iMX6平台 SylixOS I2C总线驱动开发

1. 原理概述

2. I2C总线驱动概述

   I2C总线驱动是I2C适配器的软件实现，提供I2C适配器与从设备间完成数据通信的能力，比如起始，停止，应答信号和MasterXfer的实现函数。驱动程序包含初始化I2C总线控制器__i2cHwInit函数，操作函数集（总线传输__i2cTransfer函数,总线控制__i2cMasterCtl函数）。

3. Imx6ul控制器的硬件描述

   imx6ul处理器内部集成了一个I2C控制器，通过五个寄存器来进行控制：

   I2Cx_IADR I2C地址寄存器

   I2Cx_IFDR I2C分频寄存器

   I2Cx_I2CR I2C控制寄存器

   I2Cx_I2SR I2C状态寄存器

   I2Cx_I2DR I2C数据寄存器

   通过I2Cx_I2CR,I2Cx_IFDR,I2Cx_I2DR，I2Cx_IADR寄存器操作，可在I2C总线上产生开始位、停止位、数据和地址，而传输的状态则通过I2Cx_I2SR寄存器来获取。

4. I2C总线传输编程状态图

   

   图 21 I2C编程状态

5. 技术实现

6. I2C总线驱动框架

   imx6ul的I2C总线驱动代码在bspimx6ul/driver_module/iic_drv/src/目录下，如图 31所示：

   

   图 31 I2C总线驱动目录

   imx6ul的I2C总线驱动代码在bspimx6ul/driver_module/iic_drv/src/目录下，如__所示：

   I2C总线驱动实现基本功能，只要实现如图 32中的四个函数即可。

   

   图 32 I2C总线驱动四个基本函数

7. 函数i2cBusCreate

   该函数初始化目标电路板i2c总线系统，调用i2cBusFuns函数初始化相应I2C总线系统并创建对应I2C适配器。根据在bspimx6ul/bsp/SylixOS/bsp/ulevk_board/bspboard.h中的I2C配置，初始化相应的I2C总线。

8. 函数i2cBusFuns

   该函数用于初始化 i2c 总线并获取操作函数集，主要包括了设置芯片管脚复用__i2cIomuxConfig函数，初始化I2C控制器__i2cInit函数，返回操作函数集（总线传输Transfer函数,总线控制MasterCtl函数）。

9. 函数__i2cInit

   该函数用于初始化I2C控制器，主要包括了初始化I2C使用的信号量，设置时钟频率，指定作从设备时的地址。

10. 函数__i2cTransfer

    该函数为I2C传输函数，用于在I2C总线上传输和接收数据。

11. 驱动程序框架

    整个驱动程序的框架如图 33所示：

    

    图 33 驱动程序流程框架

12. BSP中驱动配置

    根据imx6ul相关芯片手册，配置寄存器地址并定义I2C通道相关信息结构。如图 34所示：

    

    图 34 I2C通道信息

13. 代码实现

14. I2C总线驱动代码

15. i2cBusCreate，i2cBusFuncs的具体实现

    VOID i2cBusCreate (VOID) { /* * 打开I2Cx的总线驱动配置，在bspimx6ul/bsp/SylixOS/bsp/ulevk_board/bspboard.h文件中配置 */ …… #ifdef CONFIG_BSP_I2C0 pI2cFuncs = i2cBusFuns(0); /* 创建 i2c0总线适配器 */ if (pI2cFuncs) { API_I2cAdapterCreate("/bus/i2c/0", pI2cFuncs, 10, 1); } #endif …… }

     

    PLW_I2C_FUNCS i2cBusFuns (UINT uiChannel) { /* * 设置芯片管脚分配，SylixOS 计数从零开始，而 IMX6UL 手册是从 1 开始，需要注意 */ __i2cIomuxConfig(uiChannel);   /* * 初始化控制器 */ if (__i2cInit(&__Gimx6ulI2cChannels[uiChannel]) != ERROR_NONE) { return (LW_NULL); }   /* * 返回操作函数集 */ return (&__Gimx6ulI2cFuncs[uiChannel]); }

     

16. __i2cIomuxConfig的具体实现

    static VOID __i2cIomuxConfig (UINT uiChannel) { …… case 0: /* i2c1的管脚复用 */ IomuxConfig(__I2C1_SCL_REG, __I2C1_SCL_MASK, __I2C1_SCL_VAL); IomuxConfig(__I2C1_SDA_REG, __I2C1_SDA_MASK, __I2C1_SDA_VAL); break; …… }

     

17. __i2cInit，__i2cHwInit的具体实现

    static INT __i2cInit (__IMX6UL_I2C_CHANNEL pI2cChannel) { …… /* * 初始化 I2C 控制器 */ if (__i2cHwInit(pI2cChannel->uiChannel) != ERROR_NONE) { printk(KERN_ERR "imx6ulI2cInit(): failed to init!\n"); goto __error_handle; } …… }

     

    static INT __i2cHwInit (UINT uiChannel) { …… /* * 设置时钟频率 */ __i2cSetI2cClk(uiChannel, I2C_BUS_FREQ_MAX);   /* * 指定从设备地址 */ uiValue = readw(REG_I2C_IADR(uiChannel)); uiValue &= ~IMXUL_DEFAULT_SLAVE_ID_MASK; uiValue |= IMXUL_DEFAULT_SLAVE_ID; writew(uiValue, REG_I2C_IADR(uiChannel)); …… }

     

18. __i2cTransfer，__i2cTryTransfer的具体实现

    static INT __i2cTransfer (UINT uiChannel, PLW_I2C_ADAPTER pI2cAdapter, PLW_I2C_MESSAGE pI2cMsg, INT iNum) { …… /* * 这里使用了错误重传的功能，若传输失败则多次传输，由于实际应用中传输失败是小概率事件， * 建议此功能放在用户层实现，在驱动方便仅仅完成数据传输和接收更合适。 */ for (i = 0; i < pI2cAdapter->I2CADAPTER_iRetry; i++) { if (__i2cTryTransfer(uiChannel, pI2cAdapter, pI2cMsg, iNum) == iNum) { return (iNum); } else { API_TimeSleep(LW_OPTION_WAIT_A_TICK); /* 等待一个机器周期重试 */ } } …… }

     

    static INT __i2cTryTransfer (UINT uiChannel, PLW_I2C_ADAPTER pI2cAdapter, PLW_I2C_MESSAGE pI2cMsg, INT iNum) { …… /* * 设置I2C时钟频率，清状态位，使能I2C * 并判断总线状态，若IBB位为0 (总线空闲)继续，否则取消本次传输 */ if (__i2cTransferEnable(uiChannel) != 0) { return (PX_ERROR); }   /* * 设置为主模式+传输模式 * 设置完后IBB位自动置1(总线繁忙)，开始传输 */ if (__i2cTransferStart(uiChannel) != 0) { return (PX_ERROR); }   /* * 完成设备地址发送后，进入收发消息函数 */ for (i = 0; i < iNum; i++, pI2cMsg++) { if (__i2cTransferMsg(uiChannel, pI2cMsg, iNum) != ERROR_NONE) { break; } }   /* * generate STOP by clearing MSTA bit * (清除MSTA位使其停止传输) */ __i2cTransferStop(uiChannel);   /* * disable the controller * (禁止I2C控制器) */ __i2cTransferDisable(uiChannel); …… }

     

19. __i2cTransferEnable的具体实现

    static INT __i2cTransferEnable (UINT uiChannel) { UINT uiValue = 0;   /* * If the request has device info attached and it has a non-zero bit rate, then * change the clock to the specified rate. * (如果请求的设备为非零波特率，改变为指定时钟频率) */ __i2cSetI2cClk(uiChannel, SPECIFIED_RATE);   /* * clear the status register * (清空状态寄存器) */ uiValue = readw(REG_I2C_I2SR(uiChannel)); uiValue &= ~CLEAR_ALL_MASK; uiValue |= CLEAR_ALL; writew(uiValue, REG_I2C_I2SR(uiChannel));   /* * enable the I2C controller * (使能I2c控制器) */ uiValue = readw(REG_I2C_I2CR(uiChannel)); uiValue &= ~BIT_I2C_I2CR_IEN_MASK; uiValue |= BIT_I2C_I2CR_IEN; writew(uiValue, REG_I2C_I2CR(uiChannel));   /* * Check if bus is free, if not return error * (检测总线是否空闲，若被占用返回-1) */ if (__i2cTransferBusFree(uiChannel) != 0) { return (PX_ERROR); }   return (ERROR_NONE); }

     

    static VOID __i2cSetI2cClk (UINT uiChannel, UINT32 uiBaud) { /* * 获取系统时钟 */ UINT32 uiSrcClk = ccmMainClkGet(IPG_PER_CLK); …… /* * 设置I2C时钟频率 */ uiValue = readw(REG_I2C_IFDR(uiChannel)); uiValue &= ~BIT_I2C_IFDR_IC_MASK; uiValue |= i2c_clk_div[ucIndex][1]; writew(uiValue, REG_I2C_IFDR(uiChannel)); }

     

    static INT __i2cTransferBusFree (UINT uiChannel) { INT i = WAIT_RXAK_LOOPS;   /* * 一段时间内循环判断 */ while ((readw(REG_I2C_I2SR(uiChannel)) & IBB) && (--i > 0));   if (i <= 0) { printk("Error: I2C Bus not free!\n"); return (ERROR); }   return (ERROR_NONE); }

     

20. __i2cTransferStart的具体实现

    static INT __i2cTransferStart (UINT uiChannel) { UINT uiValue = 0;   /* * Select master mode, assert START signal and also indicate TX mode * (选择主机模式，表明传输模式，开始信号) */ uiValue = readw(REG_I2C_I2CR(uiChannel)); uiValue &= ~BIT_I2C_I2CR_MSTA_MTX_MASK; uiValue |= BIT_I2C_I2CR_MSTA_MTX; writew(uiValue, REG_I2C_I2CR(uiChannel));   /* * make sure bus is busy after the START signal * (确保开始后的总线信号保持繁忙,否则返回-1) */ if (__i2cTransferBusBusy(uiChannel) != 0) { return (PX_ERROR); }   return (ERROR_NONE); }

     

    static INT __i2cTransferBusBusy (UINT uiChannel) { INT i = WAIT_BUSY_LOOPS;   while (!(readw(REG_I2C_I2SR(uiChannel)) & IBB) && (--i > 0))   if (i <= 0) { printk("I2C Error: timeout in \n"); return (PX_ERROR); }   return (ERROR_NONE); }

     

21. __i2cTransferMsg的具体实现

    static INT __i2cTransferMsg ( UINT uiChannel, PLW_I2C_MESSAGE pI2cMsg, INT iNUM) { …… if (pI2cMsg->I2CMSG_usFlag & LW_I2C_M_RD) { /* 读取操作 */ /* * do repeat-start * (重复启动) (IEN_MSTA_MTX_RSTA) */ …… /* * send slave address again, but indicate read operation * (发送从机器件地址，表明为读操作) */ …… if (__i2cTransferTxByte(pucData, uiChannel) != 0) { /* 发送从机地址，等待返回ACK */ return -1; }   /* * change to receive mode * (设置为接收模式) */ …… /* * 若只有一个字节，设置选择不发送ACK(最后一次传输不发送ACK) */ ……   /* * dummy read * (行假读) */ *pucData = readw(REG_I2C_I2DR(uiChannel));   /* * 开始读... */ if (__i2cTransferRxBytes(pI2cMsg->I2CMSG_pucBuffer, uiChannel, pI2cMsg->I2CMSG_usLen) != 0) { return (PX_ERROR); }   } else { /* 发送操作 */ /* * Step 2: send slave address + read/write at the LSB * (发送从机地址+读写LSB 设置为写位) */ …… /* * 将从机地址数据写入寄存器，等待ACK返回 */ …… /* * 设定一个长度，循环往寄存器写，等待ACK返回 */ pucData = pI2cMsg->I2CMSG_pucBuffer; for (i = 0; i < pI2cMsg->I2CMSG_usLen; i++) { /* * send device register value * (发送寄存器地址 / 信息) */ if ((iRet = __i2cTransferTxByte(pucData, uiChannel)) != 0) { break; } pucData++; } } …… }

     

22. __i2cTransferTxByte的具体实现

    static INT __i2cTransferTxByte (UINT8 *pChar, UINT uiChannel) { UINT uiValue = 0;   /* * clear both IAL and IIF bits * (清除IAL和IIF位) */ …… /* * write to data register * (向寄存器中写入数据,从机地址 / 发送信息) * 0x0E << 1 + write + ack * 0x07 + ack * 0x0e << 1 + read + ack * xx + ack */ writew((*pChar), (REG_I2C_I2DR(uiChannel)));   /* * wait for transfer of byte to complete * (等待传输完成) */ return __i2cTransferWaitOpDone(uiChannel, 1); }

     

    static INT __i2cTransferWaitOpDone (UINT uiChannel, INT iIsTx) { …… /* * Loop until we get an interrupt * (循环等待，直到我们得到一个中断，若没有产生中断，返回-10) */ while (!(readw(REG_I2C_I2SR(uiChannel)) & IIF) && (--i > 0)); if (i <= 0) { printk("I2C Error: timeout unexpected\n"); return (ERR_NO_IIF); }   /* * Clear the interrupts * (清除中断位) */ …… /* * Check for arbitration lost * (检查仲裁位,产生1为仲裁丢失，返回-3) */ if (readw(REG_I2C_I2SR(uiChannel)) & IAL) { printk("Error Arbitration lost\n"); return (ERR_IAL_LOST); }   /* * Check for ACK received in transmit mode * (传输模式中检查是否收到ACK) */ if (iIsTx) { /* iIsTx参数传入为1 */ if (readw(REG_I2C_I2SR(uiChannel)) & RXAK) { /* * 没有收到ACK，清除MSTA位使其停止传输 */ printk("Error no ack received\n"); __i2cTransferStop(uiChannel); /* 停止 / 将主从模式位设置为0 */   return (ERR_NO_ACK); } } …… }

     

23. __i2cTransferRxBytes的具体实现

    static INT __i2cTransferRxBytes (UINT8 *pChar, UINT uiChannel, INT iSize) { …… /* * 等待传输完成 */ for (i = 0; iSize > 0; iSize--, i++) { if (__i2cTransferWaitOpDone(uiChannel, 0) != 0) { return (PX_ERROR); }   /* * 接下来的两个if指令设置为下一个读取控制寄存器的值 * 若iSize == 1则此次为最后一次且已完成传输(清除MSTA位) * 若iSize == 2则下次为最后一次传输，不发送ACK信号(禁止TXAK位) */ ……   /* * 真正开始读取数据 */ pChar[i] = readw(REG_I2C_I2DR(uiChannel)); } …… }

     

24. __i2cTransferStop的具体实现

    static VOID __i2cTransferStop (UINT uiChannel) { …… /* * MSTA位设置为0，即可停止传输 */ uiValue = readw(REG_I2C_I2CR(uiChannel)); uiValue &= ~BIT_I2C_I2CR_MSTA_MASK; uiValue |= BIT_I2C_I2CR_MSTA_0; writew(uiValue, REG_I2C_I2CR(uiChannel)); }

     

25. __i2cTransferDisable的具体实现

    static VOID __i2cTransferDisable (UINT uiChannel) { …… /* * disable the controller * (禁能I2C) */ uiValue = readw(REG_I2C_I2SR(uiChannel)); uiValue &= ~CLEAR_ALL_MASK; uiValue |= CLEAR_ALL; writew(uiValue, REG_I2C_I2SR(uiChannel)); }

来源：oschina

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