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Linux驱动学习笔记之I2C通信（观b站讯为电子有感）

article 2025/3/13 9:06:28

1 I2C通信

1.1 I2C通信的介绍

1.1.1 I2C通信的定义

I2C 是很常用的一个串行通信接口，用于连接各种外设、传感器等。I2C 总线仅仅使用时钟线SCL（Serial Clock）、数据线SDA (Serial Data)这两根信号线就实现了设备之间的数据交互，极大地简化了对硬件资源和 PCB 板布线空间的占用。本文主要介绍中在 Linux 内核中如何使用 I2C 的驱动框架。

1.1.2 I2C通信的特点

I2C通信是一种同步、半双工的通信方式，支持总线挂载多设备（一主多从、多主多从）。如下图所示，所有I2C设备的SCL连在一起，SDA连在一起；设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式；SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右。从设备下拉，总线处于低电平；从设备放开，从设备相当于浮空，但由于上拉电阻作用，总线处于高电平。只要有一个从设备下拉，总线就处于低电平。

1.2 Linux里面的I2C通信

1.2.1 Linux中的I2C节点

不同于单片机使用I2C，使用Linux的I2C通信不需要去利用管脚模拟时序，Linux提供I2C控制器，我们只需要关注如何读写数据就行了。Linux的原则是一切皆文件，所以开发板上的I2C外设也以文件的形式存在，我们打开相应的I2C设备节点。

1.2.2 使用I2C读取触摸芯片FT5X06数据

我们这里使用I2C与触摸芯片FT5X06进行通信，查找原理图FT5X06对应的是I2C2，对应节点i2c-1。我们与FTX06芯片进行通信只需要操作/dev/i2c-1节点就行。我们这里对其状态寄存器TD_STATUS进行读取数据。

应用层操作I2C是以数据包进行交流的，对应的结构体是i2c_rdwr_ioctl_data，其中

struct i2c_rdwr_ioctl_data

{

    struct i2c_msg __user *msgs; /*要发送的数据包ic_msg指针 */

    __u32 nmsgs; /* 要发送的数据包i2c_msg个数 */

};

struct i2c_msg

{

    __u16 addr; /* 从机地址*/

    __u16 flags; /* flags 为读写标志位，如果 flags 为 1，则为读，反之为 0，则为写*/

    __u16 len; /* buf的大小单位为字节*/

    __u8 *buf; /* 发送或接收缓冲区*/
    
};

以下是应用层实现I2C通信的完整代码及注释：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h> 
#include <sys/stat.h> 
#include <fcntl.h> 
#include <unistd.h> 
#include <linux/input.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <sys/ioctl.h>
int fd;
int ret;

/** 
* @description: i2c_read_data i2c 读数据 
* @param {unsignedint} slave_addr：从机设备的地址 
* @param {unsignedchar} reg_addr：寄存器的地址 
* @return {*} 
*/ 

int i2c_read_data(unsigned int slave_addr,unsigned char reg_addr)
{

	unsigned char data; //用于存取读到的值
	
	//定义一个要发送的数据包 i2c_read_lcd 
	struct i2c_rdwr_ioctl_data i2c_read_lcd; 
	//定义初始化 i2c_msg 结构体 
	//定义两个数据包，先写是为了找到具体的从机的哪个寄存器，以便从这个寄存器里面读取数据
	struct i2c_msg msg[2] = { 
		[0] = { 
			.addr = slave_addr, //设置从机额地址 
			.flags = 0, //设置为写 
			.buf = &reg_addr, //设置寄存器的地址 
			.len = sizeof(reg_addr)//设置寄存器的地址的长度
			}, 
		[1] = {
			.addr = slave_addr, //设置从机额地址 
			.flags = 1, //设置为读 
			.buf = &data, //设置寄存器的地址 
			.len = sizeof(data)}, //设置寄存器的地址 
	}; 
	//初始化数据包的数据 
	i2c_read_lcd.msgs = msg; 
	//初始化数据包的个数 
	i2c_read_lcd.nmsgs = 2; 

	//操作读写数据包 
	ret = ioctl(fd, I2C_RDWR, &i2c_read_lcd); 
	if (ret < 0) 
	{ 
		perror("ioctl error "); 
		return ret; 
	} 

	return data;
	/*
	这里data为什么一会char，一会int
	C 语言中存在整数提升的规则，即任何小于 int 的整数类型在表达式中会被自动提升为 int 类型。
	int 类型的范围通常能够容纳 unsigned char 类型的所有可能取值。
	char 和 unsigned char 类型通常用于表示小范围的整数或字符
	*/
}

int main(int argc,char const* argv[])
{
	int TD_STATUS; 	
	struct input_event test_event; 
	fd = open("/dev/i2c-1",O_RDWR);//查看原理图触摸芯片FT5X06对应的I2C的i2c-1 
	if(fd < 0) 
	{ 
		perror("open error \n"); 
		return fd; 
	} 
	while(1){
		//i2C 读从机地址为 0x38，寄存器地址为 0x02 的数据 
		//我们从数据手册中得知 TD_STATUS 的地址为 0x02 
		TD_STATUS = i2c_read_data(0x38, 0x02); 
		// 打印 TD_STATUS 的值 
		printf("TD_STATUS value is %d \n", TD_STATUS); 
		sleep(1); 
	}
	close(fd); 
	return 0;
}