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1.4 AT24LC08 讀寫流驅動開發
AT24LC08 是一款 I2C 接口的 EEPROM 晶片，容量為 8Kbit ，内部分 4 個 Page ，每個 Page 有 256B 。通路 AT24LC08 上的位址空間需要 10 位位址線。編寫 AT24LC08 晶片的讀寫驅動需要了解它的讀寫方式和 I2C 總線的通路時序，這裡以 Micro2440 平台為例介紹 AT24LC08 工作過程。該驅動編寫的總體流程與 1.3 類似。
1.4.1 A T24LC08 工作原理
AT24LC08 的主要管腳定義如表 1 所示。其中 A2 是和硬體上的連接配接一緻的； A1 、 A0 是用于選擇 Page 頁； SDA 用于雙向的串行資料傳輸； SCL 是串行時鐘線，時鐘上升沿時，資料從總線進入 EEPROM ，時鐘下降沿時，資料從 EEPROM 傳到總線； WP 信号接地，即采用普通的讀寫方式。
表 1 AT24LC08 主要引腳描述
| 引腳名稱 | 功能 |
| A0 A1 A2 | 位址輸入 |
| SDA | 串行資料 |
| SCL | 串行時鐘輸入 |
| WP | 寫保護 |
按晶片的工作流程順序，分别分析器件尋址、寫操作、讀操作三個過程。
l 器件尋址
AT24LC08 尋址的位址部分包括： 8bit 的器件位址和 8bit 的字位址。器件位址的各 bit 位分布如表 2 所示。前四位是由晶片廠商确定的，為固定值。 A2 必須和硬體的輸入管腳一緻。 P1 、 P0 為頁選位址。 R/W 是讀寫控制位， 0 表示寫操作， 1 表示讀操作。
表 2 AT24LC08 器件位址
| 1 | 1 | A2 | P1 | P0 | R/W |
8 位字位址用于尋址目前頁中的某個位址空間， 8 位對應 256 個位元組。
在晶片讀寫操作開始時，首先要依次往總線上發送器件位址和字位址，尋址正确才能進行後續的讀寫操作。
l 寫操作
在 Micro2440 開發闆上，我們定義 S3C2440 為主裝置， AT24LC08 晶片為從裝置。主裝置會發送 START 信号， STOP 信号；從裝置會回複 ACK 信号。
如圖 3 所示，當 SCL 為高電平時， SDA 信号被拉低，即出現 START 信号；當 SCL 為高電平時， SDA 信号由低變高，即為 STOP 信号。
圖 3 啟動、停止條件
當主裝置發送完一個位元組的資料，從裝置會在下一個時鐘周期回複一個 ACK ，即一個低電平信号，如圖 4 所示。
圖 4 輸出 ACK 信号
在 AT24LC08 的寫操作過程中（以頁寫模式為例），其操作流程如圖 5 所示。首先主裝置發出 START 信号，緊接着發送 8 位器件位址和 8 位字位址。器件位址最末位為 WRITE （ 0 ）。從裝置驗證完位址并發回 ACK 信号後，主機就開始發送資料。從裝置每收到一個位元組的資料就傳回一個 ACK 。發送結束後，主機發出 STOP 信号，至此，一個完整的寫操作結束。
需要注意的是：頁寫模式最多支援 16 個位元組的寫操作。按字位址低四位逐次累加，當累加到 1111 時，下一個時鐘周期位址翻轉到 0000 ，新寫入的資料将覆寫之前的值。
圖 5 頁寫資料順序
l 讀操作
以頁讀模式為例分析讀操作的過程：首先主機發出 START 信号，依次發送器件位址和字位址，此時的讀寫控制位為 WRITE 。從機收到位址傳回 ACK 。然後，主機再發送 START 信号，再傳器件位址，此時的讀寫控制位為 READ 。主機等到從機傳回的 ACK ，就開始讀資料。讀到最後一個位元組時，從機傳回一個 NACK 信号，主機發出 STOP ，标志讀過程結束。
同樣，頁讀模式也支援最多 16 個位元組的操作。按字位址的低四位累加，如果溢出就翻轉到 0000 位址開始讀。
圖 6 頁讀資料順序
1.4.2 驅動程式架構和通路流程
l 體系結構和通路流程
在流式接口驅動程式中，驅動程式負責把外設抽象成一個檔案，而應用程式則使用作業系統提供的檔案 API 對外設進行通路。檔案 API 被作業系統轉發到 FileSys.exe 程序中；然後 FileSys.exe 發現是對裝置的操作，就會把執行交給 Device.exe 處理；接着 Device.exe 根據具體的請求，調用流驅動接口函數；最終，驅動程式負責與硬體互動。
圖 7 流接口驅動體系結構
具體過程分析如下：
（1） 應用程式須使用該裝置，首先調用 CreateFile （ TEXT （“ IIC1 ”）…）打開裝置。 CreateFile 函數是在 FileSys.exe 中實作的。但是 FileSys.exe 隻作簡單判斷：如果發現打開的是裝置驅動而不是一個檔案，那麼就重新把主動權交還給裝置管理器。
（2） 裝置管理器調用驅動程式中的 IIC_Open （）函數打開裝置。在 IIC_Open 中，驅動程式可以對硬體進行一些額外的初始化工作，使硬體進入工作狀态。
（3） IIC_Open （）函數把打開裝置的結果傳回給裝置管理器。
（4） 裝置管理器把 IIC_Open （）傳回的結果再傳給應用程式中的 CreateFile （）函數調用。
（5） 裝置已被成功打開，接下來可對裝置進行讀寫和控制操作。以控制操作為例， CreateFile 函數傳回的句柄作為 DeviceIoControl （）的第 1 個參數，向裝置發送控制請求。同樣， DeviceIoControl （）要 FileSys.exe 轉發給裝置管理器。
（6） 裝置管理器調用驅動程式中的 IIC_IOControl （）函數，與硬體完成互動，讀寫裝置的資料資訊，然後傳回給裝置管理器，再傳回給應用程式。
（7） 當應用程式不再使用該裝置時，它可調用 CloseHandle （）将裝置關閉。此時調用的是驅動程式中的 IIC_Close （）函數。
l 驅動目錄組織
在 AT24LC08 讀寫驅動中，根據通路和互動的對象不同，将驅動程式目錄組織如下：
Ø IICBus.c 用于和使用者态程式的互動，提供流驅動接口函數；
Ø IIC2440.c 和 S3C2440 的硬體互動，完成寄存器的配置；
Ø 24LC08.c 對 AT24LC08 晶片操作，按照晶片的讀寫模式配置。
1.4.3 流驅動接口函數的實作
在本驅動中，定義字首為“ IIC ”， IICBus.c 檔案中的流接口驅動函數都以該字首命名，本驅動中流接口重點實作以下 3 個函數：
BOOL IIC_Init(DWORD dwcontext)
BOOL IIC_Deinit(DWORD hDeviceContext)
BOOL IIC_IOControl(DWORD hOpenContext, DWORD dwCode,
EEPROM_INFO *pBufIn, DWORD dwLenIn,
U8 *pBufOut, DWORD dwLenOut, PDWORD pdwActualOut)
IIC_Init （）函數
該函數在裝置加載時被調用，具體代碼實作：
BOOL IIC_Init(DWORD dwcontext)
{
RETAILMSG(DBG_OUT,(TEXT("IIC_Init--- /r/n")));
Virtual_Alloc();
Setup_IIC();
return TRUE;
}
Setup_IIC （）函數完成一些端口的初始化，以及 IIC 總線寄存器的初始化配置。
Setup_IIC()
{
RETAILMSG(DBG_OUT,(TEXT("IIC_INTR_Gpio_setting --- /r/n")));
s2440IOP->rGPEUP |= 0xc000; //Pull-up disable
s2440IOP->rGPECON=(s2440IOP->rGPECON&~(3<<30))|(2 << 30); //GPE15=IICSDA.
s2440IOP->rGPECON=(s2440IOP->rGPECON&~(3 << 28))|(2 << 28); //GPE14=IICSCL.
s2440IIC->rIICCON = (1<<7) | (0<<6) | (1<<5) | (0xf); //Tx clock = 0.195MHz
//[Bit7] = Enable ACK, [Bit6] = Prescaler IICCLK=PCLK/16, [Bit5] = Enable interrupt;
//[Bit3:0] = Transmit clock value Tx clock=IICCLK/16
s2440IIC->rIICSTAT = 0x10; //IIC bus data output enable(Rx/Tx)
s2440IIC->rIICADD = 0x10; //2440 slave address = [7:1]
s2440IIC->rIICLC = (1<<2)|(3); // Filter enable, 15 clocks SDA output delay
return TRUE;
}
IIC_Deinit （）函數
該函數在裝置解除安裝時被調用，釋放加載時申請的虛拟位址空間，具體代碼實作：
BOOL IIC_Deinit(DWORD hDeviceContext)
{
RETAILMSG(DBG_OUT, (TEXT("IIC_INTR_Deinit --- /r/n")));
VirtualFree((void*)s2440IOP, sizeof(IOPreg), MEM_RELEASE);
VirtualFree((void*)s2440IIC, sizeof(PWMreg), MEM_RELEASE);
return TRUE;
}
IIC_IOControl （）函數
該函數用于處理應用程式發送過來的控制指令，控制指令 dwCode 有 IOCTL_IIC_READ 和 IOCTL_IIC_WRITE 兩種。當收到讀指令 IOCTL_IIC_READ 時，儲存讀操作的起始位址和讀取位元組數，然後調用 E2P_Read （）函數讀取 AT24LC08 上的資料，将實際讀取的位元組數儲存到 *pdwActualOut 。同樣，當收到寫指令 IOCTL_IIC_WRITE 時，儲存寫操作的起始位址和寫位元組數，然後調用 E2P_PageWrite （）函數往 AT24LC08 上寫資料，将實際寫入的位元組數儲存到 *pdwActualOut 。
BOOL IIC_IOControl(DWORD hOpenContext, DWORD dwCode,
EEPROM_INFO *pBufIn, DWORD dwLenIn,
U8 *pBufOut, DWORD dwLenOut, PDWORD pdwActualOut)
{
RETAILMSG(DBG_OUT,(TEXT("IIC: +IIC_IOControl (%d) /r/n"), dwCode));
switch(dwCode){
case IOCTL_IIC_READ:
{
U16 ReadAddress = pBufIn->start_address;
U8 ReadNum = (U8)dwLenOut; //ReadNum 為要讀取的位元組數
*pdwActualOut = E2P_Read(ReadAddress, ReadNum, pBufOut);
return TRUE;
}
case IOCTL_IIC_WRITE:
{
U16 WriteAddress = pBufIn->start_address;
U8 WriteNum = (U8)dwLenIn;
*pdwActualOut = E2P_Write(WriteAddress, WriteNum, pBufIn->dwData);
return TRUE;
}
}
return TRUE;
}
E2P_Read （）函數和 E2P_Write （）函數都是對 AT24LC08 操作的，在 24LC08.c 中實作，具體代碼如下：
U8 E2P_Read(U16 Address, U8 Num, U8 *DataRead)
{
U8 DevAddr_W, DevAddr_R;
U8 PageAddr, WordAddr;
U8 ActualNum;
int i;
if(Address > END_ADDRESS)
{
RETAILMSG(1,(TEXT("IIC: START ADDRESS ERROR!!!")));
return 0;
}
if((Address + Num) > END_ADDRESS) // 超出存儲器容量
{
ActualNum =(U8)(END_ADDRESS - Address + 1);
}
else
ActualNum = Num;
memset(&E2pInfo, 0, sizeof(IIC_INFO));
WordAddr = (U8)(Address & 0x00ff); // 擷取字位址
PageAddr = (Address >> 8) & 0x03; // 擷取 A1, A0 頁位址
DevAddr_W = 0xa0 | (PageAddr << 1); //DevAddr = 0x 1 0 1 0 A2 A1 A0 R/W
E2pInfo.iicMode = SETRDADDR;
E2pInfo.iicPt = 0;
E2pInfo.iicData[0] = WordAddr;
E2pInfo.iicDataCount = 1;
E2pInfo.DeviceAddress = DevAddr_W;
IIC_TX(&E2pInfo);
memset(&E2pInfo, 0, sizeof(IIC_INFO));
DevAddr_R = 0xa1 | (PageAddr << 1);
E2pInfo.iicMode = RDDATA;
E2pInfo.iicPt = 0;
E2pInfo.iicDataCount = ActualNum; // 讀取的位元組數
E2pInfo.DeviceAddress = DevAddr_R;
IIC_RX(&E2pInfo);
for(i = 0; i < ActualNum; i++)
*DataRead++ = *data++;
return ActualNum;
}
E2P_Read （）函數功能如下：
（1） 判斷讀入的位址參數是否有效，若無效，則退出；
（2） 判斷所讀的資料長度是否會超出存儲器的位址空間，截取實際能讀取的資料長度儲存；
（3） 将輸入的 16 位位址轉換成所需的 8 位器件位址和 8 位字位址；
（4） 把讀寫模式指令、器件位址、字位址、可讀取的實際位元組數儲存到結構體 E2pInfo 中，傳遞給 IIC_TX （）函數和 IIC_RX （）函數實作 IIC 總線上的資料收發。
（5） 傳回讀取的實際位元組數；
U8 E2P_Write(U16 Address, U8 Num, U8 *DataToWrite)
{
U8 *DataTmp, ActualNum;
U16 Address_End;
U8 FirstSector, SectorNum, EndSector;
int i;
if(Address > END_ADDRESS)
{
RETAILMSG(1,(TEXT("IIC: START ADDRESS ERROR!!!")));
return 0;
}
if((Address + Num) > END_ADDRESS) // 超出存儲器容量
{
ActualNum = (U8)(END_ADDRESS - Address + 1);// 擷取實際能寫入的字元數
}
else
ActualNum = Num;
FirstSector = MAX_BUF - (U8)(Address & 0x000f) ; // 計算第一頁能存的位元組數
if(ActualNum > FirstSector) // 判斷是否能在第一頁存完資料
{
SectorNum = (ActualNum - FirstSector) / MAX_BUF;
DataTmp = DataToWrite + FirstSector;
E2P_PageWrite(Address, FirstSector, DataToWrite); // 寫第一頁資料
for(i = 0; i < SectorNum; i++) // 按每頁 16B 寫資料
E2P_PageWrite(Address + FirstSector + i* MAX_BUF, MAX_BUF, DataTmp + i*MAX_BUF);
Address_End = Address + FirstSector + SectorNum* MAX_BUF;// 擷取末頁位址
EndSector = (ActualNum - FirstSector) % MAX_BUF;// 擷取末頁待寫位元組數
E2P_PageWrite(Address_End, EndSector, DataTmp + SectorNum*MAX_BUF);
}
else
E2P_PageWrite(Address, ActualNum, DataToWrite); // 寫第一頁資料
return ActualNum;
}
E2P_Write （）函數功能如下：
（1） 判斷寫操作起始位址參數是否有效，若無效，則退出；
（2） 判斷寫資料長度是否會超出存儲器的位址空間，截取實際能寫的資料長度儲存；
（3） 計算起始位址所在頁能寫的位元組數；
（4） 判斷實際要寫的資料數是否超出第一頁，如沒有，則直接調用 E2P_PageWrite （）函數完成頁寫操作；
（5） 若超出，則判斷需分幾頁寫，分别調用 E2P_PageWrite （）函數按頁寫資料；
（6） 傳回實際寫入的資料位元組數。
void E2P_PageWrite(U16 Address, U8 Num, U8 *SectorData)
{
U8 DevAddr_W;
U8 PageAddr, WordAddr;
int i;
memset(&E2pInfo, 0, sizeof(IIC_INFO));
WordAddr = (U8)(Address & 0x00ff); // 擷取字位址
PageAddr = (Address >> 8) & 0x03; // 擷取 A1, A0 頁位址
DevAddr_W = 0xa0 | (PageAddr << 1); //DevAddr = 0x 1 0 1 0 A2 A1 A0 R/W
E2pInfo.iicMode = WRDATA;
E2pInfo.iicPt = 0;
E2pInfo.iicData[0] = WordAddr;
E2pInfo.DeviceAddress = DevAddr_W;
for(i =0; i < Num; i++)
{
E2pInfo.iicData[i+1] = *(SectorData + i);
}
E2pInfo.iicDataCount = 1+Num;
IIC_TX(&E2pInfo);
}
E2P_PageWrite （）函數主要完成位址轉換和傳遞結構體 E2pInfo 的過程，然後調用 IIC_TX （）函數實作 IIC 總線上的資料發送。
IIC_TX （）函數和 IIC_RX （）函數在 IIC2440.c 中實作，代碼如下：
void IIC_TX(IIC_INFO *piicinfo)
{
g_iicinfo = piicinfo;
s2440IIC->rIICDS = g_iicinfo->DeviceAddress;
s2440IIC->rIICSTAT = 0xf0; //MasTx,Start
s2440IIC->rIICCON = 0xAf;
//Clearing the pending bit isn't needed because the pending bit has been cleared.
while(g_iicinfo->iicDataCount!=-1)
Run_IICPoll();
return;
}
void IIC_RX(IIC_INFO *piicinfo)
{
g_iicinfo = piicinfo;
s2440IIC->rIICDS = g_iicinfo->DeviceAddress;
s2440IIC->rIICSTAT = 0xb0; //MasRx,Start
s2440IIC->rIICCON = 0xaf; //Resumes IIC operation.
while(g_iicinfo->iicDataCount!=-1)
Run_IICPoll();
data = g_iicinfo->iicData + 1 ;
return;
}
這兩個函數都是完成和 S3C2440 的 IIC 寄存器相關的操作，按照 IIC 協定的時序依次往寄存器中器件位址和相關值，然後調用 Run_IICPoll （）函數逐個位元組傳遞資料。
void Run_IICPoll(void)
{
// When using polling mode
if(s2440IIC->rIICCON & 0x10) //Tx/Rx Interrupt Enable
IICPoll();
}
void IICPoll(void)
{
switch(g_iicinfo->iicMode)
{
case RDDATA:
if((g_iicinfo->iicDataCount--)==0)
{
g_iicinfo->iicData[g_iicinfo->iicPt++] = s2440IIC->rIICDS;
s2440IIC->rIICSTAT = 0x90; //Stop MasRx condition
s2440IIC->rIICCON = 0xAf; //Resumes IIC operation.
Delay(10); //Wait until stop condtion is in effect., Too long time...
//The pending bit will not be set after issuing stop condition.
break;
}
g_iicinfo->iicData[g_iicinfo->iicPt++] = s2440IIC->rIICDS;
//The last data has to be read with no ack.
if((g_iicinfo->iicDataCount)==0)
s2440IIC->rIICCON = 0x2f; //Resumes IIC operation with NOACK
else
s2440IIC->rIICCON = 0xAf; //Resumes IIC operation with ACK
break;
case WRDATA:
if((g_iicinfo->iicDataCount--)==0)
{
s2440IIC->rIICSTAT = 0xd0; //stop MasTx condition
s2440IIC->rIICCON = 0xAf; //resumes IIC operation.
Delay(10); // we should adjust this time.
//The pending bit will not be set after issuing stop condition.
break;
}
s2440IIC->rIICDS=g_iicinfo->iicData[g_iicinfo->iicPt++];
Delay(1); //for setup time until rising edge of IICSCL
s2440IIC->rIICCON = 0xAf; //resumes IIC operation.
break;
case SETRDADDR:
if((g_iicinfo->iicDataCount--)==0)
{
break; //IIC operation is stopped because of IICCON[4]
}
s2440IIC->rIICDS = g_iicinfo->iicData[g_iicinfo->iicPt++];
Delay(1); //for setup time until rising edge of IICSCL
s2440IIC->rIICCON = 0xAf; //resumes IIC operation.
break;
default:
break;
}
}
當 S3C2440 的 rIICCON 寄存器中斷位使能， Run_IICPoll （）函數調用 IICPoll （）函數。 IICPoll （）函數實作三種模式的資料傳輸：
（ 1 ） SETRDADDR
當執行讀操作時，主機往從機寫入第一個位址時使用該模式，隻寫兩個位元組資料（器件位址和字位址），然後退出。
（ 2 ） RDDATA
當執行讀操作，主機發完起始位址後，進入 RDDATA 模式，位址依次累加讀取 AT24LC08 上的資料，最完最後一個位元組時，回複 NACK ，主機收到後發 STOP 信号退出。
（ 2 ） WRDATA
當執行寫操作時進入 WRDATA 模式，主機往從機發送器件位址和字位址，然後位址依次累加往 AT24LC08 寫入資料，最後主機發 STOP 信号退出。
1.4.4 添加 makefile 檔案和 Source 檔案
（一） makefile 檔案
!INCLUDE $(_MAKEENVROOT)/makefile.def
（二） Source 檔案
RELEASETYPE=PLATFORM
TARGETNAME=IICBus
TARGETTYPE=DYNLINK
DLLENTRY=DllEntry
TARGETLIBS= /
$(_COMMONSDKROOT)/lib/$(_CPUINDPATH)/coredll.lib /
MSC_WARNING_LEVEL=$(MSC_WARNING_LEVEL) /W3 /WX
INCLUDES= /
$(_TARGETPLATROOT)/inc; /
$(_COMMONOAKROOT)/inc; /
$(_PUBLICROOT)/common/oak/inc;$(_PUBLICROOT)/common/sdk/inc;$(_PUBLICROOT)/common/ddk/inc; /
../../inc /
SOURCES= /
24LC08.c /
IIC2440.c /
IICBus.c /
FILE_VIEW_INCLUDES_FOLDER= /
IIC.h /
IIC2440.h /
24LC08.h /
1.4.5 編寫 DLL 的導出函數定義檔案
.DEF 檔案定義了 DLL 的導出函數清單。在 IIC 中添加一個文本檔案，命名為 IICBus.def ，然後在該檔案中輸入如下内容：
LIBRARY IICBus
EXPORTS
IIC_Init
IIC_Deinit
IIC_Open
IIC_Close
IIC_IOControl
IIC_PowerUp
IIC_PowerDown
IIC_Read
IIC_Write
IIC_Seek
1.4.6 配置系統資料庫
在 platform.reg 中添加如下内容：
[HKEY_LOCAL_MACHINE/Drivers/BuiltIn/IICBus]
"Dll" = "IICBus.dll"
"Prefix" = "IIC"
"Index" = dword:1
"Order" = dword:0
另外，還要在 platform.bib 中添加如下内容：
IICBus.dll $(_FLATRELEASEDIR)/IICBus.dll NK SH