Linux应用开发第十二章I2C编程应用开发
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12 I2C编程应用开发
I2C（Inter-Integrated Circuit BUS）是I2C BUS简称，中文为集成电路总线，是目前应用最广泛的总线之一。和IMX6ULL有些相关的是，刚好该总线是NXP前身的PHILIPS设计。
12.1 I2C协议
12.1.1 概述
I2C是一种串行通信总线，使用多主从架构，最初设计目的为了让主板、嵌入式系统或手机用来连接低速周边设备。多用于小数据量的场合，有传输距离短，任意时刻只能有一个主机等特性。严格意义上讲，I2C应该是软硬件结合体，所以我们将分物理层和协议层来介绍该总线。
I2C总线结构如下图：
传输数据时，我们需要发数据，从主设备发送到从设备上去；也需要把数据从从设备传送到主设备上去，数据涉及到双向传输。
对于I2C通信的过程，下面使用一个形象的生活例子进行类比。
体育老师：可以把球发给学生，也可以把球从学生中接过来。
① 发球：
- a. 老师说：注意了(start)；
- b. 老师对A学生说，我要球发给你(A就是地址)；
- c. 老师就把球发出去了（传输）；
- d. A收到球之后，应该告诉老师一声（回应）；
- e. 老师说下课（停止）。
② 接球：
-
a. 老师说注意了(start)；
-
b. 老师说：B把球发给我(B是地址)；
-
c. B就把球发给老师（传输）；
-
d. 老师收到球之后，给B说一声，表示收到球了（回应）；
-
e. 老师说下课（停止）。
我们就使用这个简单的例子，来解释一下I2C的传输协议：
① 老师说注意了，表示开始信号(start)
② 老师告诉某个学生，表示发送地址(address)
③ 老师发球/接球，表示数据的传输
④ 老师/学生收到球，回应表示：回应信号(ACK)
⑤ 老师说下课，表示I2C传输接受§
12.2.2 物理层
1) 特性1：半双工（非全双工）
I2C总线中只使用两条线路：SDA、SCL。
① SDA(串行数据线):
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。在I2C设备内部有两个引脚（发送引脚/接受引脚），它们都连接到外部的SDA线上，具体可以参考下图device端里面的I2Cn_SDA(output/input)。
② SCL(串行时钟线)：
I2C主设备发出时钟，从设备接收时钟。
SDA和SCL引脚的内部电路结构一致，引脚的输出驱动与输入缓冲连在一起。其中输出为漏极开路的场效应管、输入缓冲为一只高输入阻抗的同相器。这样结构有如下特性：
a. 由于 SDA、SCL 为漏极开路结构，借助于外部的上拉电阻实现了信号的“线与”逻辑；
b. 引脚在输出信号的同时还作用输入信号供内部进行检测，当输出与输入不一致时，就表示有问题发生了。这为 “时钟同步”和“总线仲裁”提供硬件基础。
SDA和CLK连接线上连有两个上拉电阻，当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低。
物理层连接如下图所示：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-kyu89PWq-1639020220827)(http://photos.100ask.net/NewHomeSite/IIC_Image003.png)]
2) 特性2：地址和角色可配置
每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和其它器件通信，主机/从机角色和地址可配置，主机可以作为主机发送器和主机接收器。
3) 特性3：多主机
I2C是真正的多主机总线，I2C设备可以在通讯过程转变成主机。如果两个或更多的主机同时请求总线，可以通过冲突检测和仲裁防止总线数据被破坏。
4) 特性4：传输速率
传输速率在标准模式下可以达到100kb/s，快速模式下可以达到400kb/s。
5) 特性5：负载和距离
节点的最大数量受限于地址空间以及总线电容决定，另外总电容也限制了实际通信距离只有几米。
12.2.3 协议层
1) 数据有效性
I2C协议的数据有效性是靠时钟来保证的，在时钟的高电平周期内，SDA线上的数据必须保持稳定。数据线仅可以在时钟SCL为低电平时改变。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-WQhqSPjW-1639020220828)(http://photos.100ask.net/NewHomeSite/IIC_Image004.png)]
2) 起始和结束条件
**起始条件：**当SCL为高电平的时候，SDA线上由高到低的跳变被定义为起始条件。
**结束条件：**当SCL为高电平的时候，SDA线上由低到高的跳变被定义为停止条件。
要注意起始和终止信号都是由主机发出的，连接到I2C总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，则很容易检测到起始和终止信号。
总线在起始条件之后，视为忙状态，在停止条件之后被视为空闲状态。
3) 应答
每当主机向从机发送完一个字节的数据，主机总是需要等待从机给出一个应答信号，以确认从机是否成功接收到了数据，从机应答主机所需要的时钟仍是主机提供的，应答出现在每一次主机完成8个数据位传输后紧跟着的时钟周期，低电平0表示应答，1表示非应答。
4) 数据帧格式
SDA线上每个字节必须是8位长，在每个传输(transfer)中所传输字节数没有限制，每个字节后面必须跟一个ACK。8位数据中，先传输最高有效位（MSB）传输。
12.2 在linux系统下操作I2C总线的外设
12.2.1 概述
下图是在linux系统环境里操作i2c总线上的外设流程框图。我们按照从下向上的顺序研究一下该流程中各个角色的功能。
在硬件层中，I2C硬件总线只有两条线路，上面可以挂载多个I2C-device，这些I2C-device有的在I2C总线里充当主机的角色，一般情况该主机为板子上的主cpu中的I2C控制器，比如我们用的100ask_imx6UL板子，这个I2C主机就是imx6中的I2C控制器模块；其他的I2C-device在I2C总线里充当从机的角色，通常这些从机是板子上完成特定功能的传感器外设，只不过该外设与主控cpu的通信方式是只需要两条线路的I2C总线，比如在我们的100ask_imx6UL板子中就有eeprom和AP3216两个外设，它们在I2C总线中充当的都是I2C从机的角色，它们和主控芯片imx6中的I2C控制器1都是以并联的方式挂在这个I2C总线上。
在内核中，驱动程序对下要完成I2C总线上的I2C通信协议，收集硬件传感器的I2C数据并封装成标准的linux操作接口供用户空间的应用程序操作。对上要实现可以通过linux程序把数据流组织成I2C协议下发到硬件层的相应的外设传感器中。
在用户空间的应用程序中，应用工程师完全可以不必理会I2C协议的详细规定。只需要按照驱动层提供给我们的操作I2C外设的操作接口函数就可以像操作linux中其他普通设备文件那样轻松的操作I2C外设了。
12.2.2 简述I2C的linux驱动
I2C在linux内核层的驱动框架主要由三部分组成：
1) I2C核心层：
I2C核心提供了I2C总线驱动和设备驱动的注册、注销方法，I2C通信方法(algorithm)的上层部分，并且还提供了一系列与具体硬件平台无关的接口函数以及探测设备，检测设备地址的上层代码等。它位于内核源码目录下的drivers/i2c/i2c-core.c文件中，是I2C总线驱动和设备驱动之间依赖于I2C核心作为纽带。
I2C核心中的主要函数包括：
增加/删除i2c_adapter
int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter *adap);
int i2c_del_adapter(struct i2c_adapter *adap);
增加/删除i2c_driver
int i2c_register_driver(struct module *owner, struct i2c_driver *driver);
int i2c_del_driver(struct i2c_driver *driver);
inline int i2c_add_driver(struct i2c_driver *driver);
i2c_client依附/脱离
int i2c_attach_client(struct i2c_client *client);
int i2c_detach_client(struct i2c_client *client);
i2c传输、发送和接收
int i2c_transfer(struct i2c_adapter * adap, struct i2c_msg *msgs, int num);
用于进行I2C适配器和I2C设备之间的一组消息交互。其本身不具备驱动适配器物理硬件完成消息交互的能力，它只是寻找到i2c_adapter对应的i2c_algorithm，并使用i2c_algorithm的master_xfer()函数真正驱动硬件流程。
int i2c_master_send(struct i2c_client *client,const char *buf ,int count);
int i2c_master_recv(struct i2c_client *client, char *buf ,int count);
i2c_master_send()和i2c_master_recv()函数内部会调用i2c_transfer()函数分别完成一条写消息和一条读消息。
a） I2C控制命令分派
下面函数有助于将发给I2C适配器设备文件ioctl的命令分派给对应适配器的algorithm的algo_control()函数或i2c_driver的command()函数：
int i2c_control(struct i2c_client *client, unsigned int cmd, unsigned long arg);
void i2c_clients_command(struct i2c_adapter *adap, unsigned int cmd, void *arg);
2) I2C总线驱动层：
I2C总线驱动是对I2C硬件体系结构中适配器端的实现，适配器可由CPU控制，甚至可以直接集成在CPU内部。
它主要完成的功能有：
a） 初始化I2C适配器所使用的硬件资源，申请I/O地址、中断号等。
b） 通过i2c_add_adapter()添加i2c_adapter的数据结构，当然这个i2c_adapter数据结构的成员已经被xxx适配器的相应函数指针所初始化。
c） 释放I2C适配器所使用的硬件资源，释放I/O地址、中断号等。
d） 通过i2c_del_adapter()删除i2c_adapter的数据结构。
3) I2C总线驱动层：
I2C设备驱动(也称为客户驱动)是对I2C硬件体系结构中设备端的实现，设备一般挂接在受CPU控制的I2C适配器上，通过I2C适配器与CPU交换数据。I2C设备驱动模块加载函数通用的方法是在I2C设备驱动模块加载函数中完成两件事：通过register_chrdev()函数将I2C设备注册为一个字符设备。通过I2C核心的i2c_add_driver()函数添加i2c_driver。
12.3 在linux应用层使用I2C
前面我们讲解了I2C的协议及在linux驱动框架，那么当你拿到开发板或者是从公司的硬件同事拿到一个带有I2C外设的板子，我们应该如何最快速的使用起来这个I2C设备呢？既然我们总是说这个I2C总线在嵌入式开发中被广泛的使用，那么是否有现成的测试工具帮我们完成这个快速使用板子的I2C设备呢？答案是有的，而且这个测试工具的代码还是开源的，它被广泛的应用在linux应用层来快速验证I2C外设是否可用，为我们测试I2C设备提供了很好的捷径。
12.3.1 如何使用I2C tools测试I2C外设
1) I2C tools概述：
I2C tools包含一套用于Linux应用层测试各种各样I2C功能的工具。它的主要功能包括：总线探测工具、SMBus访问帮助程序、EEPROM解码脚本、EEPROM编程工具和用于SMBus访问的python模块。只要你所使用的内核中包含I2C设备驱动，那么就可以在你的板子中正常使用这个测试工具。
2) 下载I2C tools源码：
前面我们已经说过了这个I2C tools工具是开源的，那么这个源码在哪里可以找到呢？
下载方法一：直接在内核的网站https://mirrors.edge.kernel.org/pub/software/utils/i2c-tools/下载I2C tools代码的压缩包。
下载方法二：利用git管理工具下载这个I2C tools的源代码，命令为git clone git://git.kernel.org/pub/scm/utils/i2c-tools/i2c-tools.git强烈建议读者采用第二种方法下载这个代码，因为你可以通过git快速地了解这个开源代码的不同版本的功能改进及bug修复，而且使用git开发也是作为一名优秀的开发人员必备的一项技能。
3) 编译I2C tools源码：
进入刚才利用git下载好的iic-tools源码目录，修改编译工具为你当前使用的交叉编译工具：
26 CC ?= arm-linux-gnueabihf-gcc
27 AR ?= arm-linux-gnueabihf-ar
编译源码：如果你想编译静态版本，你可以输入命令：make USE_STATIC_LIB=1；如果使用动态库的话，可以直接输入make进行编译。安装命令为：make install,如果你想要让最后生成的二进制文件最小的话，可以在“make install”之前运行“make strip”。但是，这将不能生成任何调试库，也就不能尝试进一步调试。然后将tools目录下的5个可执行文件i2cdetect，i2cdump，i2cget，i2cset和i2ctransfer复制到板子的/usr/sbin/中；将lib目录下的libi2c.so.0.1.1文件复制到板子的/usr/lib/libi2c.so.0。之后别忘了将上面的文件修改为可执行的权限。
4) 介绍I2C tools各功能之—i2cdetect
i2cdetect的主要功能就是I2C设备查询，它用于扫描I2C总线上的设备。它输出一个表，其中包含指定总线上检测到的设备的列表。
该命令的常用格式为：i2cdetect [-y] [-a] [-q|-r] i2cbus [first last]。具体参数的含义如下：
| -y | 取消交互模式。默认情况下，i2cdetect将等待用户的确认， 当使用此标志时，它将直接执行操作。 |
|---|---|
| -a | 强制扫描非规则地址。一般不推荐。 |
| -q | 使用SMBus“快速写入”命令进行探测。一般不推荐。 |
| -r | 使用SMBus“接收字节”命令进行探测。一般不推荐。 |
| -F | 显示适配器实现的功能列表并退出。 |
| -V | 显示I2C工具的版本并推出。 |
| -l | 显示已经在系统中使用的I2C总线。 |
| i2cbus | 表示要扫描的I2C总线的编号或名称。 |
| first last | 表示要扫描的从设备地址范围。 |
该功能的常用方式：
第一，先通过i2cdetect -l查看当前系统中的I2C的总线情况：
第二，若总线上挂载I2C从设备，可通过i2cdetect扫描某个I2C总线上的所有设备。可通过控制台输入i2cdetect -y 1：（其中"–"表示地址被探测到了，但没有芯片应答； "UU"因为这个地址目前正在被一个驱动程序使用，探测被省略；而16进制的地址号60，1e和50则表示发现了一个外部片选从地址为0x60，0x1e（AP3216）和0x50(eeprom)的外设芯片。
第三，查询I2C总线1 (I2C -1)的功能，命令为i2cdetect -F 1：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-pCijYzNc-1639020220832)(http://photos.100ask.net/NewHomeSite/IIC_Image011.png)]
5) 介绍I2C tools各功能之—i2cget
i2cget的主要功能是获取I2C外设某一寄存器的内容。该命令的常用格式为：
i2cget [-f] [-y] [-a] i2cbus chip-address [data-address [mode]]。具体参数的含义如下：
| -f | 强制访问设备，即使它已经很忙。 默认情况下，i2cget将拒绝访问 已经在内核驱动程序控制下的设备。 |
|---|---|
| -y | 取消交互模式。默认情况下，i2cdetect将等待用户的确认，当使用此 标志时，它将直接执行操作。 |
| -a | 允许在0x00 - 0x07和0x78 - 0x7f之间使用地址。一般不推荐。 |
| i2cbus | 表示要扫描的I2C总线的编号或名称。这个数字应该与i2cdetect -l列出 的总线之一相对应。 |
| chip-address | 要操作的外设从地址。 |
| data-address | 被查看外设的寄存器地址。 |
| mode | 显示数据的方式： b (read byte data, default) w (read word data) c (write byte/read byte) |
下面是完成读取0总线上从地址为0x50的外设的0x10寄存器的数据，命令为：
i2cget -y -f 0 0x50 0x10
6) 介绍I2C tools各功能之—i2cdump
i2cdump的主要功能查看I2C从设备器件所有寄存器的值。 该命令的常用格式为：i2cdump [-f] [-r first-last] [-y] [-a] i2cbus address [mode [bank [bankreg]]]。具体参数的含义如下：
| -f | 强制访问设备，即使它已经很忙。 默认情况下，i2cget将拒绝访问已经在 内核驱动程序控制下的设备。 |
|---|---|
| -r | 限制正在访问的寄存器范围。 此选项仅在模式b，w，c和W中可用。对于 模式W，first必须是偶数，last必须是奇数。 |
| -y | 取消交互模式。默认情况下，i2cdetect将等待用户的确认，当使用此标志 时，它将直接执行操作。 |
| -V | 显示I2C工具的版本并推出。 |
| i2cbus | 表示要扫描的I2C总线的编号或名称。这个数字应该对应于i2cdetect -l列 出的总线之一。 |
| first last | 表示要扫描的从设备地址范围。 |
| mode | b: 单个字节 w：16位字 s：SMBus模块 i：I2C模块的读取大小 c: 连续读 取所有字节，对于具有地址自动递增功能的芯片（如EEPROM）非常有用。 W与 w类似，只是读命令只能在偶数寄存器地址上发出;这也是主要用于EEPROM的。 |
下面是完成读取0总线上从地址为0x50的eeprom的数据，命令为：
i2cdump -f -y 0 0x50
7) 介绍I2C tools各功能之—i2cset
i2cset的主要功能是通过I2C总线设置设备中某寄存器的值。该命令的常用格式为：
i2cset [-f] [-y] [-m mask] [-r] i2cbus chip-address data-address [value] …[mode]
具体参数的含义如下：
| -f | 强制访问设备，即使它已经很忙。 默认情况下，i2cget将拒绝访问已 经在内核驱动程序控制下的设备。 |
|---|---|
| -r | 在写入值之后立即读取它，并将结果与写入的值进行比较。 |
| -y | 取消交互模式。默认情况下，i2cdetect将等待用户的确认，当使用此标 志时，它将直接执行操作。 |
| -V | 显示I2C工具的版本并推出。 |
| i2cbus | 表示要扫描的I2C总线的编号或名称。这个数字应该对应于i2cdetect -l列 出的总线之一。 |
| -m mask | 如果指定mask参数，那么描述哪些value位将是实际写入data-addres的。 掩码中设置为1的位将从值中取出，而设置为0的位将从数据地址中读取，从 而由操作保存。 |
| mode | b: 单个字节 w：16位字 s：SMBus模块 i：I2C模块的读取大小 c: 连续读 取所有字节，对于具有地址自动递增功能的芯片（如EEPROM）非常有用。 W与 w类似，只是读命令只能在偶数寄存器地址上发出;这也是主要用于 EEPROM的。 |
下面是完成向0总线上从地址为0x50的eeprom的0x10寄存器写入0x55，命令为：
i2cset -y -f 0 0x50 0x10 0x55
然后用i2cget读取0总线上从地址为0x50的eeprom的0x10寄存器的数据，命令为：i2cget -y -f 0 0x50 0x10
8) 介绍I2C tools各功能之—i2ctransfer
i2ctransfer的主要功能是在一次传输中发送用户定义的I2C消息。i2ctransfer是一个创建I2C消息并将其合并为一个传输发送的程序。对于读消息，接收缓冲区的内容被打印到stdout，每个读消息一行。
该命令的常用格式为：i2ctransfer [-f] [-y] [-v] [-a] i2cbus desc [data] [desc [data]]
具体参数的含义如下：
| -f | 强制访问设备，即使它已经很忙。 默认情况下，i2cget将拒绝访问已 经在内核驱动程序控制下的设备。 |
|---|---|
| -y | 取消交互模式。默认情况下，i2cdetect将等待用户的确认，当使用此 标志时，它将直接执行操作。 |
| -v | 启用详细输出。它将打印所有信息发送，即不仅为读消息，也为写消息。 |
| -V | 显示I2C工具的版本并推出。 |
| -a | 允许在0x00 - 0x02和0x78 - 0x7f之间使用地址。一般不推荐。 |
| i2cbus | 表示要扫描的I2C总线的编号或名称。这个数字应该对应于i2cdetect -l 列出的总线之一。 |
下面是完成向0总线上从地址为0x50的eeprom的0x20开始的4个寄存器写入0x01，0x02，0x03，0x04命令为：i2ctransfer -f -y 0 w5@0x50 0x20 0x01 0x02 0x03 0x04然后再通过命令i2ctransfer -f -y 0 w1@0x50 0x20 r4将0x20地址的4个寄存器数据读出来，见下图：
12.3.2 在linux应用程序中读写I2C外设
首先通过前面的介绍，我们已经知道站在cpu的角度来看，操作I2C外设实际上就是通过控制cpu中挂载该I2C外设的I2C控制器，而这个I2C控制器在linux系统中被称为“I2C适配器”，这个已经在驱动简介中介绍过了。而且众所周知，在linux系统中，每一个设备都是以文件的形式存在的，所以在linux中操作I2C外设就变成了操作I2C适配器设备文件。Linux系统（也就是内核）为每个I2C适配器生成了一个主设备号为89的设备节点（次设备号为0-255），它并没有针对特定的I2C外设而设计，只是提供了通用的read(),write(),和ioctl()等文件操作接口，在用户空间的应用层就可以借用这些接口访问挂接在适配器上的I2C设备的存储空间或寄存器，并控制I2C设备的工作方式。
操作流程：
1) 确定I2C适配器的设备文件节点
i2c适配器的设备节点是/dev/i2c-x，其中x是数字。由于适配器编号是动态分配的（和注册次序有关），所以想了解哪一个适配器对应什么编号，可以查看/sys/class/i2c-dev/目录下的文件内容（在这里笔者强烈建议读者好好利用好sys文件系统）：
cat /sys/class/i2c-dev/i2c-0/name
cat /sys/class/i2c-dev/i2c-1/name
然后查看硬件原理图中eeprom是挂在cpu的i2c1控制器中了，然后查看IMX6UL芯片手册中I2C1的寄存器地址为21A_0000。
比对后，我们就很容易知道eeprom外设对应的I2C控制器的设备节点为：/dev/i2c-0。
2) 打开适配器对应的设备节点
当用户打开适配器设备节点的时候，Kernel中的i2c-dev代码为其建立一个i2c_client，但是这个i2c_client并不加到i2c_adapter的client链表当中。当用户关闭设备节点时，它自动被释放。
3) IOCTL控制
这个可以参考内核源码中的include/linux/i2c-dev.h文件。下面举例说明主要的IOCTL命令：
| I2C_SLAVE_FORCE | 设置I2C从设备地址（只有在该地址空闲的情况下成功） |
|---|---|
| I2C_SLAVE_FORCE | 强制设置I2C从设备地址（无论内核中是否已有驱动在使用 这个地址都会成功） |
| I2C_TENBIT | 选择地址位长: 0 表示是7bit地址 ； 不等于0 就是10 bit的 地址。只有适配器支持I2C_FUNC_10BIT_ADDR，这个请求才是有效的。 |
| I2C_FUNCS | 获取适配器支持的功能，详细的可以参考文件include/linux/i2c.h |
| I2C_RDWR | 设置为可读写 |
| I2C_RETRIES | 设置收不到ACK时的重试次数 |
| I2C_TIMEOUT | 设置超时的时限 |
4) 使用I2C协议和设备进行通信
代码为：ioctl(file,I2C_RDWR,(struct i2c_rdwr_ioctl_data *)msgset); 它可以进行连续的读写，中间没有间歇。只有当适配器支持I2C_FUNC_I2C此命令才有效。参数msgset是一个指针，指向一个i2c_rdwr_ioctl_data类型的结构体，该结构体的功能就是让应用程序可以向内核传递消息，其成员包括：struct i2c_msg __ user *msgs; 和表示i2c_msgs 个数的 __u32 nmsgs，它也决定了在硬件I2C总线的硬件通信中有多少个开始信号。由于I2C适配器与外设通信是以消息为单位的，所以struct i2c_msg对我们来说是非常重要的，它可以包含多条消息，而一条消息有可能包含多个数据，比如对于eeprom页写就包含多个数据。下面就介绍一下这个结构体的内容：
| __u16 addr; | 从设备地址 |
|---|---|
| __u16 flags; | 标志（读/写） |
| I2C_M_TEN | 这是一个10位芯片地址 |
| I2C_M_RD | 从设备到适配器读数据 |
| I2C_M_NOSTART | 不发送起始位 |
| I2C_M_REV_DIR_ADDR | 翻转读写标志 |
| I2C_M_IGNORE_NAK | 忽略I2C的NACK信号 |
| I2C_M_NO_RD_ACK | 读操作的时候不发ACK信号 |
| I2C_M_RECV_LEN | 第一次接收数据的长度 |
| __u16 len; | 写入或者读出数据的个数（字节） |
| __u8 *buf; | 写入或者读出数据的地址 buf[0]。 注意：千万不要忘记给 2c_rdwr_ioctl_data结构体中的最重要的结构i2c_msg中的buf分配内存。 |
5) 用read和write读写I2C设备
当然你可以使用read()/write()来与I2C设备进行通信，代码如下（以eeprom为例简要概述操作过程）：
第一，打开I2C控制器文件节点: fd =open(“/dev/i2c-0”, O_RDWR);
第二，设置eeprom的设备地址：ioctl(fd,I2C_SLAVE, 0x50);
第三，向eeprom写数据:
首先将要操作的eeprom的第一个寄存器地址赋给写buf的第0个元素wr_buf[0] = 0x10;
然后把要写入的数据写入到后面的buf中for(i=1;i<13;i++) wr_buf[i]=i;
最后通过write函数完成向eeprom写数据的功能：write(fd, wr_buf, 13);
最后延迟1秒，让后面的操作与上面的写操作分开。
第四，从eeprom读数据：
首先和写操作一样，将要操作的寄存器首地址0x10发给eeprom：write(fd, wr_buf, 1);
从0x10寄存器地址处读取12个字节的数据：ret=read(fd, rd_buf, 12);
你会发现，用read和write一次只能进行一个方向的传输：或者是读外设操作，或者就是写操作传输。
代码如下：
01 #include <stdio.h>
02 #include <sys/ioctl.h>
03 #include <unistd.h>
04 #include <fcntl.h>
05 #include <linux/i2c-dev.h>
06 #include <linux/i2c.h>
07
08 /* eeprom所对应的I2C控制器的设备节点 */
09 #define EEPROM_DEVICE "/dev/i2c-0"
10
11 /* eeprom的I2C设备地址 */
12 #define EEPROM_ADDR 0x50
13
14
15 int main()
16
17 int fd,i,ret=0;
18 unsigned char w_add=0x10;
19
20 /* 将要读取的数据buf*/
21 unsigned char rd_buf[13] = 0x10;
22
23 /* 要写的数据buf，第0个元素是要操作eeprom的寄存器地址*/
24 unsigned char wr_buf[13] = 0;
25
26 printf("hello,this is read_write i2c test \\n");
27
28 /* 打开eeprom对应的I2C控制器文件 */
29 fd =open(EEPROM_DEVICE, O_RDWR);
30 if (fd< 0)
31
32 printf("open"EEPROM_DEVICE"failed \\n");
33
34
35 /*设置eeprom的I2C设备地址*/
36 if (ioctl(fd,I2C_SLAVE_FORCE, EEPROM_ADDR) < 0)
37
38 printf("set slave address failed \\n");
39
40
41 /* 将要操作的寄存器首地址赋给wr_buf[0] */
42 wr_buf[0] = w_add;
43
44 /* 把要写入的数据写入到后面的buf中 */
45 for(i=1;i<13;i++)
46 wr_buf[i]=i;
47
48 /* 通过write函数完成向eeprom写数据的功能 */
49 write(fd, wr_buf, 13);
50
51 /* 延迟一段时间 */
52 sleep(1);
53
54 /*重新开始下一个操作，先写寄存器的首地址*/
55 write(fd, wr_buf, 1);
56
57 /* 从wr_buf[0] = w_add的寄存器地址开始读取12个字节的数据 */
58 ret=read(fd, rd_buf, 12);
59 printf("ret is %d \\r\\n",ret);
60
61 for(i=0;i<12;i++)
62
63 printf("rd_buf is :%d\\n",rd_buf[i]);
64
65
66 /* 完成操作后，关闭eeprom对应的I2C控制器的设备文件 */
67 close(fd);
68
69 return 0;
70
6) 用数据包的方式操作I2C设备
构建数据包结构体：
首先是struct i2c_rdwr_ioctl_data data; 应用程序通过该结构体来给内核传递消息。该结构体包含两个成员struct i2c_msg __ user * msgs;和 __ u32 nmsgs;其中*msgs指向表示通信方法传输为消息的结构体。而nmsgs则决定了该数据包有多少个这样的通信消息，在I2C通信协议上来看就代表了有多少个开始信号。
接着就是struct i2c_msg; 它可以包含多条消息，而一条消息有可能包含多个数据。其成员包括：“代表I2C设备从地址的 __ u16 addr; 表示本次消息的标志位的 __ u16 flags; 表示数据长度的 __ u16 len; 表示数据缓冲区的指针 __u8 *buf”
然后把要和I2C从设备通信的数据与上面两个结构体建立起相应的联系。
最后调用I2C_RDWR进入驱动程序执行读写组合的I2C数据传输。
代码如下：
01 #include <stdio.h>
02 #include <string.h>
03 #include <sys/ioctl.h>
04 #include <unistd.h>
05 #include <fcntl.h>
06 #include <linux/i2c-dev.h>
07 #include <linux/i2c.h>
08
09 /* eeprom所对应的I2C控制器的设备节点 */
10 #define EEPROM_DEVICE "/dev/i2c-0"
11
12 /* eeprom的I2C设备地址 */
13 #define EEPROM_ADDR 0x50
14
15 /*函数名：eeprom_write
16 **功能：向eeprom写数据
17 **参数：fd：eeprom对应I2C控制器设备节点的文件名
18 ** dev_addr：eeprom的I2C从设备地址
19 ** reg_addr：eeprom的寄存器地址
20 ** data_buf：要向eeprom写数据的数据buf
21 ** len：要写多少个字节。本例中当前最大支持为8个字节
22 **返回值：负数表示操作失败，其他为成功
23 */
24 int eeprom_write(int fd, unsigned char dev_addr, unsigned char reg_addr, unsigned char * data_buf,int len)
25
26 int ret;
27
28 unsigned char msg_buf[9];
29 struct i2c_rdwr_ioctl_data data;
30
31 struct i2c_msg messages;
32
33
34 /* 1. 构建msg_buf*/
35 /* 1.1. 将要操作的寄存器首地址赋给要进行I2C数据通信的首字节数据 */
36 msg_buf[0] = reg_addr;
37
38 /* 1.2. 将要向eeprom写数据的数据buf赋在I2C数据通信中eeprom寄存器的后面 */
39 if (len < 9) /* 本demo最大支持一次向eeprom写一页大小的8个字节数据 */
40 memcpy((void *) &msg_buf[1], data_buf, len); //第1位之后是数据
41 else
42 printf("This function supports up to 8 bytes at a time !!!\\n");
43 return -1;
44
45
46 /* 2. 构建 struct i2c_msg messages */
47 /* 2.1. 赋值eeprom的I2C从设备地址 */
48 messages.addr = dev_addr;
49
50 /* 2.2. 赋值flags为本次I2C通信完成写功能 */
51 messages.flags = 0;
52
53 /* 2.3. 赋值len为数据buf的长度 + eeprom寄存器地址的数据长度 */
54 messages.len = len+1;
55
56 /* 2.4. 构建消息包的数据buf*/
57 messages.buf = msg_buf;
58
59 /* 3. 构建struct i2c_rdwr_ioctl_data data */
60 /* 3.1. 将准备好的消息包赋值给i2c_rdwr_ioctl_data中的msgs消息*/
61 data.msgs = &messages;
62
63 /* 3.2. 由于本次I2C通信只有写动作，所以消息数为1次 */
64 data.nmsgs = 1;
65
66 /* 4. 调用驱动层的读写组合的I2C数据传输 */
67 if(ioctl(fd, I2C_RDWR, &data) < 0)
68
69 printf("I2C_RDWR err \\n");
70 return -1;
71
72
73 /* 5. 等待I2C总线写入完成 */
74 sleep(1深入理解计算机系统 第十二章 并发编程