libftdi1学习笔记 7

1. 初始化

2. 原理

3. i2cStart

4. i2cStop

5. i2cRecvByte

6. i2cSendByte

7. i2cRead

8. i2cWrite

9. 验证

9.1 初始化i2c

9.2 初始化gpio

9.3 写10个字节到EEPROM

9.4 读回10字节数据

9.5 运行结果

I2C（主）采用2个或3个GPIO模拟的方式实现，如果sdao等于sdai相等，表示SDA是双向的，否则一个GPIO作为SDA输出，一个GPIO作为SDA输入。如果电平不想转换方向则选择3个GPIO的方式。注意，scl和sda必须在同一组内，比如scl在ACBUS0~7，那么sda也必须是这组内的，不能是ADBUS0~ADBUS7。

typedef struct 
{struct ftdi_context *ftdi;uint8_t scl;uint8_t sdao;uint8_t sdai;int freq;uint8_t *pCommand;int iCommand;
}mpsse_i2c_s;

freq表示I2C的频率，0表示最快速度，值越大越慢。

一般I2C可以接多个从设备，所以这里只定义了2组I2C，如果需要更多，修改数组大小即可。

typedef enum
{I2C_PORT_0 = 0,I2C_PORT_1,I2C_PORT_MAX,
}mpsse_i2c_port_e;mpsse_i2c_s i2c[I2C_PORT_MAX];

1. 初始化

void i2cInit(uint8_t port, mpsse_i2c_s init)
{if(port >= I2C_PORT_MAX)return;i2c[port] = init;i2c[port].freq += 1;
}

pCommand和iCommand这里不需要初始化。其他参数按照硬件配置即可。这里freq加1是为了后面循环时直接使用。

2. 原理

从gpio写可知，通过命令0x80或0x81写入3个字节命令，FTDI设备会执行一次IO操作，如果同样的命令写freq次，那么GPIO的操作频率就会降低。比如0x80 level dir 0x80 level dir，写了2次0x80，设备就是连续设置一样GPIO两次，频率就是写一次的一半。

注意设定I2C的GPIO必须是同一组，定义好读写命令

const uint8_t gpioWirteCommand[2] = {0x80, 0x82};
const uint8_t gpioReadCommand[2] = {0x81, 0x83};

然后根据I2C的GPIO中任意一个计算应该使用哪个命令。

#define gpioCommand(port) (i2c[port].scl / 8)

例如scl选择ACBUS0，对应IO编号为8，gpioCommand = 1，对应的读写命令为0x83和0x82。

将命令更新到命令buffer中，注意，整个I2C的操作命令是最后才真正发送给FTDI设备。

#define i2cCommandWrite(port, n)    do{\for (int i = 0; i < (int)i2c[port].freq * n; i++)\{\i2c[port].pCommand[i2c[port].iCommand++] = gpioWriteCommand[gpioCommand(port)];\i2c[port].pCommand[i2c[port].iCommand++] = (gpio.level >> (gpioCommand(port) * 8)) & 0xff;\i2c[port].pCommand[i2c[port].iCommand++] = (gpio.dir >> (gpioCommand(port) * 8)) & 0xff;\}\
}while(0)

定义SDA的输入输出：

#define i2cSDAOut(port)     do{\gpio.dir |= ((uint16_t)1 << i2c[port].sdao);\
}while(0)#define i2cSDAIn(port)      do{\gpio.dir &= (uint16_t)(~((uint16_t)1 << i2c[port].sdai));\
}while(0)

定义SDA输出高低电平：

#define i2cSDAHigh(port)    do{\gpio.level |= ((uint16_t)1 << i2c[port].sdao);\
}while(0)#define i2cSDALow(port)     do{\gpio.level &= (uint16_t)(~((uint16_t)1 << i2c[port].sdao));\
}while(0)

定义读SDA的命令：

#define i2cSDARead(port)    do{\i2c[port].pCommand[i2c[port].iCommand++] = gpioReadCommand[gpioCommand(port)];\
}while(0)

由于SCL一直为输出，不需要单独设置方向，只需要定义SCL的输出高低电平：

#define i2cSCLHigh(port)    do{\gpio.level |= ((uint16_t)1 << i2c[port].scl);\
}while(0)#define i2cSCLLow(port)     do{\gpio.level &= (uint16_t)(~((uint16_t)1 << i2c[port].scl));\
}while(0)

接下来根据i2c协议完成各个状态函数即可。

3. i2cStart

SCL为高电平，SDA产生一个下降沿即表示I2C的Start信号

void i2cStart(uint8_t port)
{//Set SDA output//SCL outputs high, SDA outputs highi2cSDAOut(port);i2cSCLHigh(port);i2cSDAHigh(port);i2cCommandWrite(port, 1);//SDA outputs lowi2cSDALow(port);i2cCommandWrite(port, 2);
}

计算command缓存区使用情况：9 * freq

#define I2C_START_CMD_LEN           (3 * 3 * i2c[port].freq)

4. i2cStop

SCL为高电平，SDA产生一个下降沿即表示I2C的Stop信号

void i2cStop(uint8_t port)
{//SDA outpus lowi2cSDALow(port);i2cCommandWrite(port, 1);//SCL outputs highi2cSCLHigh(port);i2cCommandWrite(port, 1);//SDA outputs highi2cSDAHigh(port);i2cCommandWrite(port, 1);
}

计算command缓存区使用情况：9 * freq

#define I2C_STOP_CMD_LEN           (3 * 3 * i2c[port].freq )

5. i2cRecvByte

SCL产生一个上升沿，然后SDA读入1个位数据，同样的操作连续读入8个位，然后根据参数ack SDA是否输出ack信号，SDA输出低电平且SCL产生一个上升沿即为ack信号，否则SDA输出高电平。ack完成后写入0x87命令，这个命令是将FTDI设备缓冲区中的数据立刻回传到PC。

void i2cRecvByte(uint8_t port, bool ack)
{//SCL outputs low, SDA outputs low//Set SDA as inputi2cSCLLow(port);i2cSDALow(port);i2cSDAIn(port);i2cCommandWrite(port, 1);uint8_t loop = 8;while (loop-- > 0){//SCL output lowi2cSCLLow(port);i2cCommandWrite(port, 1);//SCL output highi2cSCLHigh(port);i2cCommandWrite(port, 1);//Read SDAi2cSDARead(port);}//SCL outputs low, SDA outputs low//Set SDA as outputi2cSCLLow(port);i2cSDALow(port);i2cSDAOut(port);i2cCommandWrite(port, 1);if (ack == true){i2cSDALow(port);}else{i2cSDAHigh(port);}i2cCommandWrite(port, 1);//SCL output highi2cSCLHigh(port);i2cCommandWrite(port, 1);i2c[port].pCommand[i2c[port].iCommand++] = 0x87;//SCL output lowi2cSCLLow(port);i2cCommandWrite(port, 1);
}

注意，读入的数据此时并没有处理，等全部完成再读入数据。

计算command缓存区使用情况：

#define I2C_RECV_CMD_LEN           (5 * 3 * i2c[port].freq + 8 * (2 * 3 * i2c[port].freq + 1) + 1)

6. i2cSendByte

SCL上升沿发送SDA的一个位信息，同样的操作连续发送8个位。发送完成后同样一个SCL上升沿读入ack信息。

void i2cSendByte(uint8_t port, uint8_t dat)
{for(uint8_t j = 0; j < 8; j++){//SCL output lowi2cSCLLow(port);i2cCommandWrite(port, 1);//SDA output datif ((dat & 0x80) == 0x80)i2cSDAHigh(port);elsei2cSDALow(port);dat <<= 1;//Set SDA as outputi2cSDAOut(port);i2cCommandWrite(port, 1);//SCL output highi2cSCLHigh(port);i2cCommandWrite(port, 1);}//SCL outputs low, SDA outputs low//Set SDA as inputi2cSCLLow(port);i2cSDALow(port);i2cSDAIn(port);i2cCommandWrite(port, 1);//SCL output low//i2cSCLLow(port);//i2cCommandWrite(port, 1);//SCL output highi2cSCLHigh(port);i2cCommandWrite(port, 10);//Read SDAi2cSDARead(port);//SDA outputs high//Set SDA as outputi2cSDAHigh(port);i2cSDAOut(port);i2cCommandWrite(port, 1);//SCL output lowi2cSCLLow(port);i2cCommandWrite(port, 1);
}

计算command缓存区使用情况：

#define I2C_SEND_CMD_LEN    (8 * 3 * (4 * i2c[port].freq) + 12 * 3 * i2c[port].freq + 1)

7. i2cRead

int i2cRead(uint8_t port, uint8_t slaveAddr, uint8_t addrbit, int addr, uint8_t* dat, int len)

首先判断参数合法性

    if(port >= I2C_PORT_MAX)return -1;if(len <= 0)return -1;

在读数据前先把USB缓存读空，可以通过变量ftdi->readbuffer_remaining获取当前缓存里面有多少有效数据，大于0的情况就把数据读出来丢弃。

    if(i2c[port].ftdi->readbuffer_remaining > 0){uint8_t *pDummy = (uint8_t *)malloc(i2c[port].ftdi->readbuffer_remaining);if(pDummy){ftdi_read_data(i2c[port].ftdi, pDummy, i2c[port].ftdi->readbuffer_remaining);free(pDummy);}}

初始化Command缓存，按照发送的字节数计算需要多少个字节保存命令。

//2 * start + 4 * sendbyte + len * recvbyte + 1 * stop
int commandlength = (I2C_START_CMD_LEN * 2 + I2C_SEND_CMD_LEN * 4+ I2C_RECV_CMD_LEN * len+ I2C_STOP_CMD_LEN);
i2c[port].pCommand = (uint8_t *)malloc(commandlength);
i2c[port].iCommand = 0;

按照I2C设备的协议配置好Command缓存

    i2cStart(port);if(addrbit > 0)i2cSendByte(port, slaveAddr);if(addrbit > 8)i2cSendByte(port, (uint8_t)(addr >> 8));if(addrbit > 0){i2cSendByte(port, (uint8_t)addr);i2cStart(port);}i2cSendByte(port, slaveAddr | 0x01);int sendLen = len;while(--sendLen){i2cRecvByte(port, true);}i2cRecvByte(port, false);i2cStop(port);

然后写到FTDI设备

    if(i2c[port].iCommand > commandlength){printf("i2cRead error: command buffer is overflow %d:%d\n", i2c[port].iCommand, commandlength);if(i2c[port].pCommand)free(i2c[port].pCommand);return -2;}ftdi_write_data(i2c[port].ftdi, i2c[port].pCommand, i2c[port].iCommand);if(i2c[port].pCommand)free(i2c[port].pCommand);

发送完这些数据后，就是等待FTDI设备执行完数据并把读入的数据更新到USB驱动层。读入的数据是8个位的GPIO数据，要计算一下一共读入了多少个字节数据，每个i2cSendByte读入包含ack的一个字节，最多4个，然后在读入len个8位数据（i2cRecvByte），所以一共读入字节数为

int rdLen = ((addrbit > 0) ? 2 : 0) + ((addrbit > 8) ? 1 : 0) + 1 +len * 8;
uint8_t *pReadBuf = (uint8_t *)malloc(rdLen);

当ftdi_read_data时，实际是有一个超时的问题，如果读入的数据在设定的时间内没读回则返回超时错误，所以在调用前根据数据长度设置一个合适的超时时间：

int readtimeout = i2c[port].ftdi->usb_read_timeout;
i2c[port].ftdi->usb_read_timeout = 2 * i2c[port].iCommand + 2 * rdLen * i2c[port].freq;
int ret = ftdi_read_data(i2c[port].ftdi, pReadBuf, rdLen);

读入数据后如果出错就再试一次，如果再出错就返回错误退出。

    if(ret < rdLen){//try againint remain;if(ret < 0){remain = rdLen;ret = ftdi_read_data(i2c[port].ftdi, pReadBuf, rdLen);} else{remain = rdLen - ret;ret = ftdi_read_data(i2c[port].ftdi, pReadBuf + ret, remain);}if(ret + remain < rdLen){i2c[port].ftdi->usb_read_timeout = readtimeout;if(pReadBuf)free(pReadBuf);return -3;}}i2c[port].ftdi->usb_read_timeout = readtimeout;

此时读入的数据中包含了ack信息和I2C读回的数据信息。先判断一下ack是不是正确。

    int ackLen = ((addrbit > 0) ? 2 : 0) + ((addrbit > 8) ? 1 : 0) + 1;for(int i = 0; i < ackLen; i++){if ((pReadBuf[i] & ((uint8_t)(1 << (i2c[port].sdai % 8)))) == (uint8_t)(1 << (i2c[port].sdai % 8))) //Check ACK{printf("check ack fail %d, 0x%x\n", i, pReadBuf[i]);if(pReadBuf)free(pReadBuf);return -4;}}

然后把每个位信息组合成字节数据保存在返回指针中。

    int j = 0;for(int i = ackLen; i < rdLen; i++){int max = i + 8;uint8_t tmp = 0;for(; i < max; i++){tmp <<= 1;if ((pReadBuf[i] & ((uint8_t)(1 << (i2c[port].sdai % 8)))) == (uint8_t)(1 << (i2c[port].sdai % 8))){tmp |= 0x01;}}dat[j++] = tmp;i--;}

最后释放malloc的数据，且返回0.

    if(pReadBuf)free(pReadBuf);printf("i2cRead OK\n");return 0;

8. i2cWrite

int i2cWrite(uint8_t port, uint8_t slaveAddr, uint8_t addrbit, int addr, uint8_t* dat, int len)

类似i2cRead。

首先判断参数合法性

    if(port >= I2C_PORT_MAX)return -1;if(len <= 0)return -1;

写数据前也读空一下缓存。

    if(i2c[port].ftdi->readbuffer_remaining > 0){uint8_t *pDummy = (uint8_t *)malloc(i2c[port].ftdi->readbuffer_remaining);if(pDummy){ftdi_read_data(i2c[port].ftdi, pDummy, i2c[port].ftdi->readbuffer_remaining);free(pDummy);}}

初始化Command缓存

    //1 * start + 3 * sendbyte + len * sendbyte + 1 * stopint commandlength = (I2C_START_CMD_LEN * 1 + I2C_SEND_CMD_LEN * 3+ I2C_SEND_CMD_LEN * len+ I2C_STOP_CMD_LEN);i2c[port].pCommand = (uint8_t *)malloc(commandlength);i2c[port].iCommand = 0;

按照I2C设备的协议配置好Command缓存

    i2cStart(port);i2cSendByte(port, slaveAddr);if(addrbit > 8)i2cSendByte(port, (uint8_t)(addr >> 8));if(addrbit > 0)i2cSendByte(port, (uint8_t)addr);int n = 0;int sendLen = len;while(sendLen--){i2cSendByte(port, dat[n++]);}i2cStop(port);

将Command缓存一次发送出去

    if(i2c[port].iCommand > commandlength){printf("i2cWrite error: command buffer is overflow %d:%d\n", i2c[port].iCommand, commandlength);if(i2c[port].pCommand)free(i2c[port].pCommand);return -2;}int writetimeout = i2c[port].ftdi->usb_write_timeout;i2c[port].ftdi->usb_write_timeout = i2c[port].iCommand + len * i2c[port].freq;int ret = ftdi_write_data(i2c[port].ftdi, i2c[port].pCommand, i2c[port].iCommand);if(i2c[port].pCommand)free(i2c[port].pCommand);i2c[port].ftdi->usb_write_timeout = writetimeout;if(ret < 0){printf("usb write fail %d\n", ret);return -5;}

i2cWrite只需要读回所有的ack信息

    int rdLen = ((addrbit > 0) ? 1 : 0) + ((addrbit > 8) ? 1 : 0) + 1 + len;

同样的方式读回所有数据

    int rdLen = ((addrbit > 0) ? 1 : 0) + ((addrbit > 8) ? 1 : 0) + 1 + len;printf("need to read data:%d\n", rdLen);uint8_t *pReadBuf = (uint8_t *)malloc(rdLen);int readtimeout = i2c[port].ftdi->usb_read_timeout;i2c[port].ftdi->usb_read_timeout = i2c[port].iCommand + rdLen * i2c[port].freq;printf("usb read timeout:%d\n", i2c[port].ftdi->usb_read_timeout);ret = ftdi_read_data(i2c[port].ftdi, pReadBuf, rdLen);printf("read data number:%d\n", ret);if(ret < rdLen){//try againint remain;if(ret < 0){remain = rdLen;ret = ftdi_read_data(i2c[port].ftdi, pReadBuf, rdLen);} else{remain = rdLen - ret;ret = ftdi_read_data(i2c[port].ftdi, pReadBuf + ret, remain);}printf("retry read %d\n", ret + remain);if(ret + remain < rdLen){if(pReadBuf)free(pReadBuf);i2c[port].ftdi->usb_read_timeout = readtimeout;return -3;}}i2c[port].ftdi->usb_read_timeout = readtimeout;

判断这些读回来的数据对应SDA位的值是否符合ack正确，注意，最后一个字节并不需要判断。

    for(int i = 0; i < rdLen - 1; i++){if ((pReadBuf[i] & ((uint8_t)(1 << (i2c[port].sdai % 8)))) == (uint8_t)(1 << (i2c[port].sdai % 8))) //Check ACK{if(pReadBuf)free(pReadBuf);printf("ack fail:%d, 0x%x\n", i, pReadBuf[i]);return -4;} }