linux I2C子系统（及相关程序设计MPU6050）

文章目录

- linux I2C子系统框架
- 在设备树中添加从设备信息，mpu5060
- I2C driver 程序的编写
- mpu6050 I2C程序具体实现

linux I2C子系统框架

在之前的一篇文章中记录了 I2C协议相关内容，这里记录一下I2C在linux系统上I2C子系统框架，经过总结，I2C子系统框架可以总结为如下一张图

五层（其实是三层，不算应用层和硬件层）

应用层
i2c driver层：从设备驱动层

需要和应用层交互

封包数据，不知道数据是如何写入到硬件
i2c 核心层：drivers/i2c/i2c-core.c

维护ic总线，包括i2c driver，i2c client链表
i2c adapter层：drivers/i2c/busses/i2c-s3c2410.c i2c 控制层，初始化 i2c 控制器

完成将数据写入或读取 ---------从设备硬件

不知道数据具体是什么，但是知道如何操作从设备
硬件层

确保 i2c core 和 i2c adapter 侧面和必须编译进内核：

linux I2C子系统（及相关程序设计MPU6050）

linux I2C子系统（及相关程序设计MPU6050）

在设备树中添加从设备信息，mpu5060

I2C子系统中涉及到的设备树文件

i2c 控制器地址：

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

其中MPU5060：从设备地址是 0x68
soc  GPB_3 ---I2C_SCL5
	 GPB_3 --- I2C_SCL5
	 GPX_3 --- GYRO_INT

模板:

控制器中对应的设备树：arch/arm/boot/dts/exynos4.dtsi
新增加 i2c 从设备，/arch/arm/boot/dts/exynos4412-fs4412.dts 增加 i2c 控制和它包含的从设备

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>;
		};

	};

保存之后 make dtbs

I2C driver 程序的编写

I2C driver 程序的编写

添加 i2c client 的信息，必须在控制器对应节点中
直接编写 i2c driver

（1）构建 i2c driver，并注册到 i2c 总线

（2）实现 probe方法：

a.申请设备号

b.创建设备文件

c.通过 i2c 的接口去初始化 i2c 从设备

几个常用的对象

struct i2c_driver  //表示是一个从设备的驱动对象
{
	int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *);
	int (*remove)(struct i2c_client *);
	struct device_driver driver;  //继承了父类
			|
			const struct of_device_if *of_match_table;
		
	const struct i2c_device_id *id_table;   //用于作比对,非设备树情况 与i2c_client
};
//注册和注销i2c_driver
//注册
int i2c_add_driver( struct i2c_driver *driver);
//删除
void i2c_del_driver(struct i2c_driver *);


struct i2c_client   //描述一个从设备的信息，不需要在代码中创建，因为是由i2c_adapter构建
{
	unsigned short flags;		/* div., see below		*/
	unsigned short addr;		//从设备地址，来自于设备树中的 <reg>
		
	char name[I2C_NAME_SIZE];  //用于和i2c_driver进行匹配，来自于设备树中的 compatible
	struct i2c_adapter *adapter;	//指向当前从设备存在的i2c_adapter
	struct device dev;		  //继承了父类
	int irq;		
	struct list_head detected;
};
//创建i2c_client 的函数
i2c_new_device(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_board_info const *info);


struct i2c_adapter   //描述一个i2c控制器,也不是我们构建，原厂代码会帮我们构建
{
	const struct i2c_algorithm *algo;   //算法
		|
		int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,int num);
		
	struct device dev;	//继承了父类，也会被加入到i2c_bus
	int nr;   //编号，类似i2c_5
};
//注册和注销 i2c_adapter   
int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *);
void i2c_del_adapter(struct i2c_adapter *);


struct i2c_msg   //描述了一个从设备要发送的数据的数据包
{
	__u16 addr;  //设备地址，发送给哪个从设备
	__u16 flags;  //读 1 写 0
	__u16 len;    //发送数据的长度
	__u8 *buf;   //指向数据的指针
};
//写从设备
int i2c_master_send(const struct i2c_client *client, const char *buf,int count);
//读从设备
int i2c_master_recv(const struct i2c_client *client, char *buf,int count);
//以上两个函数都调用了：i2c_transfer
int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num);

mpu6050 I2C程序具体实现

头文件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;

	//温度
	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 （陀螺仪）驱动程序设计

#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  //采样频率寄存器 - 25 典型值：0x07（125HZ）
#define CONFIG 0x1A  //配置寄存器 -26 典型值：0x06（5HZ）
#define GYRO_CONFIG  0x1B  //陀螺仪配置-27      典型值：0x18（不自检。2000deg/s）

#define ACCEL_CONFIG 0x1C  //加速度配置-28  典型值：0x01（不自检，2G，5HZ）
#define ACCEL_XOUT_H 0x3B  //59-65,加速度计测量值 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  //温度测量值 -65
#define TEMP_OUT_L 0x42

#define GYRO_XOUT_H 0x43  //陀螺仪-67  ，采样频率（由寄存器25定义）写入到这些寄存器
#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   //电源管理 典型值：0x00（正常启用）

//设计一个全局的设备对象
struct mpu_senor
{
	int dev_major;
	struct device *dev;
	struct class *cls;
	struct i2c_client *client;  //记录probe中的client
};

struct mpu_senor *mpu_dev;


//mpu6050  i2c写数据
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读数据
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;
}

//读取某个特定寄存器地址，然后返回值
int mpu6050_read_reg_byte(struct i2c_client *client,char reg)
{
	//先写寄存器的地址，然后再读寄存器的值
	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;
}

/*应用程序：ioctl给驱动发送不同的指令
	ioctl(fd,cmd,args)

如何定义命令：
	1，直接定义一个数字
		#define IOC_GET_ACCEL 0x9999
	2，通过系统的接口
		_IO(x,y)
		_IOR(x,y,z)
		_IOW(x,y,z)
		参数1：表示magic，字符
		参数2：区分不同命令，整数
		参数3：传给驱动数据类型
	
*/
long mpu6050_drv_ioctl(struct file *filp,unsigned int cmd,unsigned long args)
{
	union mpu6050_data data;

	switch(cmd)
	{
		case IOC_GET_ACCEL:
			//读数据
			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;
	}

	//将所有数据交给用户
	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)
{
	/*实现 probe方法：
		a.申请设备号
		b.创建设备文件
	c.通过 i2c 的接口去初始化 i2c 从设备
	*/
	//分配空间
	mpu_dev = kzalloc(sizeof(struct mpu_senor),GFP_KERNEL);

	//记录下client
	mpu_dev->client = client;

	//申请设备号
	mpu_dev->dev_major = register_chrdev(0,"mpu_drv",mpu6050_fops);

	//创建文件
	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");

	//初始化各种寄存器
	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)
{
	//释放各种资源
	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"; //随便写, /sys/bus/i2c/driver/
		.of_match_table = of_match_ptr(of_mpu6050_id);
	},
	.id_table = mpu_id_table;  //用于非设备树情况下的匹配,设备树模式下不使用
};

static int __init mpu6050_drv_init(void)

{
	//1.构建 i2c driver，并注册到 i2c 总线
	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 （陀螺仪）应用程序设计

#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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