ArmSom--I2C开发指南
1. 简介
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本⽂介绍在rockchip平台下如何配置i2c接口的方法并且添加调试验证i2c外设的例子
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开发板：ArmSoM-W3
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Kernel：5.10.160
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OS：Debian11
2. i2c接口概述
i2c 总线控制器通过串行数据（SDA）线和串行时钟 （SCL）线在连接到总线的器件间传递信息。
i2c总线一些特征：
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只有两根线分别是串行数据线（SDA），串行时钟线（SCL）。
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每个器件都有一个唯一的地址识别
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使用串行8位双向数据传输方式。
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可以使用普通GPIO口模拟I2C，但要需要将GPIO配置成OD模式（开漏模式）
3. 芯片i2c资源
RK3588旗舰芯片上可使用的I2C有9组，ArmSoM SOM-3588-LGA核心板采用LGA 506引脚封装方式将I2C资源全部引出，ArmSoM-W3板子上接有部分i2c外设以及40PIN资源如下：
ArmSom-W3_I2C_RTCArmSom-W3_I2C_40PIN
4. i2c使用
RK3588使用I2C 的驱动是i2c-rk3x.c，参考文件 kernel/Documentation/devicetree/bindings/i2c/i2c-rk3x.txt。
4.1 DTS配置
i2c资源使用只需要在设备树下进行配置，例如上述RTC芯片的配置如下：
&i2c6 {
status = "okay";
//i2c-scl-rising-time-ns = <265>;
//i2c-scl-falling-time-ns = <11>;
//clock-frequency = <400000>;
hym8563: hym8563@51 {
compatible = "haoyu,hym8563";
reg = <0x51>;
#clock-cells = <0>;
clock-frequency = <32768>;
clock-output-names = "hym8563";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&rtc_int>;
interrupt-parent = <&gpio0>;
interrupts = <RK_PB0 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;
};
};
参数说明：
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clock-frequency： 默认 frequency 为 100k 可不配置，其它 I2C 频率需要配置，最大可配置频率由i2c-scl-rising-time-ns 决定；例如配置 400k，clock-frequency=<400000>。
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i2c-scl-rising-time-ns：SCL 上升沿时间由硬件决定，例如测得 SCL 上升沿 365ns，i2c-scl-rising-time-ns=<365>。(默认可以不配置)
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i2c-scl-falling-time-ns: SCL 下降沿时间, 一般不变, 等同于 i2c-sda-falling-time-ns。(默认也可以不配置）
在使用i2c设备树配置的时候，有些方面需要注意：
1.上述rtc使用的引脚是I2C6_SDA_M0和I2C6_SCL_M0，硬件接口有些可以使用I2C6_SDA_M1，或者I2C6_SDA_M3，要修改默认配置
i2c6: i2c@fec80000 {
compatible = "rockchip,rk3588-i2c", "rockchip,rk3399-i2c";
reg = <0x0 0xfec80000 0x0 0x1000>;
clocks = <&cru 146>, <&cru 138>;
clock-names = "i2c", "pclk";
interrupts = <0 323 4>;
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&i2c6m0_xfer>;//&i2c6m1_xfer、&i2c6m3_xfer
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
status = "disabled";
};
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i2c地址主要由7bit的
比如：读,0A3H 写，0A2H 在linux驱动中要取这个ic设备的从设备地址，就是0xA3或者0xA2右移一位得到
4.2 GPIO 模拟 I2C
I2C 用 GPIO 模拟，内核已经有实现，请参考文档：Documentation/devicetree/bindings/i2c/i2c-gpio.txt 下面是使用的例子，dts 下配置 I2C 节点。
i2c@4 {
compatible = "i2c-gpio";
gpios = <&gpio5 9 GPIO_ACTIVE_HIGH>, /* sda */
<&gpio5 8 GPIO_ACTIVE_HIGH>; /* scl */
i2c-gpio,delay-us = <2>; /* ~100 kHz */
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&i2c4_gpio>;
status = "okay";
gt9xx: gt9xx@14 {
compatible = "goodix,gt9xx";
reg = <0x14>;
touch-gpio = <&gpio5 11 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;
reset-gpio = <&gpio5 10 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
max-x = <1200>;
max-y = <1900>;
tp-size = <911>;
tp-supply = <&vcc_tp>;
status = "okay";
};
};
一般不推荐使用 GPIO，效率不高。
5. 检查i2c设备
5.1 IIC 第三方工具
I2C tool 是一个开源工具，需自行下载进行交叉编译，代码下载地址： https://www.kernel.org/pub/software/utils/i2c-tools/或者<git clone git://git.kernel.org/pub/scm/utils/i2c-tools/i2c-tools.git> 编译后会生成 i2cdetect，i2cdump，i2cset，i2cget 等工具，可以直接在命令行上调试使用，I2C tool 是开源的，编译与使用参考里面的 README 与帮助说明。
ArmSoM-W3板子对应的出厂固件已经在系统下集成了这个工具，可以直接使用，比如扫描I2C总线上的RTC设备：
root@linaro-alip:~# i2cdetect -y 6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
00: -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- UU -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --
root@linaro-alip:~#
扫描到对应的RTC芯片的I2C地址为0X51
常用的命令还有以下几个。
#检测当前系统有几组i2c总线
i2cdetect -l
#查看i2c-0接口上的设备
i2cdetect -a 6
#读取指定设备的全部寄存器的值。
i2cdump -f -y 6 0x51
#读取指定IIC设备的某个寄存器的值，如下读取地址为0x51器件中的0x01寄存器值。
i2cget -f -y 6 0x51 0x01
#写入指定IIC设备的某个寄存器的值，如下设置地址为0x51器件中的0x01寄存器值为0x1a；
i2cset -f -y 3 0x51 0x01 0x1a
5.2 RTC使用
Linux系统下包含两个时间：系统时间和RTC时间。
linux命令中的date和time等命令都是用来设置系统时间的，而hwclock命令是用来设置和读写RTC时间的。
root@linaro-alip:~# hwclock -r
2018-05-24 16:38:13.115443+00:00 //查看硬件时间
root@linaro-alip:~# date
2018年 05月 24日 星期四 16:38:21 UTC //查看系统时间
root@linaro-alip:~# date -s "2023-10-24 11:45:00"
2023年 10月 24日 星期二 11:45:00 UTC //重新设置系统时间
root@linaro-alip:~# hwclock -w //同步系统时间到rtc上，掉电不丢失时间
root@linaro-alip:~# hwclock -r
2023-10-24 11:45:17.694727+00:00
5.3 I2C 常见问题
如果调用 I2C 传输接口返回值为 -6(-ENXIO)时候，表示为 NACK 错误，即对方设备无应答响应
这种情况一般为外设的问题，常见的有以下几种情况：
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I2C 地址错误；
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I2C slave 设备处于不正常工作状态，比如没有上电，错误的上电时序以及设备异常等；
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I2C 时序不符合 slave 设备所要求也会产生 NACK 信号，比如 slave 设备需要的是 stop 信号,而不是
repeat start 信号的时候；
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I2C 总线受外部干扰导致的，用示波器测量可以看到是一个 ACK 波形。
当出现 I2C 的 log 类似："timeout, ipd: 0x80, state: 1"时，看到 ipd 为 0x80 打印，可以说明当前 SCL 被 slave 拉住，要判断被哪个 slave 拉住： 一是排除法，适用于外设不多的情况，而且复现概率高； 二是需要修改硬件，在 SCL 总线上串入电阻，通过电阻两端产生的压差来确定，电压更低的那端 外设为拉低的 slave，电阻的选取以不影响 I2C 传输且可以看出压差为标准，一般上拉电阻的 1/20 以上都可以，如果是 host 拉低也可以看出。 常见的情况是 sda 被拉低，证明是谁拉低的。
有时候i2c初始化有问题时速率可以降低看有没有改善。遇到的 I2C 问题最好的办法是抓取 I2C 出错时候的波形，通过波形来分析 I2C 问 题，I2C 的波形非常有用，大部分的问题都能分析出来。
6. 读取eeprom数据实验
本章介绍通过IIC接口读写eeprom(AT24C08)的数据。 本次实验会以i2c-7做为示例，接其他i2c引脚操作也是一样的 当然，并不是只能用这个eeprom这个模组，这只是做个简单的示例，如果您没有这个模块，可以通过学习操作eeprom的方式操作您想要操作的i2c设备。
6.1 硬件连接
将eeprom接入到ArmSoM-W3开发板的i2c-7的总线上，如下图所示
ArmSom-W3_I2C_CONNECT
板子eeprom3.3V(1)VCCGND(39)GNDSCL(5)SCLSDA(3)SCA
6.2 软件配置
在文件kernel\arch\arm64\boot\dts\rockchip\rk3588-armsom-w3.dts文件下添加下面代码：
&i2c7 {
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&i2c7m3_xfer>;
clock-frequency = <100000>;
status = "okay";
eeprom@50 {
status = "okay";
compatible = "at,24c08";
reg = <0x50>;
};
};
eeprom驱动在drivers/misc/eeprom/下面，如果是其他i2c接口芯片在kernel目录下没有驱动，可以去对找对应芯片厂商提供驱动文件
ArmSom-W3_I2C_build
将eeprom的驱动编译进内核测试
6.3 读写数据测试
找到模块位置：
root@linaro-alip:~# find / -name "at24"
/sys/bus/i2c/drivers/at24
读eeprom内容：
ArmSom-W3_I2C_read
写eeprom内容：
ArmSom-W3_I2C_write