Linux_embedded_cz4.pdf

(678 KB) Pobierz

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">

KURS

Wprowadzenie do

Linuksa embedded (4)

Obsługa interfejsu I 2 C

Dodatkowe materiały

na CD/FTP

W systemach z mikrokontrolerem często zachodzi potrzeba transmisji

danych pomiędzy układami zewnętrznymi. Popularnym standardem

jest interfejs I 2 C. W artykule zaprezentowano, jak do jego obsługi

zaprząc system operacyjny Linux embedded.

Dodatkowe materiały na CD/FTP:

ftp://ep.com.pl , user: 10925 , pass: 87thc181

• wszystkie poprzednie części kursu

w jaki sposób uzyskać dostęp do magistrali I 2 C

z aplikacji użytkownika, na przykładzie czujnika

temperatury MCP9803 (moduł KAMOD-TEM),

bez konieczności pisania sterowników jądra.

W systemach mikroprocesorowych komu-

nikacja z urządzeniami peryferyjnymi odbywa

się za pomocą magistral szeregowych lub rów-

noległych. W wypadku magistral równoległych

najczęściej mamy do czynienia z magistralą

systemową. Urządzenie takie jest wówczas do-

stępne jako fragment pamięci (np. architektu-

ra ARM) lub może być dostępne w specjalnej

przestrzeni IO (np. architektura x86). Naturalnie

w przypadku systemów wykorzystujących MMU

obszar ten jest dostępny tylko dla jądra systemu

operacyjnego. Wykorzystanie magistral równo-

ległych wymaga wielu linii, skomplikowanych

połączeń i generalnie jest zbyt niewygodne. Dla-

tego najczęściej w ten sposób podłączone są tyl-

ko wewnętrzne układy peryferyjne, wbudowane

w mikrokontroler. Zewnętrzne układy najczę-

ściej dołączane są za pomocą interfejsów szere-

gowych. Najpopularniejsze interfejsy szeregowe

współczesnych systemów mikroprocesorowych

to: SPI, I 2 C, USB, RS232/RS485, ETHERNET.

I 2 C oraz SPI są używane najczęściej do dołą-

czania układów peryferyjnych, takich jak: zegary

RTC, pamięci EEPROM itp., znajdujących się

w obrębie płytki drukowanej z mikrokontrole-

rem. Interfejs USB jest stosowany do dołączania

urządzeń zewnętrznych. Natomiast interfejsy

RS232 i RS485 są używane zwykle do komuni-

kacji z urządzeniami zdalnymi.

W przypadku mikrokontrolerów jednoukła-

dowych oraz rozwiązań bez systemu operacyj-

nego stosunkowo proste do opanowania są in-

terfejsy SPI, I 2 C i RS232. Dużo bardziej skompli-

kowana jest obsługa USB, przez co producenci

mikrokontrolerów, aby ułatwić zadanie użytkow-

nikom, dostarczają gotowe biblioteki programo-

we. Po zapoznaniu się z obsługą portów GPIO

w Linuksie skupimy się ma obsłudze urządzeń

peryferyjnych dołączanych za pomocą interfejsu

I 2 C. Większość współczesnych mikrokontrole-

rów ma wbudowany sprzętowy kontroler I 2 C,

którego programowanie jest stosunkowo łatwe,

nawet bez pomocy gotowych bibliotek, nato-

miast w mikrokontrolerach niemających sprzę-

towego kontrolera I 2 C można bez większych

trudności wykonać programowy interfejs pracu-

jący w trybie master, korzystając z funkcji obsłu-

gi GPIO. Niestety, podczas tworzenia programów

pracujących pod kontrolą systemu Linux meto-

dy, których używamy do pisania oprogramowa-

nia dla mikrokontrolerów jednoukładowych, nie

są odpowiednie, z uwagi na ochronę pamięci

oraz wielozadaniowość. Zatem należy skorzy-

stać z pośrednictwa jądra systemu, gdzie istnieje

gotowa architektura programowa przeznaczona

do obsługi interfejsu I 2 C. W przykładzie poka-

żemy sposób obsługi za pomocą sterowników

dostępnych w jądrze interfejsu I 2 C sprzęgające-

go mikrokontroler z układem zegarka PCF-8563

dostępnego na płycie BF210. Pokażemy również,

Podsystem I 2 C

W Linuksie implementacja wszelkich pod-

systemów realizowana jest w sposób warstwowy,

zapewniając maksymalną uniwersalność oraz

przenośność na wszystkie platformy wspierane

przez jądro. Podobnie jest w przypadku podsys-

temu I 2 C. Podsystem ten umożliwia obsługę ma-

gistral I 2 C/SMBUS oraz wielu urządzeń do nich

dołączonych. Na rysunku 6 przedstawiono mo-

del programowy podsystemu I 2 C/SMBUS.

Sercem podsystemu jest moduł jądra i2c-co-

re , który komunikuje się z modułem sterownika

izycznego kontrolera magistrali oraz zapewnia

Rysunek 6. Model programowy podsystemu I 2 C/SMBUS na podstawie i2c.wiki.kernel.

org

98

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 7/2011

883836528.443.png

883836528.454.png

883836528.464.png

883836528.475.png

883836528.001.png

883836528.012.png

883836528.023.png

883836528.033.png

883836528.044.png

883836528.055.png

883836528.066.png

883836528.077.png

883836528.088.png

883836528.099.png

883836528.110.png

883836528.121.png

883836528.132.png

883836528.143.png

883836528.154.png

883836528.165.png

883836528.176.png

883836528.187.png

883836528.198.png

883836528.209.png

883836528.220.png

883836528.231.png

883836528.242.png

883836528.253.png

883836528.264.png

883836528.275.png

883836528.286.png

883836528.297.png

883836528.308.png

883836528.319.png

883836528.330.png

883836528.341.png

883836528.352.png

883836528.363.png

883836528.374.png

883836528.385.png

883836528.396.png

883836528.407.png

883836528.418.png

883836528.429.png

883836528.433.png

883836528.434.png

883836528.435.png

883836528.436.png

883836528.437.png

883836528.438.png

883836528.439.png

883836528.440.png

883836528.441.png

883836528.442.png

883836528.444.png

883836528.445.png

883836528.446.png

883836528.447.png

883836528.448.png

883836528.449.png

883836528.450.png

883836528.451.png

883836528.452.png

883836528.453.png

883836528.455.png

883836528.456.png

883836528.457.png

883836528.458.png

883836528.459.png

Wprowadzenie do Linuksa embedded

wiedzialnym za inicjalizację maszyny ( arch/arm/

mach-at91/board-boff210.c ).

Struktura i2c_gpio_platform zawiera in-

formację o tym, które linie będą pełnić funk-

cję linii interfejsowych SDA (PA25) oraz SCL

(PA26), informację o tym, czy linie GPIO są

typu Open-Drain i czas trwania sygnału SCK,

który ustawiono na 2 Ms, co odpowiada trybowi

standard ( 100 kHz ). Tak przygotowana struktu-

ra następnie jest wpisywana do struktury plat-

form_device , która jest rejestrowana w systemie

za pomocą funkcji platform_device_register()

– listing 9 .

Przed rejestracją struktury linie PA25 i PA26

są konigurowane jako wyjściowe z otwartym

drenem. Tak zarejestrowana struktura umożli-

wia sterownikowi i2c-gpio odczytanie struktury

poszczególnych magistral I 2 C oraz przyporząd-

kowanych im linii GPIO.

Uwaga! W wypadku typowego adresowania 7-bitowego magistrali I 2 C, najmłodszy bit określa

kierunek transmisji. Zwyczajowo adres I 2 C danego układu przedstawiamy w postaci liczby 8-bito-

wej z wyzerowanym najmłodszym bitem R/ W =0 (rys. n)

A6

A5

A4

A3

A2

A1

A0

R/ W

7

6

5

4

3

2

1

0

W podsystemie I 2 C Linuksa adres sprzętowy I 2 C przedstawiany inaczej, mianowicie jest to liczba

pozbawiona bitu R/ W przez przesunięcie bitowe o 1 w prawo (rys. n)

0

A6

A5

A4

A3

A2

A1

A0

7

6

5

4

3

2

1

0

Na przykład, jeżeli urządzenie ma adres 0x90, w Linuksie należy użyć adresu 0x48

jednolite API, niezależne od sprzętu, umożliwia-

jące innym modułom korzystanie z I 2 C. Moduł

sterownika kontrolera magistrali (Adapter) od-

powiada za izyczną komunikację z kontrolerem

I 2 C, który jest zależny od platformy. Moduł ten

może wykorzystywać kod pomocniczy z modu-

łów Alghoritm. Moduł Alghoritm deiniuje spo-

sób, w kontroler odwołuje się do interfejsu I 2 C,

ale bez wykonywania izycznego dostępu do re-

jestrów kontrolera sprzętowego. Na przykład ten

sam kontroler sprzętowy I 2 C może być w wypad-

ku jednej architektury dołączony do magistrali

PCI, natomiast w innym może być dołączony

do magistrali systemowej. Z tego powodu różny

będzie sposób dostępu do rejestrów tego kontro-

lera. Innym przykładem jest moduł i2c-algo-bit ,

który zawiera opis sterowania magistralą I 2 C za

pomocą operacji bitowych, ale nie zawiera kodu

bezpośrednio sterującego liniami GPIO. Za i-

zyczne sterowanie liniami jest odpowiedzialny

moduł i2c-gpio .

Bardzo często moduły sterowników mają

zdeiniowany własny algorytm dostępu do ma-

gistrali i nie używają dodatkowych modułów

Alghoritm . Podystem i2c-core zapewnia jednolite

API, dzięki którym użytkownik może tworzyć

oprogramowanie w oderwaniu od obsługi sa-

mego interfejsu I 2 C. Urządzenia są mapowane

przez system operacyjny i dostępne jako zasoby

standardowe. Na przykład zegar RTC jest obsłu-

giwany przez sterownik jądra i udostępnia urzą-

dzenie /dev/rtc0, a aplikacja korzystająca z RTC

„nie wie”, do jakiego rodzaju interfejsu jest on

dołączony.

Istnieje również wydajny sposób dostępu

do magistrali I 2 C z aplikacji użytkownika, reali-

zowany przez moduł I2c-dev , który umożliwia

dostęp do I 2 C za pomocą pliku urządzenia /dev/

i2c-x (gdzie x to kolejny numer interfejsu). Dzięki

dostępowi do I 2 C z poziomu aplikacji użytkow-

nika istnieje możliwość bezpośredniej obsługi

urządzenia z pominięciem sterowników prze-

strzeni jądra. Jest to bardzo wygodne rozwiąza-

nie, które może być wykorzystane, gdy nie ma

potrzeby użycia funkcjonalnych sterowników,

na przykład w wypadku, gdy układ I 2 C będzie

używany jedynie przez pojedynczą aplikację.

Może to być bardzo wygodne, ponieważ zwalnia

użytkownika z konieczności tworzenia stosunko-

wo skomplikowanych i trudnych w uruchamia-

niu sterowników jądra czy konieczności jego re-

kompilacji oraz tworzenia wpisów w strukturach

platform-device .

Implementacja kontrolera I 2 C na

platformie BF210. Konigurowanie

platform-device

Mikrokontroler AT91RM9200 stanowiący

serce Armputera BF210 ma zintegrowany kon-

troler magistrali I 2 C, który jest nazwany TWI.

Z uwagi na liczne błędy sprzętowe kontrolera,

a w szczególności brak możliwości generowa-

nia ponownej sekwencji Start przed wysłaniem

sekwencji Stop , jest on w zasadzie bezużytecz-

ny i jego obsługa nie jest dostępna w standardo-

wym kodzie jądra. Implementacja protokołu I 2 C

przy pojedynczym układzie master jest łatwa do

wykonania z użyciem operacji na liniach GPIO.

W systemie Linux istnieje implementacja ob-

sługi I 2 C realizowana przez moduł i2c-gpio przy

współpracy z modułem algorytmu i2c-algo-bit .

Użycie sterownika GPIO jest okupione nieco

większym obciążeniem CPU. Dzięki zastosowa-

niu tego sterownika istnieje możliwość imple-

mentacji w zasadzie dowolnej liczby niezależ-

nych interfejsów I 2 C ograniczonych jedynie licz-

bą dostępnych linii GPIO. Informowanie o tym,

które linie GPIO będą magistralą I 2 C, jest reali-

zowane przez odpowiednie wpisy w strukturach

platform-device ( listing 8 ) w kodzie jądra odpo-

Użycie sterowników

funkcjonalnych wbudowanych

w jądro

W jądrze istnieje wiele gotowych sterow-

ników dla układów peryferyjnych dołączanych

za pomocą I 2 C. Komunikują się one z magistralą

poprzez wewnętrzne API podsystemu i2c-core ,

natomiast aplikacji udostępniają interfejs funk-

cjonalny reprezentujący funkcję pełnioną przez

dany układ. Takim przykładem w BF210 jest

układ zegara PCF8563, który jest obsługiwany

przez moduł jądra, a w przestrzeni użytkowni-

ka jest widoczny w postaci urządzenia /dev/rtc .

To, że jest on dołączony akurat do I 2 C, jest nie-

istotne dla użytkownika, ważna jest jego funk-

cjonalność. Użycie sterowników dostępnych

w jądrze jest zgodne z ilozoią Linuksa, dlatego

przed podjęciem decyzji o zastosowaniu API

bezpośredniego dostępu do magistrali I 2 C należy

upewnić się, że nie istnieje gotowy sterownik ją-

dra dla danego układu.

W przeciwieństwie do SMBUS, interfejs

I 2 C nie ma zdeiniowanego mechanizmu ska-

Listing 8. Wpisy w strukturze platform-device zawierające konigurację linii

interfejsowych I 2 C/GPIO

//I2c In gpio Mode

static struct i2c_gpio_platform_data i2c_gpio_data =

{

.sda_pin = AT91_PIN_PA25,

.scl_pin = AT91_PIN_PA26,

.sda_is_open_drain = 1,

.scl_is_open_drain = 1,

.udelay = 2, /* ~100 kHz */

};

static struct platform_device i2c_gpio_device =

{

.name = “i2c-gpio”,

.id = 0,

.dev =

{

.platform_data = &i2c_gpio_data,

}

};

Listing 9. Przygotowanie struktury z koniguracją I 2 C

//I2C code

at91_set_GPIO_periph(AT91_PIN_PA25, 1); /* TWD (SDA) */

at91_set_multi_drive(AT91_PIN_PA25, 1);

at91_set_GPIO_periph(AT91_PIN_PA26, 1); /* TWCK (SCL) */

at91_set_multi_drive(AT91_PIN_PA26, 1);

i2c_register_board_info(0, bf210_i2c_devices, ARRAY_SIZE(bf210_i2c_devices));

platform_device_register(&i2c_gpio_device);

99

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 7/2011

883836528.460.png

883836528.461.png

883836528.462.png

883836528.463.png

883836528.465.png

883836528.466.png

883836528.467.png

883836528.468.png

883836528.469.png

883836528.470.png

883836528.471.png

883836528.472.png

883836528.473.png

883836528.474.png

883836528.476.png

883836528.477.png

883836528.478.png

883836528.479.png

883836528.480.png

883836528.481.png

883836528.482.png

883836528.483.png

883836528.484.png

883836528.485.png

883836528.002.png

883836528.003.png

883836528.004.png

883836528.005.png

883836528.006.png

883836528.007.png

883836528.008.png

883836528.009.png

883836528.010.png

883836528.011.png

883836528.013.png

883836528.014.png

883836528.015.png

883836528.016.png

883836528.017.png

883836528.018.png

883836528.019.png

883836528.020.png

883836528.021.png

883836528.022.png

883836528.024.png

883836528.025.png

883836528.026.png

883836528.027.png

883836528.028.png

883836528.029.png

KURS

Rysunek 7. Sekwencje odczyt/zapis bez bitu stopu

nowania dołączonych urządzeń, dlatego jedy-

nym sposobem poinformowania o obecności

danego układu na magistrali jest wykorzystanie

mechanizmu Platform Device . Na przykład, aby

poinformować o dołączeniu układu PCF8563

do wcześniej utworzonej magistrali I2C0, należy

zdeiniować następującą strukturę w kodzie ją-

dra odpowiedzialnym za inicjalizację maszyny:

//I2C device map

static struct i2c_board_info __

initdata bf210_i2c_devices[] =

{

{

I2C_BOARD_INFO(“pcf8563”, 0x51),

}

};

projektu, zamiast pisania sterownika w prze-

strzeni jądra warto rozważyć możliwość użycia

bezpośredniego dostępu do magistrali I 2 C oraz

bezpośredniej obsługi układu z poziomu apli-

kacji. Funkcjonalność taką zapewnia moduł

i2c-dev , którego zadaniem jest udostępnianie in-

terfejsów I 2 C za pomocą plików urządzeń ( /dev/

i2c-x , gdzie x oznacza kolejny numer porząd-

kowy). Aby uzyskać dostęp do API I 2 C w prze-

strzeni użytkownika, należy załadować moduł

i2c-dev (modprobe i2c-dev) , a w programie dołą-

czyć pliki nagłówkowe <linux/i2c-dev.h> oraz

<linux/i2c.h> . Przed skorzystaniem z funkcjo-

nalności dostępu do I 2 C trzeba otworzyć plik

reprezentujący daną magistralę (dla 0 magi-

strali /dev/i2c-0), za pomocą wywołania open

(...,O_RDWR). Po otwarciu pliku należy poin-

formować sterownik o sprzętowym adresie I 2 C,

z którym chcemy się komunikować za pomocą

wywołania systemowego ioctl: ioctl(ile, I2C_

SLAVE, i2c_addr) , w którym jako i2c_addr nale-

ży podać sprzętowy adres I 2 C układu. Po wyko-

naniu tej czynności możemy odczytywać dane

z urządzenia o adresie sprzętowym i2c_add r za

pomocą wywołania systemowego read() oraz

zapisywać dane za pomocą wywołania systemo-

wego write() .

Każda operacja odczytu lub zapisu spo-

woduje wygenerowanie bitu startu, po którym

nastąpi wysłanie lub odczytanie danych, a na

zakończenie zostanie wysłany bit stopu. Jeżeli

chcemy komunikować się z różnymi układami

dołączonymi do magistrali, należy za każdym ra-

zem przed wywołaniem funkcji read/write zmie-

nić adres docelowy poprzez ponownie wywoła-

nie funkcji ioctl(ile,I2C_SLAVE,new_i2c_addr) ,

w którym new_i2c_addr to adres sprzętowy no-

wego układu.

Taki prosty sposób sterowania za pomocą

wywołań read/write , choć dla wielu urządzeń

może być wystarczający, nie odzwierciedla spe-

cyiki magistrali I 2 C. Bardzo często układy I 2 C

mają dodatkowy adres wewnętrzny, określający

wewnętrzny rejestr układu i w przypadku żąda-

nia odczytu wymagają sekwencji odczyt/zapis

bez generowania bitu stopu ( rysunek 7 )

W takim przypadku sekwencja wywołań

systemowych write()/read() będzie nieodpowied-

nia, ponieważ pomiędzy wysłaniem adresu reje-

stru a odczytem danych będzie wygenerowany

dodatkowy bit stopu. Aby uzyskać pożądaną

sekwencję, należy zastosować wywołanie sys-

temowe ioctl(ile, I2C_RDWR, struct i2c_rdwr_

ioctl_data *msgset) , które umożliwia wykonanie

dowolnych transakcji na magistrali I 2 C jako poje-

dynczej sekwencji bez generowania bitu stopu.

Wywołanie to jako trzeci argument przyjmuje

wskaźnik do struktury i2c_rdwr_ioctl_data , która

zdeiniowana jest następująco:

struct i2c_rdwr_ioctl_data {

struct i2c_msg *msgs; /* pointers

to i2c_msgs */

__u32 nmsgs; /* number

of i2c_msgs */

};

Pole msgs zawiera wskaźnik do tablicy

struktur opisujących sekwencję transakcji I 2 C,

natomiast pole nmsgs zawiera liczbę transakcji.

Strukturę transakcji I 2 C (wiadomości) zdeinio-

wano jak na listingu 10 .

Pole addr zawiera adres sprzętowy I 2 C, dla

którego jest przeznaczona transakcja. Pole lags

zawiera lagi transakcji umożliwiające sterowa-

nie daną transakcją zgodnie z deinicjami (np.

laga I2C_M_RD informuje, że jest to sekwencja

odczytu; laga I2C_M_RD informuje, że adres

jest 10-bitowy). Pole len określa długość bufora

z danymi do wysłania/odebrania, natomiast pole

*buf zawiera wskaźnik do bufora danych. Budu-

jąc odpowiednią tablice składającą się z trans-

akcji zapisu jednego bajtu, a następnie odczytu

zadanej liczby bajtów, mamy możliwość wyge-

nerowania prawidłowej sekwencji odczytu.

W strukturze i2c_board_info trzeba zdeinio-

wać typ układu dołączonego do I 2 C oraz poinfor-

mować o jego adresie sprzętowym. Następnie tak

przygotowaną strukturę należy zarejestrować za

pomocą wywołania:

i2c_register_board_info(0,

bf210_

i2cdevices,

ARRAY_SIZE(bf210_i2c_

devices));

Wywołanie to jako pierwszy argument przyj-

muje numer porządkowy magistrali, do której

zostało dołączone urządzenie, natomiast jako

kolejne argumenty przyjmuje wskaźnik do opi-

sanej wcześniej struktury oraz liczbę wpisów

w strukturze. Tak zarejestrowana struktura po-

zwoli kernelowi na automatycznie załadowanie

i inicjalizację odpowiedniego sterownika dla da-

nego układu.

Dostęp do magistrali I 2 C z wiersza

polecenia

Pakiet i2c-tools umożliwia dostęp do magi-

strali I 2 C z poziomu shella (wiersza polecenia).

Wykorzystuje on opisany wcześniej moduł do-

stępu do magistrali I 2 C z aplikacji użytkownika

i2c-dev . Pakiet składa się z szeregu poleceń,

z których najistotniejsze to:

i2cdetect [-y] [-a] [-q|-r] I2CBUS [FIRST

LAST] – polecenie umożliwiające przeskanowa-

nie dostępnych urządzeń dołączonych do ma-

gistrali I 2 C. Na przykład wywołanie polecenia

i2cdetect -y 0 w BF210 powoduje wyświetlenie

tablicy wszystkich adresów wraz z listą dostęp-

nych urządzeń na danej magistrali ( listing 11 ).

Możemy zauważyć, że widoczne są dwa

urządzenia: pod adresem 0x51 (zegar PCF8563)

oraz pod adresem 0x48 (moduł KAMOD-TEM).

Literki UU dla adresu 0x48 oznaczają, że dane

urządzenie jest dołączone, ale jest niedostępne

Obsługa urządzeń I 2 C z poziomu

aplikacji z użyciem API

bezpośredniego dostępu do

magistrali

Brak zdeiniowanego mechanizmu auto-

detekcji układów dołączonych do magistrali I 2 C

skutkuje koniecznością zarejestrowania układu

w podsystemie platform-device , co jest związane

z koniecznością modyikacji kodu jądra. Mody-

ikacja i ponowna rekompilacja jądra może być

kłopotliwa dla początkujących użytkowników.

Brak dołączanego układu na liście dostępnych

sterowników skutkuje koniecznością napisania

sterownika jądra, co może być zadaniem jeszcze

bardziej skomplikowanym. W wypadku, gdy

nie potrzebujemy sterownika funkcjonalnego

dostępnego z poziomu systemu, a dany układ

będzie używany w obrębie jednej aplikacji lub

100

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 7/2011

883836528.030.png

883836528.031.png

883836528.032.png

883836528.034.png

883836528.035.png

883836528.036.png

883836528.037.png

883836528.038.png

883836528.039.png

883836528.040.png

883836528.041.png

883836528.042.png

883836528.043.png

883836528.045.png

883836528.046.png

883836528.047.png

883836528.048.png

883836528.049.png

883836528.050.png

883836528.051.png

883836528.052.png

883836528.053.png

883836528.054.png

883836528.056.png

883836528.057.png

883836528.058.png

883836528.059.png

883836528.060.png

883836528.061.png

883836528.062.png

883836528.063.png

883836528.064.png

883836528.065.png

883836528.067.png

883836528.068.png

883836528.069.png

883836528.070.png

883836528.071.png

883836528.072.png

883836528.073.png

Wprowadzenie do Linuksa embedded

Listing 10. Struktura transakcji I 2 C

struct i2c_msg {

__u16 addr; /* slave address */

__u16 lags;

#deine I2C_M_TEN 0x0010 /* this is a 10-bit chip address */

#deine I2C_M_RD 0x0001 /* read data, from slave to master */

#deine I2C_M_NOSTART 0x4000 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */

#deine I2C_M_REV_DIR_ADDR 0x2000 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */

#deine I2C_M_IGNORE_NAK 0x1000 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */

#deine I2C_M_NO_RD_ACK 0x0800 /* if I2C_FUNC_PROTOCOL_MANGLING */

#deine I2C_M_RECV_LEN 0x0400 /* length will be irst received byte */

__u16 len; /* msg length */

__u8 *buf; /* pointer to msg data */

};

Listing 11. Tablica wszystkich adresów wraz z listą dostępnych urządzeń na danej

magistrali

root@bf210-at91:~# i2cdetect -y 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f

00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

40: -- -- -- -- -- -- -- -- 48 -- -- -- -- -- -- --

50: -- UU -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

70: -- -- -- -- -- -- -- --

Listing 12. Składnia polecenia i2cget

root@bf210-at91:~# i2cget

Usage: i2cget [-f] [-y] I2CBUS CHIP-ADDRESS [DATA-ADDRESS [MODE]]

I2CBUS is an integer or an I2C bus name

ADDRESS is an integer (0x03 - 0x77)

MODE is one of:

b (read byte data, default)

w (read word data)

c (write byte/read byte)

Append p for SMBus PEC

Listing 13. Składnia polecenia i2cset

i2cset [-f] [-y] [-m MASK] I2CBUS CHIP-ADDRESS DATA-ADDRESS [VALUE] [MODE]

I2CBUS is an integer or an I2C bus name

ADDRESS is an integer (0x03 - 0x77)

MODE is one of:

c (byte, no value)

b (byte data, default)

w (word data)

Append p for SMBus PEC

z poziomu aplikacji użytkownika, ponieważ jest

kontrolowane przez sterownik jądra systemu

operacyjnego. Natomiast urządzenie pod adre-

sem 0x48 (KAMOD-TEM) jest dostępne, co w od-

powiednim polu oznaczono cyfrą 48.

Polecenie i2cget umożliwia odczytanie da-

nych z urządzenia dołączonego do magistrali

I 2 C. Składnię tego polecenia umieszczono na

listingu 12 . Jako argumenty przyjmuje ono odpo-

wiednio numer interfejsu I 2 C, numer sprzętowy

urządzenia, adres rejestru do odczytania oraz

długość słowa danych (8 lub 16 bitów).

Polecenie i2cset umożliwia wpisanie danych

do układu podłączonego do magistrali I 2 C. Jego

składnię umieszczono na listingu 13 . Jako pierw-

szy argument polecenie przyjmuje, odpowied-

nio: numer interfejsu I 2 C, adres układu, adres re-

jestru, wartość do zapisania oraz długość danych

do zapisania.

płycie CD i serwerze FTP ). Dostęp do magistra-

li I 2 C będzie realizowany z użyciem opisanego

wcześniej API. Do uruchomienia przykładu jest

potrzebny moduł KAMOD-TEM. Sposób podłą-

czenia modułu do płytki prototypowej BF210

przedstawiono na rysunku 7 .

Moduł KAMOD-TEM zawiera czujnik tem-

peratury MCP2301 , który ma następujące para-

metry:

– jest wyposażony w interfejsy I 2 C/SMBUS

pracujące z maksymalną częstotliwością

taktowania 400 kHz,

– napięcie zasilania 2,7...5,5 V,

– rozdzielczość pomiaru temperatury ustalaną

od 9 do 12 bitów,

– zakres pomiary temperatury

–55...+125ºC z dokładnością ±1ºC.

Adres bazowy układu to (1001xxx)b. Jego

najmłodsze bity możemy ustalić za pomocą

zwór koniguracyjnych. Układ może generować

sygnał alarmujący o przekroczeniu zadanej tem-

peratury.

Po dołączeniu modułu należy upewnić się,

że zwory A0...A2 koniguracji adresu zostały

ustawione w pozycji „0” (adres sprzętowy czuj-

nika 0x90h). Czujnik zawiera kilkanaście reje-

strów kontrolnych i konigurujących umożliwia-

jących między innymi: ustalenie rozdzielczości

pomiaru, ustawianie alarmów itp. W przykła-

Rysunek 7. Schemat dołączenia modułu

KAMOD-TEM do płytki prototypowej

dzie nie będziemy wykorzystywać alarmów,

więc konieczna będzie znajomość tylko dwóch

rejestrów: ATR umożliwiającego odczyt aktual-

nej temperatury (0x00h) oraz CONFIG (0x01),

który umożliwia ustalenie rozdzielczości po-

miaru temperatury. Na rysunku 8 zamieszczono

strukturę rejestru CONFIG (0x01h), natomiast

na rysunku 9 16-bitowego rejestru ATR (0x00h)

zawierającego wynik pomiaru temperatury.

Starsza połowa rejestru ATR zawiera wartość

całkowitą temperatury wyrażoną w stopniach

Celsjusza, a młodsza ułamkową. Po włączeniu

czujnik jest skonigurowany w trybie 9-bitowym.

Aby uzyskać większą rozdzielczość, należy od-

powiednio ustawić bity resolution w rejestrze

CONFIG .

Przykład praktyczny

Jako przykład demonstrujący użycie układu

dołączonego do magistrali I 2 C z wykorzystaniem

dostępu za pomocą i2c-dev pokazano aplikację,

która będzie odczytywać temperaturę z modułu

KAMOD-TEM, a następnie prezentować aktual-

ny wynik z odświeżaniem co 1 s na standardo-

wym wyjściu (konsoli). (k od źródłowy aplikacji

znajduje się w pliku i2ctemp.c umieszczonym na

Opis aplikacji

Aby zademonstrować przykład użycia in-

terfejsu I 2 C, napisano program i2ctemp , którego

zadaniem jest cykliczne odczytywanie aktual-

nej temperatury z modułu KAMOD-TEM oraz

prezentacja wyniku na standardowym wyjściu

(terminal). Program rozpoczyna się od pokazanej

na listingu 14 funkcji main(). Na jej początku jest

101

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 7/2011

883836528.074.png

883836528.075.png

883836528.076.png

883836528.078.png

883836528.079.png

883836528.080.png

883836528.081.png

883836528.082.png

883836528.083.png

883836528.084.png

883836528.085.png

883836528.086.png

883836528.087.png

883836528.089.png

883836528.090.png

883836528.091.png

883836528.092.png

883836528.093.png

883836528.094.png

883836528.095.png

883836528.096.png

883836528.097.png

883836528.098.png

883836528.100.png

883836528.101.png

883836528.102.png

883836528.103.png

883836528.104.png

883836528.105.png

883836528.106.png

883836528.107.png

883836528.108.png

883836528.109.png

883836528.111.png

883836528.112.png

883836528.113.png

883836528.114.png

883836528.115.png

883836528.116.png

883836528.117.png

883836528.118.png

883836528.119.png

883836528.120.png

883836528.122.png

883836528.123.png

883836528.124.png

883836528.125.png

883836528.126.png

883836528.127.png

883836528.128.png

883836528.129.png

883836528.130.png

883836528.131.png

883836528.133.png

883836528.134.png

883836528.135.png

883836528.136.png

883836528.137.png

883836528.138.png

883836528.139.png

883836528.140.png

883836528.141.png

883836528.142.png

883836528.144.png

883836528.145.png

883836528.146.png

883836528.147.png

883836528.148.png

883836528.149.png

883836528.150.png

883836528.151.png

883836528.152.png

883836528.153.png

883836528.155.png

883836528.156.png

883836528.157.png

883836528.158.png

883836528.159.png

883836528.160.png

883836528.161.png

883836528.162.png

883836528.163.png

883836528.164.png

883836528.166.png

883836528.167.png

883836528.168.png

883836528.169.png

883836528.170.png

883836528.171.png

883836528.172.png

883836528.173.png

883836528.174.png

883836528.175.png

883836528.177.png

883836528.178.png

883836528.179.png

883836528.180.png

883836528.181.png

883836528.182.png

883836528.183.png

883836528.184.png

883836528.185.png

883836528.186.png

883836528.188.png

883836528.189.png

883836528.190.png

883836528.191.png

883836528.192.png

883836528.193.png

883836528.194.png

883836528.195.png

883836528.196.png

883836528.197.png

883836528.199.png

883836528.200.png

883836528.201.png

883836528.202.png

883836528.203.png

883836528.204.png

883836528.205.png

883836528.206.png

883836528.207.png

883836528.208.png

883836528.210.png

883836528.211.png

883836528.212.png

883836528.213.png

883836528.214.png

883836528.215.png

883836528.216.png

883836528.217.png

883836528.218.png

883836528.219.png

883836528.221.png

883836528.222.png

883836528.223.png

883836528.224.png

883836528.225.png

883836528.226.png

883836528.227.png

883836528.228.png

883836528.229.png

883836528.230.png

883836528.232.png

883836528.233.png

883836528.234.png

883836528.235.png

883836528.236.png

883836528.237.png

883836528.238.png

883836528.239.png

883836528.240.png

883836528.241.png

883836528.243.png

883836528.244.png

883836528.245.png

883836528.246.png

883836528.247.png

883836528.248.png

883836528.249.png

883836528.250.png

883836528.251.png

883836528.252.png

883836528.254.png

883836528.255.png

883836528.256.png

883836528.257.png

883836528.258.png

883836528.259.png

883836528.260.png

883836528.261.png

883836528.262.png

883836528.263.png

KURS

wywoływana funkcja i2c_bus_open() , która jako

argument przyjmuje numer porządkowy interfej-

su I 2 C, a zwraca uchwyt do pliku reprezentują-

cego daną magistralę . Kod funkcji zamieszczono

na listingu 15 .

Działanie tej funkcji sprowadza się do utwo-

rzenia w buforze nazwy pliku odpowiadającego

interfejsowi (w naszym przypadku /dev/i2c-0 ),

a następnie otwarcia pliku reprezentującego kon-

kretny interfejs I 2 C do odczytu i zapisu za pomocą

wywołania systemowego open(). Następnie jest

wywoływana funkcja [2] , której zadaniem jest

ustalenie adresu sprzętowego, którego będą doty-

czyć wywołania systemowe read(), write() . W [3]

za pomocą wywołania systemowego write() , do re-

jestru CONFIG układu MCP2301 jest wpisywana

wartość #deine MCP9800_RES_12BIT (3<<5) ,

co powoduje ustawienie 10-bitowej rozdzielczo-

ści pomiaru temperatury. Po zakończeniu inicja-

lizacji program wchodzi do pętli nieskończonej,

w której dzięki wywołaniu funkcji tempsensor_

get() [4] jest odczytywana temperatura z czujnika

MCP2301 , a następnie w [5] jest ona wyświetlana

na standardowym wyjściu (konsola).

Na listingu 16 zamieszczono funkcję odpo-

wiedzialną za odczyt temperatury z czujnika. Aby

odczytać temperaturę, należy odczytać liczbę

16-bitową z rejestru ATR , co jest wykonywane za

pomocą sekwencji zapis/odczyt bez generowania

bitu stopu. Aby wygenerować taką sekwencję,

należy użyć wywołania systemowego ioctl(han-

dle, I2C_RDWR) oraz zdeiniować strukturę, która

w pojedynczej transakcji spowoduje wysłanie baj-

tu danych z adresem rejestru ATR , a następnie, po

wygenerowaniu ponownego bitu startu, odczyta

16 bitów danych będących zawartością rejestru

ATR. Jest to realizowane przez utworzenie tablicy

składającej się z dwóch struktur i2c_msgs repre-

zentujących transakcje zapisu pojedynczego bajtu

oraz odczytu dwóch bajtów. Następnie adres ta-

blicy temp_msgs oraz liczba jej elementów prze-

kazywana jest do struktury i2c_rdwr_ioctl_data ,

która z kolei jest przekazywana jako argument wy-

wołania ioctl(handle,I2C_RDWR, msg); Wywoła-

nie tej funkcji spowoduje wysłanie odpowiedniej

sekwencji przez magistralę I 2 C bez generowania

bitu stopu pomiędzy zapisem a odczytem.

Bit 7

Bit 0

R/W-0

R/W-0

R/W-0

R/W-0

R/W-0

R/W-0

R/W-0

R/W-0

One-Shot Resolution

Fault Queue

ALERT

Polarity

COMP/INT Shutdown

bit 7: 1 – tryb jednokrotnego pomiaru, 0 – tryb ciągłego pomiaru (domyślny)

bity 6–5: rozdzielczość pomiaru: 00b – 9 bit (0,5°C) 01b – 10 bit (0,25°C) 10b – 11 bit (0,125°C)

11b – 12 bit (°C)

bity 4–3: Określa, ile przekroczeń pomiarów wyzwala alarm (dla nas nieistotne)

bit 2: Określa polaryzację linii alarmu (dla nas nieistotne)

bit 1: Określa tryb pracy linii wyjściowej alarmu (dla nas nieistotne)

bit 0: 1 – układ uśpiony, 0 – układ aktywny

Rysunek 8. Opis bitów rejestru CONFIG (0x1h)

Bit 15

Bit 8

R-0

R-0

R-0

R-0

R-0

R-0

R-0

R-0

Sign

2 6 [°C]

2 5 [°C]

2 4 [°C]

2 3 [°C]

2 2 [°C]

2 1 [°C]

2 0 [°C]

Bit 7

Bit 0

R-0

R-0

R-0

R-0

R-0

R-0

R-0

R-0

2 -1 [°C/bit] 2 -2 [°C]

2 -3 [°C]

2 -4 [°C]

0

0

0

0

Rysunek 9. Opis bitów rejestru ATR (0x0h)

Listing 14. Program główny

int main(void)

{

//Initialize i2c bus

int handle = i2c_bus_open( 0 ); [1]

error(handle<0);

//Set destination device address

int err = ioctl(handle, I2C_SLAVE, MCP_SLAVE_ADDR); [2]

error(err<0);

//Write init string to temp sensor

static const char mcp_init[] = { MCP9800_CONFIG_REG , MCP9800_RES_12BIT };

err = write( handle, mcp_init, sizeof(mcp_init) ); [3]

error(err!=sizeof(mcp_init));

//Main loop for read sensor temp

for(;;)

{

//Read the temp

loat temp = tempsensor_get(handle); [4]

//Print temp

printf(“%.1f \r”,temp); [5]

flush(stdout);

//Sleep one sec

sleep(1);

[6]

}

//Close handle

close(handle);

return 0;

}

Listing 15. Funkcja i2c_bus_open

static int i2c_bus_open(int i2cbus)

{

char ilename[65];

snprintf(ilename, sizeof(ilename), “/dev/i2c-%d”, i2cbus);

return open(ilename, O_RDWR);

}

Listing 16. Odczyt temperatury z czujnika

loat tempsensor_get(int handle)

{

unsigned char tempreg_addr = MCP9800_TEMP_REG; //Temp sensor rego

unsigned char temp_regs[2];

struct i2c_msg temp_msgs[] = //I2c msgs

{

{

MCP_SLAVE_ADDR, //Slave addres

0, //Flags

sizeof(tempreg_addr), //transfer sizze

&tempreg_addr //Reg address

},

{

MCP_SLAVE_ADDR, //Slave adddres

I2C_M_RD, //Read lag

sizeof(temp_regs), //transfer size

temp_regs //Reg address

}

};

struct i2c_rdwr_ioctl_data msg =

{

temp_msgs, //Address of messages

sizeof(temp_msgs)/sizeof(struct i2c_msg) //Number of messages

};

int err = ioctl(handle, I2C_RDWR, &msg); //WRWR ioctl

error(err<0); //Check error

return (loat)((signed char)temp_regs[0])+ (temp_regs[1]>>4)/16.0f;

}

Uruchomienie przykładu na

BF210

Skompilowany przykład wraz z komplet-

nym systemem Linux jest dostępny w postaci

obrazu example3.img . Przykład należy nagrać

na kartę SD, tak jak to zostało opisane w pierw-

szym odcinku. Po nagraniu karty, włożeniu jej do

BF210 oraz uruchomieniu systemu, należy zalo-

gować się do konsoli jako root, a następnie uru-

chomić przykład, wpisując polecenie i2ctemp ,

co spowoduje uruchomienie programu. Jeżeli

moduł KAMOD-TEM jest dołączony, to na termi-

nalu (konsoli) powinna być widoczna aktualna

temperatura aktualizowana co 1 s. Zakończenie

działania programu jest możliwe przez wciśnię-

cie kombinacji klawiszy CTRL+C.

Lucjan Bryndza, EP

102

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 7/2011

883836528.265.png

883836528.266.png

883836528.267.png

883836528.268.png

883836528.269.png

883836528.270.png

883836528.271.png

883836528.272.png

883836528.273.png

883836528.274.png

883836528.276.png

883836528.277.png

883836528.278.png

883836528.279.png

883836528.280.png

883836528.281.png

883836528.282.png

883836528.283.png

883836528.284.png

883836528.285.png

883836528.287.png

883836528.288.png

883836528.289.png

883836528.290.png

883836528.291.png

883836528.292.png

883836528.293.png

883836528.294.png

883836528.295.png

883836528.296.png

883836528.298.png

883836528.299.png

883836528.300.png

883836528.301.png

883836528.302.png

883836528.303.png

883836528.304.png

883836528.305.png

883836528.306.png

883836528.307.png

883836528.309.png

883836528.310.png

883836528.311.png

883836528.312.png

883836528.313.png

883836528.314.png

883836528.315.png

883836528.316.png

883836528.317.png

883836528.318.png

883836528.320.png

883836528.321.png

883836528.322.png

883836528.323.png

883836528.324.png

883836528.325.png

883836528.326.png

883836528.327.png

883836528.328.png

883836528.329.png

883836528.331.png

883836528.332.png

883836528.333.png

883836528.334.png

883836528.335.png

883836528.336.png

883836528.337.png

883836528.338.png

883836528.339.png

883836528.340.png

883836528.342.png

883836528.343.png

883836528.344.png

883836528.345.png

883836528.346.png

883836528.347.png

883836528.348.png

883836528.349.png

883836528.350.png

883836528.351.png

883836528.353.png

883836528.354.png

883836528.355.png

883836528.356.png

883836528.357.png

883836528.358.png

883836528.359.png

883836528.360.png

883836528.361.png

883836528.362.png

883836528.364.png

883836528.365.png

883836528.366.png

883836528.367.png

883836528.368.png

883836528.369.png

883836528.370.png

883836528.371.png

883836528.372.png

883836528.373.png

883836528.375.png

883836528.376.png

883836528.377.png

883836528.378.png

883836528.379.png

883836528.380.png

883836528.381.png

883836528.382.png

883836528.383.png

883836528.384.png

883836528.386.png

883836528.387.png

883836528.388.png

883836528.389.png

883836528.390.png

883836528.391.png

883836528.392.png

883836528.393.png

883836528.394.png

883836528.395.png

883836528.397.png

883836528.398.png

883836528.399.png

883836528.400.png

883836528.401.png

883836528.402.png

883836528.403.png

883836528.404.png

883836528.405.png

883836528.406.png

883836528.408.png

883836528.409.png

883836528.410.png

883836528.411.png

883836528.412.png

883836528.413.png

883836528.414.png

883836528.415.png

883836528.416.png

883836528.417.png

883836528.419.png

883836528.420.png

883836528.421.png

883836528.422.png

883836528.423.png

883836528.424.png

883836528.425.png

883836528.426.png

883836528.427.png

883836528.428.png

883836528.430.png

883836528.431.png

883836528.432.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Wentylatory.pdf (1666 KB)
Star Wars. Katalizator. Wprowad - James Luceno.pdf (1665 KB)
Gordon R. Dickson - Smoczy rycerz T2.pdf (1663 KB)
LOKOMOTYWA TOWAROWA EMD JT42CWRM(Class66).pdf (1662 KB)
Greer Luanshya - Kto sieje wiatr 02 - Po burzy spokój.pdf (1660 KB)

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin