使用Beaglebone Black的I2C

本文我将使用BBB的I2C1读取气压传感器BMP085的值。

前言

首先说明,我使用的硬件外设是一个九轴加气压传感器模块,包括一个三轴陀螺仪芯片,一个三轴磁场传感器芯片,一个三轴加速度计芯片和一个气压传感器芯片。这4个芯片使用同一个I2C与BBB通信。

I2C是一种串行通讯方法,它只需要两根线就能实现通讯,一根时钟线SCL,一根数据线SDA。一般情况下这两根线都使用上拉电阻,同时把芯片的管脚设置成开漏输出(简单理解开漏输出的含义就是:让它输出低电平时,它能输出低电平;而让它输出高电平时,它就断路,什么也不输出,由外接电平决定这个引脚的电平)。如果芯片内部带有上拉电阻(比如BBB的芯片就自带上拉电阻),那不外接上拉也可以。

BBB系统自带了一个Linux下的I2C工具i2c-tools,非常好用,下文以i2c开头的命令都是这个工具包里的,如果你的系统里没有的话,可以搜索并下载i2c-tools工具包。

BBB上有两个可用的I2C,i2c-0和i2c-1,分别对应header上的I2C1和I2C2(总是这么混乱= =)。我们这里使用i2c-1,对应的header是P9_19和P9_20。我怎么知道它有两个可用的I2C呢?使用命令 i2cdetect -l 就可以看到

i2c-0	i2c       	OMAP I2C adapter                	I2C adapter
i2c-1	i2c       	OMAP I2C adapter                	I2C adapter


OK,下面开始操作。

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Step 1.检查引脚功能配置

首先确认一下i2c-1对应的IO口复用功能是否正确(BBB默认就是正确的,所以无需进行配置)。查表得,P9_19和P9_20分别对应95和94号引脚。

mode

输入命令

# cat /sys/kernel/debug/pinctrl/44e10800.pinmux/pins | grep 97c

上述命令把pins这个文件中包含97c的内容输出(97c是表中看到的引脚地址),得到95号引脚的功能和复用寄存器值

pin 95 (44e1097c) 00000073 pinctrl-single


95号引脚的功能寄存器值是0x00000073,化成2进制是1110011,其含义是:启用功能3(即I2C2_SCL),使能上下拉,开启上拉(所以我们可以不必外接上拉电阻了),使能输入,高速模式。同样可以检查94号引脚,也是0x00000073。

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Step 2.查找i2c设备的地址

(此时我们还没有插入设备)使用命令# i2cdetect -y -r 1 ,可以查看i2c设备地址。其中 -y 选项用来屏蔽讨厌的确认环节,-r 是因为AM3359不支持一种叫做Quick Write的东东,1 代表我们要查看i2c-1总线上的设备(也就是P9_19和P9_20上插着的设备)。输出如下

     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- UU UU UU UU -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --


这里的地址都是16进制表示的。–代表该地址没有设备,UU代表这个地址正忙(也许被内部资源占用了,见图中的0x54到0x57这4个地址)。下面我把i2c设备插上以后再执行命令,输出变成了

     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1e --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- 53 UU UU UU UU -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- 69 -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- 77


会发现多出了4个地址:0x1e,0x53,0x69和0x77。因为我接入的模块上包含4个芯片,所以这个总线上显示了4个地址。通过读芯片手册得知气压计对应的是0x77这个地址。这一步就完成了。

需要补充说明的是,这里显示的是i2c设备的地址(1110111b=0x77),i2c的设备地址只有7位,最高位当做0。而读/写地址则在最低位增加一个1/0(11101111b / 11101110b),这使得读写地址与设备地址看起来很不相同。

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Step 3.查看和修改设备的寄存器值

输入命令# i2cdump -y 1 0x77,我们可以查看设备的寄存器值,其中 -y 还是屏蔽确认环节,1 还是代表查看i2c-1总线,0x77是要查询的设备地址。

     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f    0123456789abcdef
00: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
10: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
20: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
30: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
40: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
50: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
60: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
70: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
80: a5 94 4d 19 b3 27 38 43 8a 2a 1e 05 fb af c7 6e    ??M??'8C?*?????n
90: 84 df 5f b0 56 5a 15 7a 00 3a 80 00 d4 bd 09 80    ??_?VZ?z.:?.????
a0: a5 94 4d 19 b3 27 38 43 8a 2a 1e 05 fb af c7 6e    ??M??'8C?*?????n
b0: 84 df 5f b0 56 5a 15 7a 00 3a 80 00 d4 bd 09 80    ??_?VZ?z.:?.????
c0: 00 00 bc 33 00 00 00 00 00 00 00 10 00 00 00 03    ..?3.......?...?
d0: 55 02 06 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    U??.............
e0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
f0: 00 00 00 00 00 00 80 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ......?.........


这里用16进制显示了每个寄存器的值,具体哪个寄存器是干嘛的,就得查阅芯片的数据手册了。

如果想取出某个特定寄存器的值,比如0x80寄存器,可以使用命令 i2cget -y 1 0x77 0x80 实现。如果想向某个寄存器写入值,可使用命令 i2cset -y 1 0x69 0x20 0x0f 实现(向i2c-1总线上,设备地址为0x69,寄存器地址为0x20处写入值0x0f)。

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Step 4.使用BMP085驱动读取气压值

很巧的是,BBB自带了BMP085气压芯片的驱动,所以我们可以更方便地读取气压值。

# echo bmp085 0x77 > /sys/class/i2c-adapter/i2c-1/new_device

加载成功后使用如下命令就可以读取气压值了

# cat sys/bus/i2c/drivers/bmp085/1-0077/pressure0_input

使用完毕以后,我们可以用如下命令从驱动中卸载这个i2c设备

# echo 0x77 > /sys/class/i2c-adapter/i2c-1/delete_device

想查看加载或卸载是否成功的话,可以输入如下命令

# dmesg | grep bmp

你应该会看到类似下面的输出

[ 6428.602566] i2c i2c-1: new_device: Instantiated device bmp085 at 0x77
[ 6428.633419] bmp085 1-0077: Successfully initialized bmp085!
[ 6436.479407] i2c i2c-1: delete_device: Deleting device bmp085 at 0x77

===========================================================================
但是BBB没有带其他芯片的驱动,我暂时还不知道如何自己写驱动。更奇怪的是我查看其他设备地址的寄存器,得到很诡异的输出。

比如# i2cdump -y 1 0x69 c时:

     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f    0123456789abcdef
00: c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4    ????????????????
10: c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4    ????????????????
20: c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4    ????????????????
30: c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4    ????????????????
40: c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4    ????????????????
50: c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4    ????????????????
60: c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4    ????????????????
70: c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4    ????????????????
80: c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4    ????????????????
90: c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4    ????????????????
a0: c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4    ????????????????
b0: c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4    ????????????????
c0: c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4    ????????????????
d0: c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4    ????????????????
e0: c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4    ????????????????
f0: c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4 c4    ????????????????

===========================================================================
更新解答上面的问题。

是输出模式的原因。# i2cdump -y 1 0x69 c命令中的c代表连续字节输出。把它去掉,用默认的字节输出模式就可以了。

     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f    0123456789abcdef
00: c4 66 a5 cc 4c d0 89 c1 c2 e0 24 18 3b 87 00 d3    ?f??L?????$?;?.?
10: 44 b5 22 04 0c 80 40 60 1a 11 ee 90 83 01 85 83    D?"???@`????????
20: 07 00 00 00 00 00 00 00 00 f0 fb 06 ce fc 00 20    ?........?????. 
30: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
40: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
50: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
60: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
70: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
80: c4 66 a5 cc 4c d0 89 c1 c2 e0 24 18 3b 87 00 d3    ?f??L?????$?;?.?
90: 44 b5 22 04 0c 80 40 60 1a 11 ee 90 83 01 85 83    D?"???@`????????
a0: 07 00 00 00 00 00 00 00 00 f0 fb 06 ce fc 00 20    ?........?????. 
b0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
c0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
d0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
e0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
f0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................

再多说两句,这个设备是L3G4200D三轴陀螺仪,通过查芯片手册得知,0x20寄存器的第4位是芯片使能,现在0x20寄存器的值是0x07,即00000111b,我要把它变成00001111b,即0x0f,输入命令i2cset -y 1 0x69 0x20 0x0f

     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f    0123456789abcdef
00: c4 66 a5 cc 4c d0 89 c1 c2 e0 24 18 3b 87 00 d3    ?f??L?????$?;?.?
10: 44 b5 22 04 0c 80 40 60 1a 11 ee 90 83 01 85 83    D?"???@`????????
20: 0f 00 00 00 00 00 1d ff 33 00 d5 ff fc ff 00 20    ?.....?.3.?.?.. 
30: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
40: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
50: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
60: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
70: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
80: c4 66 a5 cc 4c d0 89 c1 c2 e0 24 18 3b 87 00 d3    ?f??L?????$?;?.?
90: 44 b5 22 04 0c 80 40 60 1a 11 ee 90 83 01 85 83    D?"???@`????????
a0: 0f 00 00 00 00 00 1d ff 52 00 f7 ff 24 00 00 20    ?.....?.R.?.$.. 
b0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
c0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
d0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
e0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ................
f0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00    ............….


就成功使能陀螺仪了。根据芯片手册,0x28到0x2d这6个寄存器存放的是三轴角速度的值,所以我们比较上面两次i2cdump的结果会发现,这几个寄存器是有变化的,说明芯片正常工作了。

参考文章

http://elinux.org/Beagleboard:BMP_on_the_Beagle_Bone_Black
和《花点时间让你彻底搞懂I2C总线》这篇文章。

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