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Linux系统驱动之使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析

2023-09-27 15:43| 来源: 网络整理| 查看: 265

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使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析

参考资料:

i2c_spec.pdfLinux文档 Linux-5.4\Documentation\devicetree\bindings\i2c\i2c-gpio.yamlLinux-4.9.88\Documentation\devicetree\bindings\i2c\i2c-gpio.txtLinux驱动源码 Linux-5.4\drivers\i2c\busses\i2c-gpio.cLinux-4.9.88\drivers\i2c\busses\i2c-gpio.c1. 回顾I2C协议1.1 硬件连接

I2C在硬件上的接法如下所示,主控芯片引出两条线SCL,SDA线,在一条I2C总线上可以接很多I2C设备,我们还会放一个上拉电阻(放一个上拉电阻的原因以后我们再说)。

在这里插入图片描述在这里插入图片描述1.2 I2C信号

I2C协议中数据传输的单位是字节,也就是8位。但是要用到9个时钟:前面8个时钟用来传输8数据,第9个时钟用来传输回应信号。传输时,先传输最高位(MSB)。

开始信号(S):SCL为高电平时,SDA山高电平向低电平跳变,开始传送数据。结束信号(P):SCL为高电平时,SDA由低电平向高电平跳变,结束传送数据。响应信号(ACK):接收器在接收到8位数据后,在第9个时钟周期,拉低SDASDA上传输的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定,SDA上的数据只能在SCL为低电平期间变化

I2C协议信号如下:

在这里插入图片描述在这里插入图片描述1.3 协议细节 如何在SDA上实现双向传输? 主芯片通过一根SDA线既可以把数据发给从设备,也可以从SDA上读取数据,连接SDA线的引脚里面必然有两个引脚(发送引脚/接受引脚)。 主、从设备都可以通过SDA发送数据,肯定不能同时发送数据,怎么错开时间? 在9个时钟里, 前8个时钟由主设备发送数据的话,第9个时钟就由从设备发送数据; 前8个时钟由从设备发送数据的话,第9个时钟就由主设备发送数据。 双方设备中,某个设备发送数据时,另一方怎样才能不影响SDA上的数据? 设备的SDA中有一个三极管,使用开极/开漏电路(三极管是开极,CMOS管是开漏,作用一样),如下图: 在这里插入图片描述在这里插入图片描述

真值表如下:

在这里插入图片描述在这里插入图片描述

从真值表和电路图我们可以知道:

当某一个芯片不想影响SDA线时,那就不驱动这个三极管想让SDA输出高电平,双方都不驱动三极管(SDA通过上拉电阻变为高电平)想让SDA输出低电平,就驱动三极管

从下面的例子可以看看数据是怎么传的(实现双向传输)。 举例:主设备发送(8bit)给从设备

前8个clk 从设备不要影响SDA,从设备不驱动三极管主设备决定数据,主设备要发送1时不驱动三极管,要发送0时驱动三极管 第9个clk,由从设备决定数据 主设备不驱动三极管从设备决定数据,要发出回应信号的话,就驱动三极管让SDA变为0从这里也可以知道ACK信号是低电平

从上面的例子,就可以知道怎样在一条线上实现双向传输,这就是SDA上要使用上拉电阻的原因。

为何SCL也要使用上拉电阻? 在第9个时钟之后,如果有某一方需要更多的时间来处理数据,它可以一直驱动三极管把SCL拉低。 当SCL为低电平时候,大家都不应该使用IIC总线,只有当SCL从低电平变为高电平的时候,IIC总线才能被使用。 当它就绪后,就可以不再驱动三极管,这是上拉电阻把SCL变为高电平,其他设备就可以继续使用I2C总线了。

2. 使用GPIO模拟I2C的要点引脚设为GPIOGPIO设为输出、开极/开漏(open collector/open drain)要有上拉电阻3. 驱动程序分析3.1 平台总线设备驱动模型在这里插入图片描述在这里插入图片描述3.2 设备树

对于GPIO引脚的定义,有两种方法:

老方法:gpios新方法:sda-gpios、scl-gpios在这里插入图片描述在这里插入图片描述3.3 驱动程序分析1. I2C-GPIO驱动层次在这里插入图片描述在这里插入图片描述2. 传输函数分析

看视频分析i2c_outb函数:drivers\i2c\algos\i2c-algo-bit.c

在这里插入图片描述在这里插入图片描述4. 怎么使用I2C-GPIO

设置设备数,在里面添加一个节点即可,示例代码看上面:

compatible = “i2c-gpio”; 使用pinctrl把 SDA、SCL所涉及引脚配置为GPIO、开极 可选 指定SDA、SCL所用的GPIO 指定频率(2种方法): i2c-gpio,delay-us = ; /* ~100 kHz */clock-frequency = ; #address-cells = ; #size-cells = ; i2c-gpio,sda-open-drain: 它表示其他驱动、其他系统已经把SDA设置为open drain了在驱动里不需要在设置为open drain如果需要驱动代码自己去设置SDA为open drain,就不要提供这个属性 i2c-gpio,scl-open-drain: 它表示其他驱动、其他系统已经把SCL设置为open drain了在驱动里不需要在设置为open drain如果需要驱动代码自己去设置SCL为open drain,就不要提供这个属性


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