOUT_H 0x43  //陀螺儀-67  ，采樣頻率（由寄存器25定義）寫入到這些寄存器
#define GYRO_XOUT_L 0x44
#define GYRO_YOUT_H 0x45
#define GYRO_YOUT_L 0x46
#define GYRO_ZOUT_H 0x47
#define GYRO_ZOUT_L 0x48
#define PWR_MGMT_1 0x6B   //電源管理 典型值：0x00（正常啟用）

//設計一個全局的裝置對象
struct mpu_senor
{
	int dev_major;
	struct device *dev;
	struct class *cls;
	struct i2c_client *client;  //記錄probe中的client
};

struct mpu_senor *mpu_dev;


//mpu6050  i2c寫資料
int mpu6050_write_bytes(struct i2c_client *client,char *buf,int count)
{
	int ret;
	
	struct i2c_adapter *adapter = client->adapter;
	struct i2c_msg msg;

	msg.addr = client->addr;
	msg.flags = 0;
	msg.len = count;
	msg.buf = buf;
	
	ret = i2c_transfer(adapter,&msg,1);

	return ret == 1 ? count : ret;
}


//mpu6050  i2c讀資料
int mpu6050_read_bytes(struct i2c_client *client,char *buf,int count)
{
	int ret;
	
	struct i2c_adapter *adapter = client->adapter;
	struct i2c_msg msg;

	msg.addr = client->addr;
	msg.flags |= I2C_M_RD;
	msg.len = count;
	msg.buf = buf;
	
	ret = i2c_transfer(adapter,&msg,1);

	return ret == 1 ? count : ret;
}

//讀取某個特定寄存器位址，然後傳回值
int mpu6050_read_reg_byte(struct i2c_client *client,char reg)
{
	//先寫寄存器的位址，然後再讀寄存器的值
	int ret;
	
	struct i2c_adapter *adapter = client->adapter;
	struct i2c_msg msg[2];

	char rxbuf[1];
	
	msg[0].addr = client->addr;
	msg[0].flags = 0;
	msg[0].len = 1;
	msg[0].buf = &reg;

	
	msg[1].addr = client->addr;
	msg[1].flags = 1;
	msg[1].len = 1;
	msg[1].buf = rxbuf;
	
	ret = i2c_transfer(adapter,msg,2);
	if(ret < 0)
	{
		printk("i2c_transfer read error\n");
		return ret;
	}

	return rxbuf[0];
}


int mpu6050_drv_open(struct inode *inode,struct file *filp)
{
	return 0;
}


int mpu6050_drv_release(struct inode *inode,struct file *filp )
{
	return 0;
}

/*應用程式：ioctl給驅動發送不同的指令
	ioctl(fd,cmd,args)

如何定義指令：
	1，直接定義一個數字
		#define IOC_GET_ACCEL 0x9999
	2，通過系統的接口
		_IO(x,y)
		_IOR(x,y,z)
		_IOW(x,y,z)
		參數1：表示magic，字元
		參數2：區分不同指令，整數
		參數3：傳給驅動資料類型
	
*/
long mpu6050_drv_ioctl(struct file *filp,unsigned int cmd,unsigned long args)
{
	union mpu6050_data data;

	switch(cmd)
	{
		case IOC_GET_ACCEL:
			//讀資料
			data.accel.x = mpu6050_read_reg_byte(mpu_dev->client, ACCEL_XOUT_L);
			data.accel.x |= mpu6050_read_reg_byte(mpu_dev->client, ACCEL_XOUT_H) << 8;

			data.accel.y = mpu6050_read_reg_byte(mpu_dev->client, ACCEL_YOUT_L);
			data.accel.y |= mpu6050_read_reg_byte(mpu_dev->client, ACCEL_YOUT_H) << 8;

			data.accel.z = mpu6050_read_reg_byte(mpu_dev->client, ACCEL_ZOUT_L);
			data.accel.z |= mpu6050_read_reg_byte(mpu_dev->client, ACCEL_ZOUT_H) << 8;
			break;
			
		case IOC_GET_GYRO:
			
			data.gyro.x = mpu6050_read_reg_byte(mpu_dev->client, GYRO_XOUT_L);
			data.gyro.x |= mpu6050_read_reg_byte(mpu_dev->client, GYRO_XOUT_H) << 8;

			data.gyro.y = mpu6050_read_reg_byte(mpu_dev->client, GYRO_YOUT_L);
			data.gyro.y |= mpu6050_read_reg_byte(mpu_dev->client, GYRO_YOUT_H) << 8;

			data.gyro.z = mpu6050_read_reg_byte(mpu_dev->client, GYRO_ZOUT_L);
			data.gyro.z |= mpu6050_read_reg_byte(mpu_dev->client, GYRO_ZOUT_H) << 8;
			break;
			
		case IOC_GET_TEMP:
			data.temp = mpu6050_read_reg_byte(mpu_dev->client, TEMP_OUT_L);
			data.temp |= mpu6050_read_reg_byte(mpu_dev->client, TEMP_OUT_H) << 8;
			break;
			
		default:
			printk("invalid cmd\n");
			return -EINVAL;
	}

	//将所有資料交給使用者
	if(copy_to_user((void __user *)args,&data,sizeof(data))>0)
	{
		return -EFAULT;
	}

	return 0;
}

const struct file_operations mpu6050_fops = {
	.open = mpu6050_drv_open,
	.release = mpu6050_drv_release,
	.unlocked_ioctl = mpu6050_drv_ioctl,
	
};



int mpu6050_drv_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)
{
	/*實作 probe方法：
		a.申請裝置号
		b.建立裝置檔案
	c.通過 i2c 的接口去初始化 i2c 從裝置
	*/
	//配置設定空間
	mpu_dev = kzalloc(sizeof(struct mpu_senor),GFP_KERNEL);

	//記錄下client
	mpu_dev->client = client;

	//申請裝置号
	mpu_dev->dev_major = register_chrdev(0,"mpu_drv",mpu6050_fops);

	//建立檔案
	mpu_dev->cls = class_create(THIS_MODULE,"mpu_cls");

	mpu_dev->dev = device_create(mpu_dev->cls,NULL,MKDEV(mpu_dev->dev_major,0),NULL,"mpu_sensor");

	//初始化各種寄存器
	char buf1[2] = {PWR_MGMT_1,0x0};	
	mpu6050_write_bytes(mpu_dev->client,buf1,2);

	char buf2[2] = {SMPLRT_DIV,0x07};
	mpu6050_write_bytes(mpu_dev->client,buf2,2);
	
	char buf3[2] = {CONFIG,0x06};
	mpu6050_write_bytes(mpu_dev->client,buf3,2);

	char buf4[2] = {GYRO_CONFIG,0x18};
	mpu6050_write_bytes(mpu_dev->client,buf4,2);

	char buf5[2] = {ACCEL_CONFIG,0x01};
	mpu6050_write_bytes(mpu_dev->client,buf5,2);

	
	//i2c_master_send(client, const char * buf, int count);
	
}



int mpu6050_drv_remove(struct i2c_client *client)
{
	//釋放各種資源
	class_destroy(mpu_dev->cls);
	unregister_chrdev(mpu_dev->dev_major,"mpu_drv");
	device_destroy(mpu_dev->cls,MKDEV(mpu_dev->dev_major,0));
	kfree(mpu_dev);
}


const struct of_device_id of_mpu6050_id[] = {
	{
		.compatible = "invensense,mpu6050",
	},
	{/*nothing to be done*/}
};

const struct i2c_device_id mpu_id_table[] = {
	{"mpu6050_drv",0x1111},
	{/*nothing to be done*/}
};   

struct i2c_driver mpu6050_drv = {
	.probe = mpu6050_drv_probe,
	.remove = mpu6050_drv_remove,
	.driver = {
		.name = "mpu6050_drv"; //随便寫, /sys/bus/i2c/driver/
		.of_match_table = of_match_ptr(of_mpu6050_id);
	},
	.id_table = mpu_id_table;  //用于非裝置樹情況下的比對,裝置樹模式下不使用
};

static int __init mpu6050_drv_init(void)

{
	//1.建構 i2c driver，并注冊到 i2c 總線
	return i2c_add_driver(&mpu6050_drv);
}


static void __exit  mpu6050_drv_exit(void)
{
	i2c_del_driver(&mpu6050_drv);
}
module_init(mpu6050_drv_init);
module_exit(mpu6050_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

mpu6050 （陀螺儀）應用程式設計

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/input.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>

#include "mpu6050.h"

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

	union mpu6050_data data;

	int fd;
	fd = open("/dev/mpu_sensor",O_RDWR);
	if(fd < 0)
	{
		perror("open");
		exit(1);
	}
	while(1)
	{
		ioctl(fd,IOC_GET_ACCEL,&data);
		printf("accel data : x=%d,y=%d,z=%d\n",data.accel.x,data.accel.y,data.accel.z);

		ioctl(fd,IOC_GET_GYRO,&data);
		printf("gyro data : x=%d,y=%d,z=%d\n",data.gyro.x,data.gyro.y,data.gyro.z);
		sleep(1);
	}

	close(fd);
	return 0;
}

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