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I2C总线应用测试程序

news 2025/9/15 8:32:01

参考链接：I2c协议
Linux I2C应用编程开发

问题背景

在工作中需要测试I2C总线的传输稳定性，需写一个测试程序通过读写从设备寄存器的值来验证数据传输稳定性。

站在cpu的角度来看，操作I2C外设实际上就是通过控制cpu中挂载该I2C外设的I2C控制器，而这个I2C控制器在linux系统中被称为“I2C适配器”。而且众所周知，在linux系统中，每一个设备都是以文件的形式存在的，所以在linux中操作I2C外设就变成了操作I2C适配器设备文件。Linux系统（也就是内核）为每个I2C适配器生成了一个主设备号为89的设备节点（次设备号为0-255），它并没有针对特定的I2C外设而设计，只是提供了通用的read(),write(),和ioctl()等文件操作接口，在用户空间的应用层就可以借用这些接口访问挂接在适配器上的I2C设备的存储空间或寄存器，并控制I2C设备的工作方式。

I2C协议

工欲善其事，必先利其器。在写测试程序之前需要先大致了解一下什么是I2c?
I2C (Inter-Integrated Circuit，内置集成电路），同步（SCL控制）串行（按位传输）接口。
两线协议-----时钟线和双向数据线，SCL （Serial CLock，串行时钟）和SDA （Serial Data，串行数据）。
主从协议-----通信双方为主机适配器（主控制器）和客户设备（从设备）

特点：
交换数据总量少；数据传输率低；标准传输频率为100KHZ、400KHZ；

I2C总线物理连接图
在这里插入图片描述

测试程序

使用的开发板共有四条I2c总线，在I2C2总线上挂在了一个音频芯片，其设备地址为0x1a
各平台使用的交叉编译工具不一样，按实际情况进行交叉编译即可
临时配置交叉编译环境

[CAN K510_SDK]$ export PATH=$PATH:/data/K510_SDK/toolchain/nds64le-linux-glibc-v5d/bin
[CAN K510_SDK]$ export ARCH=arm
[CAN K510_SDK]$ export CROSS_COMPILE=riscv64-linux-
[CAN K510_SDK]$export CC=riscv64-linux-gcc
[CAN K510_SDK]$export CXX=riscv64-linux-g++

到I2c源码目录下，交叉编译生成应用程序

[CAN i2c]$ riscv64-linux-gcc i2c_1.c -o i2ctest1

实际测试：
在这里插入图片描述
通过测试可以看到修改了0x0c寄存器的值，缺点在于只要一修改寄存器的值，不管设置为何值，相应寄存器的值都会变为0，使用I2Ctools工具修改也是。这个后面需要改进。
测试程序源码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/i2c-dev.h>//#define CHIP_ADDR 0x1a
#define I2C_DEV "/dev/i2c-2" //i2c_dev为i2c　
#define PAGE_SIZE    1  static int iic_read(int fd, char buff[], int addr, int count)
{int i,res;if(write(fd,&addr,1)!=1)        //将要操作的寄存器首地址发给从设备return -1;res=read(fd,buff,count);printf("read %d byte at 0x%02x\n", res, addr);for(i=0;i<res;i++){printf("read %d data is :0x%02x\n",i,buff[i]);}return res;
}static int iic_write(int fd, char buff[], int addr, int count){int i,res;static char sendbuffer[PAGE_SIZE+1];memcpy(sendbuffer+1, buff, count);sendbuffer[0]=addr;        //将要操作的寄存器首地址赋给sendbuffer[0]for(i=0; i<sizeof(sendbuffer); i++)printf("wirte %d data is 0x%02x\n",i,sendbuffer[i]);res=write(fd,sendbuffer,count+1);printf("write %d byte at 0x%02x\n", res, addr);return res;}int main(void){int fd;int res;char ch;char buf[50];int regaddr,i,slaveaddr;fd = open(I2C_DEV, O_RDWR);// I2C_DEV /dev/i2c-2if(fd < 0){printf("####i2c test device open failed####\n");return (-1);}else{printf("### i2c test %s open success###\n",I2C_DEV);}printf("please input slave addr:");scanf("%x",&slaveaddr);printf("input slave addr is:0x%x\n",slaveaddr);printf("please input reg addr:");scanf("%x",&regaddr);printf("input reg addr is:0x%x\n",regaddr);getchar();printf("#####usage####\n");printf("input 0:to exit\n");printf("input 1:read i2c test\n");printf("input 2:write i2c test\n");res = ioctl(fd,I2C_TENBIT,0);   // 0 7bit；1 10bitres = ioctl(fd,I2C_SLAVE_FORCE,slaveaddr);    while((ch=getchar())!='0'){switch(ch){case '1':getchar();printf("read i2c test\n");usleep(1000);res=iic_read(fd,buf,regaddr,1);printf("%d bytes read success\n",res);break;case '2':getchar();buf[0]=0x01;printf("write i2c test\n");res=iic_write(fd,buf,regaddr,1);printf("%d bytes write success\n",res);break;default:printf("bad command\n");break;}}return 0;
}

Linux I2C应用编程操作流程

1）确定I2C设配器的设备文件节点
i2c适配器的设备节点是/dev/i2c-x，其中x是数字。由于适配器编号是动态分配的（和注册次序有关），可以使用i2ctools工具配置设备树节点注册进行查看
2）打开适配器对应的设备节点
当用户打开适配器设备节点的时候，Kernel中的i2c-dev代码为其建立一个i2c_client，但是这个i2c_client并不加到i2c_adapter的client链表当中。当用户关闭设备节点时，它自动被释放。
3) IOCTL控制
这个可以参考内核源码中的include/linux/i2c-dev.h文件。下面举例说明主要的IOCTL命令：
在这里插入图片描述
4) 使用I2C协议和设备进行通信