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隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，越來越多的設(shè)備需要使用I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。I2C總線是一種串行通信協(xié)議，由Philips公司（現(xiàn)在的NXP公司）在20世紀(jì)80年代初開發(fā)，并作為精簡型串行總線（RMI）的一部分發(fā)布。目前，I2C總線在各種嵌入式系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，其中Linux系統(tǒng)下的I2C接口實(shí)現(xiàn)方法尤為重要。
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本文將介紹Linux系統(tǒng)下的I2C接口實(shí)現(xiàn)方法，主要包括I2C總線的結(jié)構(gòu)和工作原理、Linux系統(tǒng)下I2C接口的配置和使用以及示例代碼的講解。
一、I2C總線的結(jié)構(gòu)和工作原理
I2C總線是一種多主從設(shè)備的串行通信總線，它包含兩條數(shù)據(jù)線（SDA和SCL）和一個總線控制器（Bus Master）。數(shù)據(jù)線上的信息是基于時間的，總線控制器負(fù)責(zé)控制總線上的數(shù)據(jù)傳輸。
在I2C總線上，每個設(shè)備都有一個唯一的地址，用于標(biāo)識設(shè)備。主設(shè)備控制總線上的數(shù)據(jù)傳輸，從設(shè)備響應(yīng)主設(shè)備的控制命令。
在I2C總線上，數(shù)據(jù)傳輸是通過時鐘信號（SCL）控制的，主設(shè)備產(chǎn)生時鐘信號，從設(shè)備響應(yīng)時鐘信號。
在數(shù)據(jù)傳輸過程中，主設(shè)備產(chǎn)生起始信號（Start），指示其準(zhǔn)備開始數(shù)據(jù)傳輸。然后，主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送地址和數(shù)據(jù)，從設(shè)備接收數(shù)據(jù)并給主設(shè)備發(fā)送確認(rèn)信號（Acknowledge）。一旦所有的數(shù)據(jù)傳輸完成，主設(shè)備斷開連接并產(chǎn)生停止信號（Stop），表示完成數(shù)據(jù)傳輸。
二、Linux系統(tǒng)下I2C接口的配置和使用
Linux系統(tǒng)提供了許多I2C驅(qū)動程序，這些驅(qū)動程序可以通過編譯后的內(nèi)核模塊進(jìn)行加載。Linux系統(tǒng)下使用I2C接口的步驟如下：
1.配置內(nèi)核
需要在內(nèi)核配置中開啟I2C支持。在內(nèi)核配置中，可以找到Device Drivers -> I2C support，在此處啟用I2C總線支持。
2.安裝i2c-tools
i2c-tools是一組I2C工具，可以用來配置和調(diào)試I2C設(shè)備。i2c-tools可以通過包管理器安裝，例如在Ubuntu中可以通過以下命令進(jìn)行安裝：
sudo apt-get install i2c-tools
3.配置I2C接口
配置I2C接口需要在設(shè)備樹中進(jìn)行。設(shè)備樹是一個文件，描述了系統(tǒng)中所有硬件設(shè)備的信息。在設(shè)備樹中，需要定義I2C總線和I2C設(shè)備的信息。
在設(shè)備樹中，I2C總線的配置類似于以下內(nèi)容：
i2c {
compatible = “i2c-bus”;
#address-cells = ;
#size-cells = ;
interrupt-parent = ;
interrupt-parent = ;
interrupt = ;
reg = ;
clock-frequency = ;
};
其中clock-frequency表示I2C總線的時鐘頻率。
設(shè)備樹中I2C設(shè)備的配置類似于以下內(nèi)容：
my_device: my_device@77 {
compatible = “my_device”;
reg = ;
};
其中my_device的名稱和@后面的地址是設(shè)備的名稱和地址，reg后面的兩個參數(shù)代表設(shè)備的寄存器地址。
4.使用i2cdetect工具
i2cdetect是一個i2c-tools中的命令，用于掃描I2C總線上的設(shè)備。i2cdetect可以檢測到I2C總線上的所有設(shè)備地址，并顯示在終端中。
使用i2cdetect命令可以檢查設(shè)備是否正確連接，命令如下：
sudo i2cdetect -y 1
其中”1″代表I2C總線號。如果i2cdetect成功檢測到設(shè)備，則會在終端中顯示設(shè)備的地址。
5.使用I2C接口操作設(shè)備
一旦檢測到設(shè)備，可以使用I2C接口來操作設(shè)備。在Linux系統(tǒng)中，I2C接口可以通過命令行工具i2cset和i2cget來操作。通過這些工具，可以設(shè)置設(shè)備的寄存器值或讀取設(shè)備的數(shù)據(jù)。
例如，使用i2cset設(shè)置設(shè)備的寄存器值的命令如下：
sudo i2cset -y 1 0x77 0x01 0x02
其中0x77是設(shè)備地址，0x01是寄存器地址，0x02是寫入的數(shù)據(jù)。
使用i2cget讀取設(shè)備的數(shù)據(jù)的命令如下：
sudo i2cget -y 1 0x77 0x01
其中0x77是設(shè)備地址，0x01是寄存器地址。
三、示例代碼的講解
下面的代碼是一個讀取I2C設(shè)備數(shù)據(jù)的示例程序，該程序使用C語言編寫。該程序的主要功能是讀取I2C設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)，并輸出到終端上。
#include
#include
#include
#include
#include
#define I2C_ADDRESS 0x48
int mn(int argc, char **argv)
{
int file;
char *filename = “/dev/i2c-1”;
if ((file = open(filename, O_RDWR))
{
perror(“Fled to open the i2c bus”);
exit(1);
}
if (ioctl(file, I2C_SLAVE, I2C_ADDRESS)
{
perror(“Unable to get bus access to talk to slave”);
exit(1);
}
char buf[2];
buf[0] = 0x00;
buf[1] = 0x00;
if (write(file, buf, 1) != 1)
{
perror(“Fled to write to the i2c bus”);
exit(1);
}
if (read(file, buf, 2) != 2)
{
perror(“Fled to read from the i2c bus”);
exit(1);
}
float temperature = (buf[0]
printf(“Temperature = %.2f Celsius\n”, temperature);
close(file);
return 0;
}
該程序主要包含以下幾個步驟：
1.打開I2C總線設(shè)備文件，設(shè)備文件名為/dev/i2c-1。
2.在I2C總線上選擇設(shè)備地址0x48。
3.向設(shè)備寫入0x00的數(shù)據(jù)，用于選擇溫度傳感器的寄存器。
4.從設(shè)備讀取2個字節(jié)的數(shù)據(jù)，其中包含溫度的原始數(shù)據(jù)。
5.將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為攝氏度并輸出到終端上。
四、
本文介紹了Linux系統(tǒng)下的I2C接口實(shí)現(xiàn)方法。講解了I2C總線的結(jié)構(gòu)和工作原理。然后，介紹了Linux系統(tǒng)下I2C接口的配置和使用，包括內(nèi)核配置、i2c-tools的安裝、設(shè)備樹的配置以及命令行工具i2cdetect、i2cset和i2cget的使用。通過一個讀取I2C設(shè)備數(shù)據(jù)的示例程序，演示了如何使用C語言編寫I2C接口的應(yīng)用程序。
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