一、前言
本人熟悉I2C的时序，可以用单片机写I2C驱动程序，但是在linux上使用i2c接口不用我们去定义时序，我只想知道在linux平台上是如何用函数传输I2C数据的，因此本文只讨论linux下如何将I2C用起来。
二、打开设备
linux下一切皆文件，I2C设备也是一个文件，我使用的2416开发板上有一组I2C，设备路径为/dev/i2c-0，在2440的开发板上则为/dev/i2c/0，根据平台的不同会有所不同。在使用I2C设备之前要先打开这个设备，代码如下：
fd = open("/dev/i2c/0", O_RDWR);
三、数据读写
数据写入用的不是write函数，数据读取也不是用read函数，而是统一用ioctl，用法如下：
ioctl的第一个参数传入已经打开的I2C设备的文件描述符，第二个参数传入I2C_RDWR，表示进行数据读写，第三个参数传入一个struct i2c_rdwr_ioctl_data类型的指针，struct i2c_rdwr_ioctl_data类型定义在linux/i2c-dev.h中，其结构定义如下：
struct i2c_rdwr_ioctl_data {
struct i2c_msg __user *msgs; /* pointers to i2c_msgs */
__u32 nmsgs; /* number of i2c_msgs */
};
一个该结构表示一次传输，一次传输可以包含若干个消息，nmsgs用于指定消息数量。一般来说一次写数据包含一个消息，一次读数据包含2个消息，因此写数据时nmsgs的值为1，msgs指向一个消息，读数据时nmsgs为2，msgs指向一个包含2个消息的数组。
struct i2c_msg结构定义如下：
struct i2c_msg {
__u16 addr; /* slave address */
__u16 flags;
#define I2C_M_TEN 0x0010 /* this is a ten bit chip address */
#define I2C_M_RD 0x0001 /* read data, from slave to master */
#define I2C_M_NOSTART 0x4000 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
#define I2C_M_REV_DIR_ADDR 0x2000 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
#define I2C_M_IGNORE_NAK 0x1000 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
#define I2C_M_NO_RD_ACK 0x0800 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */
#define I2C_M_RECV_LEN 0x0400 /* length will be first received byte */
__u16 len; /* msg length */
__u8 *buf; /* pointer to msg data */
};
根据注释可知addr指的是I2C设备地址，它可以是7位地址或10位地址（说实话我没见过10位地址的设备），根据设备的实际情况而定。我们只讨论一般情况，即7位地址。
这里需要特别注意的是，由于是7位地址，因此不包含读写位，并且是右对齐的，比如一个器件的手册说它的设备读地址为0xAF，写地址为0xAE，它的这种说法是将读写位也代入进来了，因此我们编程时传入的地址为0x57。
如果是写数据，第二个成员flags就传0，如果是读数据就传I2C_M_RD。
第三个成员就是读或者写的数据长度，第四个成员指向读写缓冲区的地址。这里又有需要注意的地方，I2C设备地址不算入数据长度中，但是寄存器地址要放入数据缓冲区中。
写数据的程序如下：
1 /**
2 * /brief I2C写数据
3 *
4 * /param[in] fd：I2C设备文件描述符
5 * /param[in] dev_addr：I2C设备地址
6 * /param[in] reg_addr：寄存器地址
7 * /param[in] data：指向希望写入的数据地址
8 * /param[in] len：希望写入的字节个数
9 *
10 * /retval 成功返回0，失败返回-1
11 *
12 * /note 该函数适用于8位从机地址，且寄存器地址只有1个字节的情况
13 */
14 int i2c_write(int fd, unsigned short dev_addr, unsigned char reg_addr, unsigned char* data, unsigned int len)
15 {
16 int ret = -1;
17 unsigned char buff[20] = { 0 };
18
19 buff[0] = reg_addr;
20 memcpy(&buff[1], data, len);
21
22 //写数据是1个msg
23 struct i2c_msg msg = {
24 .addr = dev_addr,
25 .flags = 0,
26 .len = len + 1,
27 .buf = buff,
28 };
29
30 struct i2c_rdwr_ioctl_data rdwr_msg = {
31 .msgs = &msg,
32 .nmsgs = 1,
33 };
34
35 ret = ioctl(fd, I2C_RDWR, &rdwr_msg);
36
37 return ret;
38 }
我们设想一个简单的数据写入过程，向某个8位寄存器写入一个字节时，在I2C总线上发生的事件依次是：起始信号→设备（写）地址→从机应答→寄存器地址→从机应答→要写入的数据→从机应答→停止信号。
假设，设备写地址为0xAE，寄存器地址为0x01，写入的数据为0x0F，那么代码如下：
buf[0] = 0xF0;
i2c_write(fd, MAX30100_DEV_ADDR, 0x01, buf, 1); //向0x01寄存器写入0xF0
用逻辑分析仪抓取到的波形为：
读数据的代码如下：
1 /**
2 * /brief I2C读数据
3 *
4 * /param[in] fd：I2C设备文件描述符
5 * /param[in] dev_addr：I2C设备地址
6 * /param[in] reg_addr：寄存器地址
7 * /param[out] data：存放读取到的数据
8 * /param[in] len：希望读取的字节个数
9 *
10 * /retval 成功返回0，失败返回-1
11 *
12 * /note 该函数适用于8位从机地址，且寄存器地址只有1个字节的情况
13 */
14 int i2c_read(int fd, unsigned short dev_addr, unsigned char reg_addr, unsigned char* data, unsigned int len)
15 {
16 int ret = -1;
17
18 //读数据有2个msg
19 struct i2c_msg msg[2] = {
20 {
21 .addr = dev_addr, //设备地址
22 .flags = 0, //标志，为0表示写数据
23 .len = 1, //要写的数据的长度
24 .buf = ®_addr, //要写的数据的地址
25 },
26 {
27 .addr = dev_addr, //设备地址
28 .flags = I2C_M_RD, //标志，I2C_M_RD表示主机向主机读数据
29 .len = len, //要读取的数据的长度
30 .buf = data, //读取的数据存放的地址
31 },
32 };
33
34 struct i2c_rdwr_ioctl_data rdwr_msg = {
35 .msgs = msg,
36 .nmsgs = 2,
37 };
38
39 ret = ioctl(fd, I2C_RDWR, &rdwr_msg);
40
41 return ret;
42 }
再设想一个简答的数据读出过程，从某个8位寄存器中读出一个字节时，在I2C总线上发生的事件依次是：起始信号→设备（写）地址→从机应答→寄存器地址→从机应答→起始信号→设备（读）地址→从机应答→从机发送寄存器中的数据→主机发送非应答→停止信号。
那么调用如下代码就可从寄存器0x01中读出数据：
i2c_read(fd, MAX30100_DEV_ADDR, 0x01, buf, 1); //从0x01寄存器读取数据
用逻辑分析仪抓取波形为：
从写数据和读数据的代码中可以看出，写数据需要一个msg，而读数据需要2个msg，可以这样去理解，一个ioctl会出现一次停止信号，一个msg会出现一次起始信号，在读取数据的过程中需要发送1个停止信号和2个起始信号，因此读数据的代码中有2个msg。
完整代码如下：
i2c.c
1 #include <stdio.h>
2 #include <sys/types.h>
3 #include <sys/stat.h>
4 #include <fcntl.h>
5 #include <unistd.h>
6 #include <string.h>
7 #include <stdlib.h>
8 #include <linux/i2c.h>
9 #include <linux/i2c-dev.h>
10 #include "i2c.h"
11
12
13 /**
14 * /brief I2C读数据
15 *
16 * /param[in] fd：I2C设备文件描述符
17 * /param[in] dev_addr：I2C设备地址
18 * /param[in] reg_addr：寄存器地址
19 * /param[in] data：指向希望写入的数据地址
20 * /param[in] len：希望写入的字节个数
21 *
22 * /retval 成功返回0，失败返回-1
23 */
24 int i2c_init(unsigned char* dev_path)
25 {
26 int fd = 0;
27
28 //打开IIC总线设备节点
29 fd = open(dev_path, O_RDWR);
30
31 return fd;
32 }
33
34 /**
35 * /brief I2C读数据
36 *
37 * /param[in] fd：I2C设备文件描述符
38 * /param[in] dev_addr：I2C设备地址
39 * /param[in] reg_addr：寄存器地址
40 * /param[in] data：指向希望写入的数据地址
41 * /param[in] len：希望写入的字节个数
42 *
43 * /retval 成功返回0，失败返回-1
44 *
45 * /note 该函数适用于8位从机地址，且寄存器地址只有1个字节的情况
46 */
47 int i2c_write(int fd, unsigned short dev_addr, unsigned char reg_addr, unsigned char* data, unsigned int len)
48 {
49 int ret = -1;
50 unsigned char buff[20] = { 0 };
51
52 buff[0] = reg_addr;
53 memcpy(&buff[1], data, len);
54
55 //写数据是1个msg
56 struct i2c_msg msg = {
57 .addr = dev_addr,
58 .flags = 0,
59 .len = len + 1,
60 .buf = buff,
61 };
62
63 struct i2c_rdwr_ioctl_data rdwr_msg = {
64 .msgs = &msg,
65 .nmsgs = 1,
66 };
67
68 ret = ioctl(fd, I2C_RDWR, &rdwr_msg);
69
70 return ret;
71 }
72
73 /**
74 * /brief I2C读数据
75 *
76 * /param[in] fd：I2C设备文件描述符
77 * /param[in] dev_addr：I2C设备地址
78 * /param[in] reg_addr：寄存器地址
79 * /param[out] data：存放读取到的数据
80 * /param[in] len：希望读取的字节个数
81 *
82 * /retval 成功返回0，失败返回-1
83 *
84 * /note 该函数适用于8位从机地址，且寄存器地址只有1个字节的情况
85 */
86 int i2c_read(int fd, unsigned short dev_addr, unsigned char reg_addr, unsigned char* data, unsigned int len)
87 {
88 int ret = -1;
89
90 //读数据有2个msg
91 struct i2c_msg msg[2] = {
92 {
93 .addr = dev_addr, //设备地址
94 .flags = 0, //标志，为0表示写数据
95 .len = 1, //要写的数据的长度
96 .buf = ®_addr, //要写的数据的地址
97 },
98 {
99 .addr = dev_addr, //设备地址
100 .flags = I2C_M_RD, //标志，I2C_M_RD表示主机向主机读数据
101 .len = len, //要读取的数据的长度
102 .buf = data, //读取的数据存放的地址
103 },
104 };
105
106 struct i2c_rdwr_ioctl_data rdwr_msg = {
107 .msgs = msg,
108 .nmsgs = 2,
109 };
110
111 ret = ioctl(fd, I2C_RDWR, &rdwr_msg);
112
113 return ret;
114 }
115
116
117 /**
118 * /brief 测试程序
119 */
120 #if 1
121 int main(int argc, const char *argv[])
122 {
123 char buf[16] = { 0 };
124 int fd = 0;
125
126 fd = i2c_init("/dev/i2c/0"); //初始化I2C设备
127 if (fd < 0) {
128 printf("i2c_init failed/n");
129 return 0;
130 }
131
132 //i2c_read(fd, MAX30100_DEV_ADDR, 0x01, buf, 1);
133
134 buf[0] = 0xF0;
135 i2c_write(fd, MAX30100_DEV_ADDR, 0x01, buf, 1); //向0x01寄存器写入0xF0
136
137 i2c_read(fd, MAX30100_DEV_ADDR, 0x01, buf, 1); //从0x01寄存器读取数据
138
139 return 0;
140 }
141 #endif
i2c.h
1 #ifndef __I2C_H 2 #define __I2C_H 3 4 #define MAX30100_DEV_ADDR 0x57 //定义MAX30100的设备地址 5 6 7 /** 8 * /brief I2C读数据 9 * 10 * /param[in] fd：I2C设备文件描述符 11 * /param[in] dev_addr：I2C设备地址 12 * /param[in] reg_addr：寄存器地址 13 * /param[in] data：指向希望写入的数据地址 14 * /param[in] len：希望写入的字节个数 15 * 16 * /retval 成功返回0，失败返回-1 17 */ 18 extern int i2c_init(unsigned char* dev_path); 19 20 /** 21 * /brief I2C读数据 22 * 23 * /param[in] fd：I2C设备文件描述符 24 * /param[in] dev_addr：I2C设备地址 25 * /param[in] reg_addr：寄存器地址 26 * /param[in] data：指向希望写入的数据地址 27 * /param[in] len：希望写入的字节个数 28 * 29 * /retval 成功返回0，失败返回-1 30 * 31 * /note 该函数适用于8位从机地址，且寄存器地址只有1个字节的情况 32 */ 33 extern int i2c_write(int fd, unsigned short dev_addr, unsigned char reg_addr, unsigned char* data, unsigned int len); 34 35 /** 36 * /brief I2C读数据 37 * 38 * /param[in] fd：I2C设备文件描述符 39 * /param[in] dev_addr：I2C设备地址 40 * /param[in] reg_addr：寄存器地址 41 * /param[out] data：存放读取到的数据 42 * /param[in] len：希望读取的字节个数 43 * 44 * /retval 成功返回0，失败返回-1 45 * 46 * /note 该函数适用于8位从机地址，且寄存器地址只有1个字节的情况 47 */ 48 extern int i2c_read(int fd, unsigned short dev_addr, unsigned char reg_addr, unsigned char* data, unsigned int len); 49 50 #endif
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