基于ARM-Linux的IIC串行通信

徐海林

（安徽理工大學計算機科學與工程學院，安徽淮南，232001）

0 引言

在現(xiàn)代社會，嵌入式以及半導體技術發(fā)展迅速。嵌入式技術被應用到了社會上的各個方面，尤其以手機，平板電腦，醫(yī)療電子，自動領域更為明顯。而嵌入式技術的核心是嵌入式處理器，在眾多的嵌入式處理器領域中又以ARM最為典型。

IIC總線是Philips公司首先推出的新一代串行擴展總線，在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。本文主要研究ARMLinux系統(tǒng)中IIC設備驅(qū)動程序的設計方法。

1 IIC總線技術介紹以及AT24C02與ARM芯片相連接

IIC 是Inter-Integrated Circuit(集成電路總線）的縮寫，這種總線類型在八十年代初由飛利浦半導體公司設計出來。IIC總線是一種高性能的串行總線，這種總線連線少，結構簡單，使用方便，從而大大簡化系統(tǒng)的硬件設計。IIC總線由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL兩條線構成通信線路，既可以接受數(shù)據(jù)又可以發(fā)送數(shù)據(jù)。每一個帶有IIC總線的芯片都有一個固定的地址，他們通過這個唯一固定的地址通信，互相接受和發(fā)送信息。每個IIC總線芯片都可以是一個單獨的接受者和發(fā)送者。

1.1 IIC總線的特點

IIC總線是一種雙向的串行接口總線，它的最大的特點就是簡單和高效率。正是這種總線采用了串行通信方式，所以IIC總線只需要很少的空間和IO接口。IIC總線通過上拉電阻連接正電源，當總線空閑時，兩根線均是高電平。連接到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號變低，即各器件的SDA與SCL都是“線與”的關系。IIC總線的數(shù)據(jù)傳輸效率在標準模式下可以達到100Kbps，在快速模式下可以達到400Kbps，在高速模式下可以達到3.4Mbps。

1.2 IIC總線的信號

IIC總線總共能產(chǎn)生三種信號：起始信號、結束信號和響應信號。

（1）起始信號：當SCL總線處于高電平狀態(tài)，SDA總線的電平從高電平處于低電平，代表著處理器向IIC芯片發(fā)送了起始信號。

圖1 AT24C02的芯片引腳圖

（2）結束信號：同樣當SCL總線上的電平為高電平，SDA總線的電平從低電平處于高電平狀態(tài)，代表著處理器向IIC芯片發(fā)送了結束信號。

（3）響應信號：當芯片接受和發(fā)送完數(shù)據(jù)后，在第9個時鐘周期，拉低SDA電平，這就是響應信號，標志著數(shù)據(jù)接受完成或者讀完成。

1.3 EEPROM AT24C02與ARM芯片連接

AT24C02是美國公司生產(chǎn)的低功耗的CMOS串行EEPROM，它有四種標準工作電壓，分別是5.0V/2.7V/2.5和1.8V。AT24C02共有8個引腳，SDA引腳輸出串行數(shù)據(jù)，SCL輸出串行時鐘，A1、A2、A3是地址線引腳，它決定了AT24C02 的地址，七號引腳是寫保護引腳，當它為低電平時，當WP引腳接到VCC上，所有的內(nèi)容被寫保護，只能讀。AT24C02內(nèi)部含有256個8位字節(jié)，總共有32個頁，每個頁有8個字節(jié)。AT24C02不能發(fā)送數(shù)據(jù)，它只能接受數(shù)據(jù)。AT24C02的引腳如圖1所示。

由于IIC總線在嵌入式系統(tǒng)中的廣泛應用，S3C2440X芯片內(nèi)部集成了IIC總線接口，方便系統(tǒng)對IIC總線的應用。IIC總線在主從設備中接受和收發(fā)信息，只需要對IIC的特殊功能寄存器進行相應的設置，就可以使用了。在S3C2440中，IIC特殊功能寄存器有IICCON、IICSTAT、IICDS和IICADD。S3C2440的IIC接口工作流程如圖2所示。

圖2 S3C2440的IIC接口工作流程圖

2 接口驅(qū)動的編寫

在嵌入式Linux系統(tǒng)中設備驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分，完成對設備初始化、讀寫操作和控制等功能。在廣泛應用的ARMLinux及其Android的嵌入式軟硬件系統(tǒng)中，經(jīng)常涉及到內(nèi)部整合電路IIC總線的操作及其設備的添加與驅(qū)動的實現(xiàn)。

2.1 IIC總線設備驅(qū)動模型

ARM-Linux下，IIC總線設備驅(qū)動采用了總線設備驅(qū)動模型，IIC分為3個層次IIC內(nèi)核和IIC總線驅(qū)動和IIC設備驅(qū)動。在IIC內(nèi)核中定義了一個i2C_bus_type結構體，里面定義了一個mach函數(shù)，一個設備鏈表，一個驅(qū)動鏈表。在ARM-Linux中通過mach函數(shù)來配對驅(qū)動鏈表中的驅(qū)動和與之相對應的設備鏈表中的設備。IIC內(nèi)核中還提供了一些數(shù)據(jù)結構的定義和接口函數(shù)，這些函數(shù)實現(xiàn)了一個IIC驅(qū)動的注冊、以及設備的尋找和適配器的讀寫通信代碼。在IIC 設備驅(qū)動中提供了一個IIC 設備的物理相關信息，而IIC 驅(qū)動則實現(xiàn)了從機設備驅(qū)動，包括read、write、以及ioctl等用戶層接口。

2.2 i2C-client定義

ARM-linux中添加IIC設備驅(qū)動，首先是編寫該設備的i2c-driver驅(qū)動，然后是編寫跟這個設備相關的i2C-client驅(qū)動，最后向系統(tǒng)注冊該驅(qū)動。為了方便編寫i2C-client，在linux內(nèi)核2.6中定義了一個i2C_board_info結構體，里面的兩個重要成員name和addr可以很輕松幫我們識別設備的地址和找到該設備的i2c-driver驅(qū)動。成員name定義了該設備的名稱，上面提到的mach函數(shù)會根據(jù)成員name來配對相對應的i2c-driver。而成員addr則向內(nèi)核提供了該IIC設備的唯一地址，用來辨別該設備。

2.3 借用通用I2C-dev.c驅(qū)動添加新設備

采用I2C-dev.c來編寫IIC驅(qū)動是最簡單的方法。它實際上是通過應用層操作IIC適配器來控制i2c設備的。I2C-dev.c是一種通用的IIC驅(qū)動，它提供了通用的read（）、write（）和ioctl()等函數(shù)接口。應用層通過訪問這些接口來訪問掛接在IIC適配器上的IIC設備的存儲空間和寄存器。其實I2C-dev.c對應的read（）、write（）是分別調(diào)用了IIC內(nèi)核心的i2C_master_recv()和i2C_master_send ()函數(shù)，這樣的驅(qū)動可讀性和可設計性都得到了大大的增加。

3 結束語

IIC總線在現(xiàn)在電子技術中得到廣泛的應用，在ARM—Linux中，采用了總線驅(qū)動模型三層設備驅(qū)動架構，使得IIC驅(qū)動程序設計更加的簡單，方便閱讀與設計。

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