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詳解基于Cortex-A9，I2C外設(shè)

作者：土豆居士
系統(tǒng) Linux
本文基于三星Cortex-A9架構(gòu)，Exynos4412講解I2C原理、以及基于I2C的mpu6050陀螺儀的數(shù)據(jù)讀取實(shí)例(包括在裸機(jī)模式下數(shù)據(jù)的讀取以及基于Linux驅(qū)動的讀取)。還會分析Linux內(nèi)核I2C架構(gòu)，篇幅過長，絕對干貨。

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 本文基于三星Cortex-A9架構(gòu)，Exynos4412講解I2C原理、以及基于I2C的mpu6050陀螺儀的數(shù)據(jù)讀取實(shí)例(包括在裸機(jī)模式下數(shù)據(jù)的讀取以及基于Linux驅(qū)動的讀取)。還會分析Linux內(nèi)核I2C架構(gòu)，篇幅過長，絕對干貨。

裸機(jī)篇

本篇首先詳細(xì)講解I2C時序，然后講解如何基于三星I2C控制實(shí)現(xiàn)裸機(jī)讀取從設(shè)備信息方法。

前言

I2C(Inter-Integrated Circuit)總線(也稱 IIC 或 I2C) 是有PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及外圍設(shè)備，是微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少、控制方式簡單、器件封裝形式小、通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。


Exynos4412 i2c控制器綜述

Exynos4412精簡指令集微處理器支持4個IIC總線控制器。為了能使連接在總線上的主和從設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，專用的數(shù)據(jù)線SDA和時鐘信號線SCL被使用，他們都是雙向的。

如果工作在多主機(jī)的IIC總線模式，多個4412處理器將從從機(jī)那接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)給從機(jī)。在IIC總線上的主機(jī)端4412會啟動或終止一個數(shù)據(jù)傳輸。4412的IIC總線控制器會用一個標(biāo)準(zhǔn)的IIC總線仲裁機(jī)制去實(shí)現(xiàn)多主機(jī)和多從機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。

通過控制如下寄存器以實(shí)現(xiàn)IIC總線上的多主機(jī)操作：

  1. 控制寄存器： I2CCON
  2. 狀態(tài)寄存器： I2CSTAT
  3. Tx/Rx數(shù)據(jù)偏移寄存器：I2CDS
  4. 地址寄存器： I2CADD

如果I2C總線空閑，那么SCL和SDA信號線將都為高電平。在SCL為高電平期間，如果SDA有由高到低電平的跳變，那么將啟動一個起始信號，如果SDA有由低到高電平的跳變，將啟動一個結(jié)束信號。

主機(jī)端的設(shè)備總是提供起始和停止信號的一端。在起始信號被發(fā)出后，一個數(shù)據(jù)字節(jié)的前7位被當(dāng)作地址通過SDA線被傳輸。這個地制值決定了總線上的主設(shè)備將要選擇那個從設(shè)備作為傳輸對象，bit8決定傳輸數(shù)據(jù)的方向(是讀還是寫)。

I2C總線上的數(shù)據(jù)(即在SDA上傳輸?shù)臄?shù)據(jù))都是以8位字節(jié)傳輸?shù)?，在總線上傳輸操作的過程中，對發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)是沒有限制的。I2C總線上的主/從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)總是以一個數(shù)據(jù)的最高位開始傳輸(即MSB方式)，傳輸完一個字節(jié)后，應(yīng)答信號緊接其后。

Exynos4412 I2C總線接口特性

  1. 共有9個通道，支持多主、從I2C總線接口。其中8個通道作為普通接口(即I2C0、I2C1....)，1個通道作為HDMI的專用接口。
  2. 7位地址模式。
  3. 串行，8位單向或雙向的數(shù)據(jù)傳輸。
  4. 在標(biāo)準(zhǔn)模式中，每秒最多可以傳輸100k位，即12.5kB的數(shù)據(jù)量。
  5. 在快速模式中，每秒最多可以傳輸400k位，即50kB的數(shù)據(jù)量。
  6. 支持主機(jī)端發(fā)送、接收，從機(jī)端發(fā)送、接收操作。
  7. 支持中斷和查詢方式。

框圖


從上圖可以看出，4412提供4個寄存器來完成所有的IIC操作。SDA線上的數(shù)據(jù)從IICDS寄存器經(jīng)過移位寄存器發(fā)出，或通過移位寄存器傳入IICDS寄器;IICADD寄存器中保存4412當(dāng)做從機(jī)時的地址;IICCON、IICSTAT兩個寄存器用來控制或標(biāo)識各種狀態(tài)，比如選擇工作工作模式，發(fā)出S信號、P信號，決定是否發(fā)出ACK信號，檢測是否接收到ACK信號。

I2C總線接口操作

針對4412處理器的I2C總線接口，具備4種操作模式：

  1. 主機(jī)發(fā)送模式
  2. 主機(jī)接收模式
  3. 從機(jī)發(fā)送模式
  4. 從機(jī)接收模式

下面將描述這些操作模式之間的功能關(guān)系：

0、數(shù)據(jù)有效性


在這里插入圖片描述

SDA線上的數(shù)據(jù)必須在時鐘的高電平周期保持穩(wěn)定。數(shù)據(jù)線的高或低電平狀態(tài)IIC位傳輸數(shù)據(jù)的有效性在SCL線的時鐘信號是低電平才能改變。

1. 開始和停止條件

當(dāng)4412的I2C接口空閑時，它往往工作在從機(jī)模式。或者說，4412的的i2c接口在SDA線上察覺到一個起始信號之前它應(yīng)該工作在從機(jī)模式。當(dāng)控制器改變4412的i2c接口的工作模式為主機(jī)模式后，SDA線上發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸并且控制器會產(chǎn)生SCL時鐘信號。

開始條件通過SDA線進(jìn)行串行的字節(jié)傳輸，一個停止信號終止數(shù)據(jù)傳輸，停止信號是指SCL在高電平器件SDA線有從低到高電平的跳變，主機(jī)端產(chǎn)生起始和停止條件。當(dāng)主、從設(shè)備產(chǎn)生一個起始信號后,I2C總線將進(jìn)入忙狀態(tài)。這里需要說明的是上述主從設(shè)備都有可能作為主機(jī)端。

當(dāng)一個主機(jī)發(fā)送了一個起始信號后，它也應(yīng)該發(fā)送一個從機(jī)地址以通知總線上的從設(shè)備。這個地址字節(jié)的低7位表示從設(shè)備地址，最高位表示傳輸數(shù)據(jù)的方向，即主機(jī)將要進(jìn)行讀還是寫。當(dāng)最高位是0時，它將發(fā)起一個寫操作(發(fā)送操作);當(dāng)最高位是1時，它將發(fā)起一個讀數(shù)據(jù)的請求(接收操作)。

主機(jī)端發(fā)起一個結(jié)束信號以完成傳輸操作，如果主機(jī)端想在總線上繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，它將發(fā)出另外一個起始信號和從設(shè)備地址。用這樣的方式，它們可以用各種各樣的格式進(jìn)行讀寫操作。

下圖為起始和停止信號：


2. 數(shù)據(jù)傳輸格式

放到SDA線上的所有字節(jié)數(shù)據(jù)的長度應(yīng)該為8位，在每次傳輸數(shù)據(jù)時，對傳輸數(shù)據(jù)量沒有限制。在起始信號后的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)應(yīng)該包含地址字段，當(dāng)4412的I2C接口被設(shè)置為主模式時，地址字節(jié)應(yīng)該由控制器端發(fā)出。在每個字節(jié)后，應(yīng)該有一個應(yīng)答位。

如果從機(jī)要完成一些其他功能后(例如一個內(nèi)部中斷服務(wù)程序)才能繼續(xù)接收或發(fā)送下一個字節(jié)，從機(jī)可以拉低SCL迫使主機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好接收下一個數(shù)據(jù)并釋放SCL后，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)。如果主機(jī)在傳輸數(shù)據(jù)期間也需要完成一些其他功能(例如一個內(nèi)部中斷服務(wù)程序)也可以拉低SCL以占住總線。

下面的圖中將說明數(shù)據(jù)傳輸格式：



上圖中說明，在傳輸完每個字節(jié)數(shù)據(jù)后，都會有一個應(yīng)答信號，這個應(yīng)答信號在第9個時鐘周期。具體過程如下(注意下面描述的讀寫過程都是針對 4412處理器而言，當(dāng)有具體的I2C設(shè)備與4412相連時，數(shù)據(jù)表示什么需要看具體的I2C設(shè)備，4412是不知道數(shù)據(jù)的含義的)：

寫過程：主機(jī)發(fā)送一個起始信號S→發(fā)送從機(jī)7位地址和1位方向，方向位表示寫→主機(jī)釋放SDA線方便從機(jī)給回應(yīng)→有從機(jī)匹配到地址，拉低SDA線作為ACK→主機(jī)重新獲得SDA傳輸8位數(shù)據(jù)→主機(jī)釋放SDA線方便從機(jī)給回應(yīng)→從機(jī)收到數(shù)據(jù)拉低SDA線作為ACK告訴主機(jī)數(shù)據(jù)接收成功→主機(jī)發(fā)出停止信號。

讀過程：主機(jī)發(fā)送一個起始信號S→發(fā)送從機(jī)7位地址和1位方向，方向位表示讀→主機(jī)釋放SDA線方便從機(jī)給回應(yīng)→有從機(jī)匹配到地址，拉低SDA線作為ACK→從機(jī)繼續(xù)占用SDA線，用SDA傳輸8位數(shù)據(jù)給主機(jī)→從機(jī)釋放SDA線(拉高)方便主機(jī)給回應(yīng)→主機(jī)接收到數(shù)據(jù)→主機(jī)獲得SDA線控制并拉低SDA線作為ACK告訴從機(jī)數(shù)據(jù)接收成功→主機(jī)發(fā)出停止信號。

注意：在具體的I2C通信時，要看I2C設(shè)備才能確定讀寫時序，比如下面即將描述的第七大點(diǎn)中的示例，讀寫EEPROM中就會說道具體的數(shù)據(jù)含義，讀寫過程。

3. 應(yīng)答信號的傳輸

為了完成一個字節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸，接收方將發(fā)送一個應(yīng)答位給發(fā)送方。應(yīng)答信號出現(xiàn)在SCL線上的時鐘周期中的第九個時鐘周期，為了發(fā)送或接收1個字節(jié)的數(shù)據(jù)，主機(jī)端會產(chǎn)生8個時鐘周期，為了傳輸一個ACK位，主機(jī)端需要產(chǎn)生一個時鐘脈沖。ACK時鐘脈沖到來之際，發(fā)送方會在SDA線上設(shè)置高電平以釋放SDA線。在ACK時鐘脈沖之間，接收方會驅(qū)動和保持SDA線為低電平，這發(fā)生在第9個時鐘脈沖為高電平期間。應(yīng)答信號為低電平時，規(guī)定為有效應(yīng)答位(ACK簡稱應(yīng)答位)，表示接收器已經(jīng)成功地接收了該字節(jié);應(yīng)答信號為高電平時，規(guī)定為非應(yīng)答位(NACK)，一般表示接收器接收該字節(jié)沒有成功。對于反饋有效應(yīng)答位ACK的要求是，接收器在第9個時鐘脈沖之前的低電平期間將SDA線拉低，并且確保在該時鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。如果接收器是主控器，則在它收到最后一個字節(jié)后，發(fā)送一個NACK信號(即不發(fā)出ACK信號)，以通知被控發(fā)送器結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送，并釋放SDA線，以便主控接收器發(fā)送一個停止信號P。


4. 讀寫操作

當(dāng)I2C控制器在發(fā)送模式下發(fā)送數(shù)據(jù)后，I2C總線接口將等待直到移位寄存器(I2CDS)接收到一個數(shù)據(jù)。在往此寄存器寫入一個新數(shù)據(jù)前，SCL線應(yīng)該保持為低電平，寫完數(shù)據(jù)后，I2C控制器將釋放SCL線。當(dāng)前正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸完成后，4412會捕捉到一個中斷，然后cpu將開始往I2CDS寄存器中寫入一個新的數(shù)據(jù)。

當(dāng)I2C控制器在接收模式下接收到數(shù)據(jù)后，I2C總線接口將等待直到I2CDS寄存器被讀。在讀到新數(shù)據(jù)之前，SCL線會被保持為低電平，讀到數(shù)據(jù)后I2C控制器將釋放掉SCL線。一個新數(shù)據(jù)接收完成后，4412將收到一個中斷，cpu收到這個中斷請求后，它將從I2CDS寄存器中讀取數(shù)據(jù)。

5. 總線仲裁機(jī)制

總線上可能掛接有多個器件，有時會發(fā)生兩個或多個主器件同時想占用總線的情況，這種情況叫做總線競爭。I2C總線具有多主控能力，可以對發(fā)生在SDA線上的總線競爭進(jìn)行仲裁，其仲裁原則是這樣的：當(dāng)多個主器件同時想占用總線時，如果某個主器件發(fā)送高電平，而另一個主器件發(fā)送低電平，則發(fā)送電平與此時SDA總線電平不符的那個器件將自動關(guān)閉其輸出級?？偩€競爭的仲裁是在兩個層次上進(jìn)行的。首先是地址位的比較，如果主器件尋址同一個從器件，則進(jìn)入數(shù)據(jù)位的比較，從而確保了競爭仲裁的可靠性。由于是利用I2C總線上的信息進(jìn)行仲裁，因此不會造成信息的丟失。

6. 終止條件

當(dāng)一個從接收者不能識別從地址時，它將保持SDA線為高電平。在這樣的情況下，主機(jī)會產(chǎn)生一個停止信號并且取消數(shù)據(jù)的傳輸。當(dāng)終止傳輸產(chǎn)生后，主機(jī)端接收器會通過取消ACK的產(chǎn)生以告訴從機(jī)端發(fā)送器結(jié)束發(fā)送操作。這將在主機(jī)端接收器接收到從機(jī)端發(fā)送器發(fā)送的最后一個字節(jié)之后發(fā)生，為了讓主機(jī)端產(chǎn)生一個停止條件，從機(jī)端發(fā)送者將釋放SDA線。

7. 配置I2C總線

如果要設(shè)置I2C總線中SCL時鐘信號的頻率，可以在I2CCON寄存器中設(shè)置4位分頻器的值。I2C總線接口地址值存放在I2C總線地址寄存器(I2CADD)中，默認(rèn)值未知。

8. 每種模式下的操作流程圖

在I2C總線上執(zhí)行任何的收發(fā)Tx/Rx操作前，應(yīng)該做如下配置：

(1)在I2CADD寄存器中寫入從設(shè)備地址 (2)設(shè)置I2CCON控制寄存器

  • a. 使能中斷
  • b. 定義SCL頻率

(3)設(shè)置I2CSTAT寄存器以使能串行輸出

下圖為主設(shè)備發(fā)送模式


下圖為主設(shè)備接收模式

下圖為從設(shè)備發(fā)送模式


下圖為從設(shè)備接收模式


I2C控制器寄存器

I2C控制器用到的寄存器如下所示：


1-- I2C總線控制寄存器

IICCON寄存器用于控制是否發(fā)出ACK信號、設(shè)置發(fā)送器的時鐘、開啟I2C中斷，并標(biāo)識中斷是否發(fā)生


使用IICCON寄存器時，有如下注意事項(xiàng)

1.發(fā)送模式的時鐘頻率由位[6]、位[3:0]聯(lián)合決定。另外，當(dāng) IICCON[6]=0時，IICCON[3:0]不能取0或1。

2.位[4]用來標(biāo)識是否有I2C中斷發(fā)生，讀出為0時標(biāo)識沒有中斷發(fā)生，讀出為1時標(biāo)識有中斷發(fā)生。當(dāng)此位為1時，SCL線被拉低，此時所以I2C傳輸停止;如果要繼續(xù)傳輸，需寫入0清除它。

中斷在以下3種情況下發(fā)生：

  • 當(dāng)發(fā)送地址信息或接收到一個從機(jī)地址并且吻合時;
  • 當(dāng)總線仲裁失敗時;
  • 當(dāng)發(fā)送/接收完一個字節(jié)的數(shù)據(jù)(包括響應(yīng)位)時;

3.基于SDA、SCL線上時間特性的考慮，要發(fā)送數(shù)據(jù)時，先將數(shù)據(jù)寫入IICDS寄存器，然后再清除中斷。

4.如果IICCON[5]=0，IICCON[4]將不能正常工作，所以，即使不使用I2C中斷，也要將IICCON[5]設(shè)為1.

2 -- I2C狀態(tài)寄存器

IICSTAT寄存器用于選擇I2C接口的工作模式，發(fā)出S信號、P信號，使能接收/發(fā)送功能，并標(biāo)識各種狀態(tài)，比如總線仲裁是否成功、作為從機(jī)時是否被尋址、是否接收到0地址、是否接收到ACK信號等。


3 -- I2C數(shù)據(jù)發(fā)送/接收移位寄存器


fs4412的i2c總線上掛載了mpu6050mpu6050每次讀取或者要寫入數(shù)據(jù)時，必須先告知從設(shè)備要操作的內(nèi)部寄存器地址(RA)，然后緊跟著讀取或者寫入數(shù)據(jù)(DATA)，內(nèi)部寄存器的配置和讀取一次最多1個data，交互時序如下：



【注意】上述兩個時序非常重要，下面我們編寫基于linux的驅(qū)動編寫i2c_msg還要再依賴他。

上述簡化時序的術(shù)語解釋如下


【寄存器使用規(guī)則】

下面先提前講一下具體應(yīng)用中如何啟動和恢復(fù)IIC的傳輸 啟動或恢復(fù)4412的I2C傳輸有以下兩種方法。1) 當(dāng)IICCON[4]即中斷狀態(tài)位為0時，通過寫IICSTAT寄存器啟動I2C操作。有以下兩種情況。

  • 1--在主機(jī)模式， 令I(lǐng)ICSTAT[5:4]等于0b11，將發(fā)出S信號和IICDS寄存器的數(shù)據(jù)(尋址)， 令I(lǐng)ICSTAT[5:4]等于0b01，將發(fā)出P信號。
  • 2--在從機(jī)模式，令I(lǐng)ICSTAT[4]等于1將等待其他主機(jī)發(fā)出S信號及地址信息。

2)當(dāng)IICCON[4]即中斷狀態(tài)為1時，表示I2C操作被暫停。在這期間設(shè)置好其他寄存器之后，向IICCON[4]寫入0即可恢復(fù)I2C操作。所謂“設(shè)置其他寄存器”，有以下三種情況：

  • 1--對于主機(jī)模式，可以按照上面1的方法寫IICSTAT寄存器，恢復(fù)I2C操作后即可發(fā)出S信號和IICDS寄存器的值(尋址)，或發(fā)出P信號。
  • 2--對于發(fā)送器，可以將下一個要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入IICDS寄存器中，恢復(fù)I2C操作后即可發(fā)出這個數(shù)據(jù)。
  • 3--對于接收器，可以從IICDS寄存器讀出接收到的數(shù)據(jù)。最后向IICCON[4]寫入0的同時，設(shè)置IICCON[7]以決定是否在接收到下一個數(shù)據(jù)后是否發(fā)出ACK信號。

MPU6050

MPU-6000(6050)為全球首例整合性6軸運(yùn)動處理組件，相較于多組件方案，免除了組合陀螺儀與加速器時間軸之差的問題，減少了大量的封裝空間。當(dāng)連接到三軸磁強(qiáng)計(jì)時，MPU-60X0提供完整的9軸運(yùn)動融合輸出到其主I2C或SPI端口(SPI僅在MPU-6000上可用)。

MPU-6000(6050)的角速度全格感測范圍為±250、±500、±1000與±2000°/sec (dps)，可準(zhǔn)確追蹤快速與慢速動作，并且，用戶可程式控制的加速器全格感測范圍為±2g、±4g±8g與±16g。

產(chǎn)品傳輸可透過最高至400kHz的IIC或最高達(dá)20MHz的SPI(MPU-6050沒有SPI)。

電路圖

【MPU6050硬件電路圖】(實(shí)際板子電路圖不一定和下面一樣，具體問題具體分析，本例參考exynos-fs4412開發(fā)板)


1 AD0接地的 值為 0


所以從設(shè)備地址為0x68;

2 SCL、SDA連接的i2c_SCL5、i2c_SDA5


由此可得這兩個信號線復(fù)用了GPIO的GPB的2、3引腳;

3 查閱exynos4412 datasheet 6.2.2 Part 1可得


所以設(shè)置GPIO 的 GPB 【15：8】= 0x33 即可。

MPU6050內(nèi)部寄存器

mpu6050內(nèi)部寄存器的使用，參考datasheet《MPU-6000 and MPU-6050 Register Map and Descriptions Revision 4.0 》。

Mpu6050內(nèi)部有100多個寄存器。比如：



這個寄存器是用來設(shè)置加速度屬性的，當(dāng)bit[4:3] 設(shè)置為0，表示3個軸的加速度量程最大為±2g。

mpu6050的內(nèi)部寄存器非常多，并不需要每一個寄存器都需要搞懂，在如下代碼實(shí)例中，我已經(jīng)列舉出常用的寄存器以及他們的典型值，其他的寄存器不再一一介紹。

下面是個IIC總線實(shí)例：用IIC總線實(shí)現(xiàn)CPU與MPU-6050的數(shù)據(jù)查詢

具體代碼如下：

  1. //**************************************** 
  2. // MPU6050常用內(nèi)部地址，以下地址在mpu6050內(nèi)部 
  3. //**************************************** 
  4. #define SMPLRT_DIV  0x19 //陀螺儀采樣率，典型值：0x07(125Hz) 
  5. #define CONFIG   0x1A //低通濾波頻率，典型值：0x06(5Hz) 
  6. #define GYRO_CONFIG  0x1B //陀螺儀自檢及測量范圍，典型值：0x18(不自檢，2000deg/s) 
  7. #define ACCEL_CONFIG 0x1C //加速計(jì)自檢、測量范圍及高通濾波頻率，典型值：0x01(不自檢，2G，5Hz) 
  8. #define ACCEL_XOUT_H 0x3B 
  9. #define ACCEL_XOUT_L 0x3C 
  10. #define ACCEL_YOUT_H 0x3D 
  11. #define ACCEL_YOUT_L 0x3E 
  12. #define ACCEL_ZOUT_H 0x3F 
  13. #define ACCEL_ZOUT_L 0x40 
  14. #define TEMP_OUT_H  0x41 
  15. #define TEMP_OUT_L  0x42 
  16. #define GYRO_XOUT_H  0x43 
  17. #define GYRO_XOUT_L  0x44 
  18. #define GYRO_YOUT_H  0x45 
  19. #define GYRO_YOUT_L  0x46 
  20. #define GYRO_ZOUT_H  0x47 
  21. #define GYRO_ZOUT_L  0x48 
  22. #define PWR_MGMT_1  0x6B //電源管理，典型值：0x00(正常啟用) 
  23. #define WHO_AM_I  0x75 //IIC地址寄存器(默認(rèn)數(shù)值0x68，只讀) 
  24. #define SlaveAddress 0xD0 //IIC寫入時的地址字節(jié)數(shù)據(jù)，+1為讀取 
  25.  
  26. typedef struct { 
  27.         unsigned int CON; 
  28.         unsigned int DAT; 
  29.         unsigned int PUD; 
  30.         unsigned int DRV; 
  31.         unsigned int CONPDN; 
  32.         unsigned int PUDPDN; 
  33. }gpb; 
  34. #define GPB (* (volatile gpb *)0x11400040) 
  35.  
  36. typedef struct { 
  37.         unsigned int I2CCON; 
  38.         unsigned int I2CSTAT; 
  39.         unsigned int I2CADD; 
  40.         unsigned int I2CDS; 
  41.         unsigned int I2CLC; 
  42. }i2c5; 
  43. #define  I2C5 (* (volatile i2c5 *)0x138B0000 ) 
  44.  
  45. void mydelay_ms(int time) 
  46. { 
  47.   int i, j; 
  48.   while(time--) 
  49.   { 
  50.     for (i = 0; i < 5; i++) 
  51.       for (j = 0; j < 514; j++); 
  52.   } 
  53. } 
  54. /********************************************************************** 
  55.  * @brief            iic read a byte program body 
  56.  * @param[in]    slave_addr, addr, &data 
  57.  * @return         None 
  58.  **********************************************************************/ 
  59.  
  60. void iic_read(unsigned char slave_addr, unsigned char addr, unsigned char *data) 
  61. { 
  62.   /*根據(jù)mpu6050的datasheet，要讀取數(shù)據(jù)必須先執(zhí)行寫操作：寫入一個從設(shè)備地址， 
  63.   然后執(zhí)行讀操作，才能讀取到該內(nèi)部寄存器的內(nèi)容*/ 
  64.   I2C5.I2CDS = slave_addr; //將從機(jī)地址寫入I2CDS寄存器中 
  65.   I2C5.I2CCON = (1 << 7)|(1 << 6)|(1 << 5); //設(shè)置時鐘并使能中斷 
  66.   I2C5.I2CSTAT = 0xf0;    //[7:6]設(shè)置為0b11，主機(jī)發(fā)送模式； 
  67.   //往[5：4]位寫0b11，即產(chǎn)生啟動信號,發(fā)出IICDS寄存器中的地址 
  68.    
  69.   while(!(I2C5.I2CCON & (1 << 4))); // 等待傳輸結(jié)束，傳輸結(jié)束后，I2CCON [4]位為1，標(biāo)識有中斷發(fā)生；    
  70.    
  71.   // 此位為1時，SCL線被拉低，此時I2C傳輸停止； 
  72.   I2C5.I2CDS = addr;       //寫命令值 
  73.   I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & (~(1 << 4));// I2CCON [4]位清0，繼續(xù)傳輸 
  74.   while(!(I2C5.I2CCON & (1 << 4)));// 等待傳輸結(jié)束 
  75.    
  76.   I2C5.I2CSTAT = 0xD0; // I2CSTAT[5:4]位寫0b01,發(fā)出停止信號 
  77.   I2C5.I2CDS = slave_addr | 1;  //表示要讀出數(shù)據(jù) 
  78.    
  79.   I2C5.I2CCON = (1 << 7)|(1 << 6) |(1 << 5) ; //設(shè)置時鐘并使能中斷 
  80.   I2C5.I2CSTAT = 0xb0;//[7:6]位0b10,主機(jī)接收模式； 
  81.    
  82.   //往[5：4]位寫0b11，即產(chǎn)生啟動信號,發(fā)出IICDS寄存器中的地址 
  83.   //    I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & (~(1 << 4));    如果強(qiáng)行關(guān)閉，將讀取不到數(shù)據(jù) 
  84.    
  85.   while(!(I2C5.I2CCON & (1 << 4)));//等待傳輸結(jié)束，接收數(shù)據(jù) 
  86.    
  87.   I2C5.I2CCON &= ~((1<<7)|(1 << 4));/* Resume the operation  & no ack*/ 
  88.    // I2CCON [4]位清0，繼續(xù)傳輸，接收數(shù)據(jù)，    
  89.    // 主機(jī)接收器接收到最后一字節(jié)數(shù)據(jù)后，不發(fā)出應(yīng)答信號 no ack    
  90.    
  91.   // 從機(jī)發(fā)送器釋放SDA線，以允許主機(jī)發(fā)出P信號，停止傳輸； 
  92.   while(!(I2C5.I2CCON & (1 << 4)));// 等待傳輸結(jié)束 
  93.    
  94.   I2C5.I2CSTAT = 0x90; 
  95.   *data = I2C5.I2CDS; 
  96.   I2C5.I2CCON &= ~(1<<4);  /*clean interrupt pending bit  */ 
  97.   mydelay_ms(10); 
  98.   *data = I2C5.I2CDS; 
  99. } 
  100. /************************************************************** 
  101.  * @brief            iic write a byte program body 
  102.  * @param[in]    slave_addr, addr, data 
  103.  * @return         None 
  104.  *************************************************************/ 
  105.  
  106. void iic_write (unsigned char slave_addr, unsigned char addr, unsigned char data) 
  107. { 
  108.   I2C5.I2CDS = slave_addr; 
  109.   I2C5.I2CCON = (1 << 7)|(1 << 6)|(1 << 5) ; 
  110.   I2C5.I2CSTAT = 0xf0; 
  111.  
  112.   while(!(I2C5.I2CCON & (1 << 4))); 
  113.   I2C5.I2CDS = addr; 
  114.   I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & (~(1 << 4)); 
  115.   while(!(I2C5.I2CCON & (1 << 4))); 
  116.    
  117.   I2C5.I2CDS = data; 
  118.   I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & (~(1 << 4)); 
  119.    
  120.   while(!(I2C5.I2CCON & (1 << 4))); 
  121.    
  122.   I2C5.I2CSTAT = 0xd0; 
  123.   I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & (~(1 << 4)); 
  124.   mydelay_ms(10); 
  125. } 
  126. void MPU6050_Init () 
  127. { 
  128.   iic_write(SlaveAddress, PWR_MGMT_1, 0x00); 
  129.   iic_write(SlaveAddress, SMPLRT_DIV, 0x07); 
  130.   iic_write(SlaveAddress, CONFIG, 0x06); 
  131.   iic_write(SlaveAddress, GYRO_CONFIG, 0x18); 
  132.   iic_write(SlaveAddress, ACCEL_CONFIG, 0x01); 
  133. } 
  134. /*讀取mpu6050某個內(nèi)部寄存器的內(nèi)容*/ 
  135. int get_data(unsigned char addr) 
  136. { 
  137.   char data_h, data_l; 
  138.    
  139.   iic_read(SlaveAddress, addr, &data_h); 
  140.   iic_read(SlaveAddress, addr+1, &data_l); 
  141.   return (data_h<<8)|data_l; 
  142. } 
  143. /* 
  144.  *  裸機(jī)代碼，不同于LINUX 應(yīng)用層， 一定加循環(huán)控制 
  145.  */ 
  146. int main(void) 
  147. { 
  148.   int data; 
  149.   unsigned char zvalue; 
  150.  
  151.   GPB.CON = (GPB.CON & ~(0xff<<8)) | 0x33<<8; // GPBCON[3], I2C_5_SCL GPBCON[2], I2C_5_SDAmydelay_ms(100); 
  152.   uart_init(); 
  153.    
  154.   /*---------------------------------------------------------------*/  
  155.   I2C5.I2CSTAT = 0xD0; 
  156.   I2C5.I2CCON &= ~(1<<4);  /*clean interrupt pending bit  */ 
  157.    
  158.   /*--------------------------------------------------------------*/ 
  159.   mydelay_ms(100); 
  160.   MPU6050_Init(); 
  161.   mydelay_ms(100); 
  162.  
  163.   printf("\n********** I2C test!! ***********\n"); 
  164.   while(1) 
  165.   { 
  166.     data = get_data(GYRO_ZOUT_H); 
  167.      
  168.     printf(" GYRO --> Z <---:Hex: %x", data); 
  169.     data = get_data(GYRO_XOUT_H); 
  170.     printf(" GYRO --> X <---:Hex: %x", data); 
  171.      
  172.     printf("\n"); 
  173.     mydelay_ms(1000); 
  174.   } 
  175.   return 0; 
  176. } 

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

  1. ********** I2C test!! ***********   
  2. GYRO --> Z <---:Hex: 1c GYRO --> X <---:Hex: feda   
  3. GYRO --> Z <---:Hex: fefc GYRO --> X <---:Hex: fed6   
  4. GYRO --> Z <---:Hex: fefe GYRO --> X <---:Hex: fed6   
  5. GYRO --> Z <---:Hex: fefe GYRO --> X <---:Hex: fedc   
  6. GYRO --> Z <---:Hex: fefe GYRO --> X <---:Hex: feda   
  7. GYRO --> Z <---:Hex: fefc GYRO --> X <---:Hex: fed6   
  8. GYRO --> Z <---:Hex: fefe GYRO --> X <---:Hex: feda   
  9. GYRO --> Z <---:Hex: fcf2 GYRO --> X <---:Hex: 202   
  10. GYRO --> Z <---:Hex: ec GYRO --> X <---:Hex: faa0   
  11. GYRO --> Z <---:Hex: 4c GYRO --> X <---:Hex: e   
  12. GYRO --> Z <---:Hex: fe GYRO --> X <---:Hex: fed8   
  13. GYRO --> Z <---:Hex: 0 GYRO --> X <---:Hex: fede   
  14. GYRO --> Z <---:Hex: 0 GYRO --> X <---:Hex: feda   

讀寫操作代碼解析：

寫入一個數(shù)據(jù)流程：


讀數(shù)據(jù)流程：


上圖閱讀注意點(diǎn)：

  1. 從設(shè)備地址是在用的時候應(yīng)該左移一位|讀寫位，比如寫reg=0x68<1|0,即0xD0;
  2. 主設(shè)備發(fā)出S信號，需要將I2CSTATn 的bite：5設(shè)置為1;
  3. 主設(shè)備發(fā)出p信號，需要將I2CSTATn 的bite：5設(shè)置為0;
  4. 主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)需要將寄存器I2CCONn的bit:4置0，to reume the operation;
  5. 主機(jī)等待從設(shè)備發(fā)送的ack或者data，需要輪訓(xùn)判斷I2CCONn的bit:4是否置1;
  6. 代碼的理解除了結(jié)合功能流程圖、時序圖、源代碼還要結(jié)合寄存器說明;
  7. 代碼的編寫順序必須嚴(yán)格按照時序和模塊流程圖執(zhí)行;
  8. 時序中的每一個數(shù)據(jù)信號(包括ack、data、reg)的產(chǎn)生或者發(fā)送對應(yīng)的代碼都用箭頭以及相同的顏色框處;
  9. 對1于read操作，NACK的回復(fù)需要在接收最后一個data之前設(shè)置I2CCONn ：7位為0，這樣在收到從設(shè)備的data后，才會將SDA拉低。

 

責(zé)任編輯：姜華 來源： 一口Linux
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