首发:Rice 嵌入式开发技术分享
作者:RiceDIY
简要
- 上一篇分析了RTT的PIN驱动,得到了很多网友的认可,很开心。很多人跟我反映写一些usb,wlan等框架,这个一步一步来,从浅到深。
- 这一篇文章我们来分析rt-thread的I2C设备驱动框架,I2C也是我们经常使用到总线。
- I2C驱动框架我准备基于我的开源硬件《GND studio 开发板》来做实验。通过硬件I2C和软件I2C分别来驱动一个OLED。
- 《rt-thread驱动框架分析》专辑回顾:
- 《rt-thread驱动框架分析》-pin驱动
驱动分析
I2C设备驱动框架图:
- 我们先RT-Thread的I2C框架图(这是我自己理解的框架图,如果不对的地方,请指出):
- 上图是我分析的RTT的I2C框架图。主要分为三层,驱动层-核心层-设备层。如果你分析过Linux的I2C框架,它的层次也是这样子。所以你了解了RTT的I2C之后再去看Linux的I2C框架,其实问题不大。
- 驱动层:分为硬件I2C驱动和软件I2C驱动。
- 核心层:
- ①其中bit_ops是RTT为软件I2C提供的中间层,它的作用:为底层模拟I2C驱动提供回调接口,为核心层提供统一I2C通信接口。
- ②而硬件I2C则直接对接核心层,提供统一I2C通信接口。
- ③RTT在核心层上,也像pin驱动那样,封装了一套API(虚线箭头),供用户直接使用。
- ④dev是提供RTT设备驱动框架的统一的API(实现箭头)。
- ⑤注意的是:模拟I2C驱动到核心层,增加了一层中间层。
- 设备层:设备就是杂七杂八的使用I2C的总线的设备。而这些设备可以选择使用RTT驱动框架的API,也可以选择RTT封装好的API。
- 通过上述的描述,可能还没了解的很清晰。下面我根据两种不同方式的驱动,两种不同的API,逐一分析,并且会结合试验来验证。
driver 层:
- RT-Thread的I2C驱动,分为两种类型:硬件I2C和软件I2C。在stm32的BSP中提供了软件I2C的驱动,不过为了全面介绍,硬件I2C的对接,作者也进行简单的对接和实现。
软件I2C:
- 软件I2C的层次图:
2.drv_soft_i2c层: 主要进行软件I2C所用到scl引脚,sda引脚初始化。scl引脚和sda引脚的获取电平和设置电平接口和延时函数(udelay)。并对接bit_opt层提供的操作结构体:struct rt_i2c_bit_ops。并通过rt_i2c_bit_add_bus注册,提供给bit_opt层回调。
- struct rt_i2c_bit_ops结构体:
struct rt_i2c_bit_ops
{
void *data;
void (*set_sda)(void *data, rt_int32_t state);
void (*set_scl)(void *data, rt_int32_t state);
rt_int32_t (*get_sda)(void *data);
rt_int32_t (*get_scl)(void *data);
void (*udelay)(rt_uint32_t us);
rt_uint32_t delay_us;
rt_uint32_t timeout;
};
- rt_i2c_bit_add_bus接口,主要注册软件I2C的引脚操作的回调函数。
3.bit_opt层:可以归纳为驱动层。其主要实现软件I2C的时序等逻辑,并提供对应的I2C的收发处理函数,为drv_soft_i2c层提供提供了(struct rt_i2c_bit_ops)注册接口和(rt_i2c_bit_add_bus)接口,为i2c_core层提供主机模式的数据处理函数。bit_opt层主要对接到i2c_core层提供操作结构体:struct rt_i2c_bus_device_ops以及i2c总线的注册函数rt_i2c_bus_device_register:
- struct rt_i2c_bus_device_ops结构体:
struct rt_i2c_bus_device_ops
{
rt_size_t (*master_xfer)(struct rt_i2c_bus_device *bus,
struct rt_i2c_msg msgs[],
rt_uint32_t num);
rt_size_t (*slave_xfer)(struct rt_i2c_bus_device *bus,
struct rt_i2c_msg msgs[],
rt_uint32_t num);
rt_err_t (*i2c_bus_control)(struct rt_i2c_bus_device *bus,
rt_uint32_t,
rt_uint32_t);
};
- rt_i2c_bus_device_register接口:主要注册I2C总线和收发数据的回调函数。
4.软件I2C驱动总结:rt-thread的软件I2C,如果要对接其他平台,只需要对接好结构体:struct rt_i2c_bit_ops。而软件I2C的逻辑完全不用理会,全部由bit_opt层管理。
硬件I2C
- 硬件I2C的层次图:
- drv_hw_i2c层:没有软件I2C的bit_opt层,而是直接对接i2c_core层提供的结构体:struct rt_i2c_bus_device_ops。作者为了简单说明,写了个例子(简单粗暴的例子):
struct rt_i2c_bus_device i2c1_bus;
I2C_HandleTypeDef hi2c1;
static rt_err_t i2c_hw_init(void)
{
hi2c1.Instance = I2C1;
hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
return RT_EOK;
}
static rt_size_t i2c_xfer(struct rt_i2c_bus_device *bus, struct rt_i2c_msg msgs[], rt_uint32_t num)
{
struct rt_i2c_msg *msg;
rt_int32_t i, ret;
for(i = 0; i< num; i++)
{
msg = &msgs[i];
if(msg->flags & RT_I2C_RD)
{
HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, msg->addr, msg->buf, msg->len, 100);
}
else
{
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, msg->addr, msg->buf, msg->len, 100);
}
}
ret = i;
return ret;
}
static const struct rt_i2c_bus_device_ops i2c_bus_ops =
{
i2c_xfer,
RT_NULL,
RT_NULL
};
int rt_i2c_hw_init(void)
{
i2c_hw_init();
i2c1_bus.ops = &i2c_bus_ops;
rt_i2c_bus_device_register(&i2c1_bus, "hw_i2c");
return RT_EOK;
}
INIT_DEVICE_EXPORT(rt_i2c_hw_init);
3.以上硬件I2C对接,我只是对接了master_xfer。
4.硬件I2C驱动总结:如果你是采用硬件I2C,那么就不需要去关乎bit_opt层,其实通过上面的描述,你不难理解bit_opt层和drv_hw_i2c层其实对接都是i2c_core层的结构。这也是我为什么把bit_opt层归纳为驱动层来讲解了。
core 层:
1.i2c_core层为驱动层提供结构体:struct rt_i2c_bus_device_ops。为设备层提供I2C的数据收发处理函数。
2.其实i2c_core层主要是封装了一层API直接提供给用户层设备调用。
- 其中rt_i2c_master_send函数和rt_i2c_master_recv函数是调用rt_i2c_transfer函数,而rt_i2c_transfer函数是调用master_xfer回调函数。如果你是使用这些接口,那么device层可以不用理会。
device 层:
- i2c_dev层,对接rt-thread设备驱动框架。提供read,write,control函数。并通过函数rt_device_register注册到设备驱动框架。下面我也会使用这些接口来实现控制OLED。
软件I2C设计:
- 关键代码, 注意软件I2C的地址需要偏移一位:
struct rt_i2c_bus_device *i2c_bus;
#define OLED_I2C_BUS_NAME "i2c1"
#define OLED_ADDRESS 0x3c
static rt_err_t write_reg(struct rt_i2c_bus_device *bus, rt_uint8_t reg, rt_uint8_t data)
{
rt_uint8_t buf[2];
struct rt_i2c_msg msgs;
buf[0] = reg;
buf[1] = data;
msgs.addr = OLED_ADDRESS;
msgs.flags = RT_I2C_WR;
msgs.buf = buf;
msgs.len = 2;
/* 调用I2C设备接口传输数据 */
rt_i2c_transfer(bus, &msgs, 1);
return RT_EOK;
}
static rt_err_t read_regs(struct rt_i2c_bus_device *bus, rt_uint8_t len, rt_uint8_t *buf)
{
struct rt_i2c_msg msgs;
msgs.addr = OLED_ADDRESS;
msgs.flags = RT_I2C_RD;
msgs.buf = buf;
msgs.len = len;
/* 调用I2C设备接口传输数据 */
rt_i2c_transfer(bus, &msgs, 1);
return RT_EOK;
}
int oled_init(void)
{
i2c_bus = rt_i2c_bus_device_find(OLED_I2C_BUS_NAME);
if(i2c_bus == RT_NULL)
{
rt_kprintf("find i2c bus fail!\n");
return RT_ERROR;
}
rt_kprintf("find i2c bus success!\n");
......
}
- 效果图:
硬件I2C设计:
- 关键代码,注意硬件I2C的地址不需要偏移:
struct rt_i2c_bus_device *i2c_bus;
#define OLED_I2C_BUS_NAME "hw_i2c"
#define OLED_ADDRESS 0x78
static rt_err_t write_reg(struct rt_i2c_bus_device *bus, rt_uint8_t reg, rt_uint8_t data)
{
rt_uint8_t buf[2];
struct rt_i2c_msg msgs;
buf[0] = reg;
buf[1] = data;
msgs.addr = OLED_ADDRESS;
msgs.flags = RT_I2C_WR;
msgs.buf = buf;
msgs.len = 2;
/* 调用I2C设备接口传输数据 */
rt_i2c_transfer(bus, &msgs, 1);
return RT_EOK;
}
static rt_err_t read_regs(struct rt_i2c_bus_device *bus, rt_uint8_t len, rt_uint8_t *buf)
{
struct rt_i2c_msg msgs;
msgs.addr = OLED_ADDRESS;
msgs.flags = RT_I2C_RD;
msgs.buf = buf;
msgs.len = len;
/* 调用I2C设备接口传输数据 */
rt_i2c_transfer(bus, &msgs, 1);
return RT_EOK;
}
int oled_init(void)
{
i2c_bus = rt_i2c_bus_device_find(OLED_I2C_BUS_NAME);
if(i2c_bus == RT_NULL)
{
rt_kprintf("find i2c bus fail!\n");
return RT_ERROR;
}
rt_kprintf("find i2c bus success!\n");
......
}
使用驱动框架API实现:
- 关键代码:
#define OLED_I2C_BUS_NAME "hw_i2c"
struct rt_device *dev_i2c;
#define OLED_ADDRESS 0x78
static rt_err_t write_reg(struct rt_device *dev, rt_uint8_t reg, rt_uint8_t data)
{
rt_uint8_t buf[2];
rt_off_t pos;
rt_uint16_t addr = OLED_ADDRESS;
rt_uint16_t flags = RT_I2C_WR;
buf[0] = reg;
buf[1] = data;
pos = (flags << 16) | addr;
rt_device_write(dev, pos, buf, 2);
return RT_EOK;
}
static rt_err_t read_regs(struct rt_device *dev, rt_uint8_t len, rt_uint8_t *buf)
{
rt_off_t pos;
rt_uint16_t addr = OLED_ADDRESS;
rt_uint16_t flags = RT_I2C_WR;
pos = (flags << 16) | addr;
rt_device_write(dev, pos, buf, 2);
return RT_EOK;
}
int oled_init(void)
{
dev_i2c = rt_device_find(OLED_I2C_BUS_NAME);
if(dev_i2c == RT_NULL)
{
rt_kprintf("find i2c bus fail!\n");
return RT_ERROR;
}
rt_kprintf("find i2c bus success!\n");
rt_device_open(dev_i2c, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);
....
return RT_EOK;
}
总结
- 有了I2C驱动框架,对于上层来说,不管硬件I2C还是软件I2C调用接口都是一样的。
- rt-thread为了方便,直接在核心层提供了一套API,这样用户层调用就更加方便。
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