Linux 驱动 | 高级驱动

Linux 驱动 | 高级驱动 | I2C子系统

学习笔记

主要内容：
1，i2c协议和时序
2，i2c子系统软件框架
3，i2c从设备驱动编写方式–不考虑具体的硬件
4，mpu6050硬件连接，陀螺仪和加速度工作原理，它们的应用
5，mpu6050数据和获取
6，mpu6050从设备驱动编写

I2C驱动开发：
I2C从设备驱动开发
硬件芯片：从设备
cmos camera
ts ：电容触摸屏
gsenor: 重力传感器
eeprom: 存储设备
HDMI:高清输出接口

2，i2c子系统软件框架

应用
------------------------------------------
i2c driver:从设备驱动层需要和应用层进行交互封包数据，不知道数据是如何写入到硬件------------------------------------------
i2c 核心层：维护i2c 总线，包括i2c driver, i2c client链表
drivers/i2c/i2c-core.c
---------------------------------------------------
i2c adapter层：i2c控制层，初始化i2c控制器完成将数据写入或读取-从设备硬件不知道数据具体是什么，但是知道如何操作从设备
drivers/i2c/busses/i2c-s3c2410.c
================================================================
确保i2c core和i2c adatper层必须编译进内核：make menuconfigDevice Drivers  --->-*- I2C support  ---> //编译i2c-core.cI2C Hardware Bus support  ---><*> S3C2410 I2C Driver // i2c-s3c2410.c/sys/bus/i2c/
/sys/bus/i2c/devices/i2c-0 [root@farsight i2c-0]# cat names3c2410-i2c

3, I2c子系统中涉及到的设备树文件：
i2c控制器地址
0x1386_0000,
0x1387_0000,
0x1388_0000,
0x1389_0000,
0x138A_0000,
0x138B_0000, ------ MPU6050
0x138C_0000,
0x138D_0000,
0x138E_0000

MPU6050: 从设备地址是0x68soc GPB_3---	I2C_SCL5GPB_3---  I2C_SDA5GPX3_3--- GYRO_INT在内核中默认就有了i2c0--13860000.i2c模板：控制器对应的设备树：arch/arm/boot/dts/exynos4.dtsii2c_0: i2c@13860000 {#address-cells = <1>;#size-cells = <0>;compatible = "samsung,s3c2440-i2c";reg = <0x13860000 0x100>;interrupts = <0 58 0>;clocks = <&clock 317>;clock-names = "i2c";pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&i2c0_bus>;status = "disabled";};i2c_5: i2c@138B0000 {#address-cells = <1>;#size-cells = <0>;compatible = "samsung,s3c2440-i2c";reg = <0x138B0000 0x100>;interrupts = <0 63 0>;clocks = <&clock 322>;clock-names = "i2c";status = "disabled";};描述从设备信息的设备树的模板arch/arm/boot/dts/exynos4412-fs4412.dtsi2c@13860000 {#address-cells = <1>;#size-cells = <0>;samsung,i2c-sda-delay = <100>;samsung,i2c-max-bus-freq = <20000>;pinctrl-0 = <&i2c0_bus>;pinctrl-names = "default";status = "okay";s5m8767_pmic@66 {compatible = "samsung,s5m8767-pmic";reg = <0x66>;}}新增加i2c从设备，arch/arm/boot/dts/exynos4412-fs4412.dts增加i2c5控制和它包含了设备设备i2c@138B0000 {/*i2c adapter5信息*/#address-cells = <1>;#size-cells = <0>;samsung,i2c-sda-delay = <100>;samsung,i2c-max-bus-freq = <20000>;pinctrl-0 = <&i2c5_bus>;pinctrl-names = "default";status = "okay";mpu6050@68 { /*i2c client信息*/compatible = "invensense,mpu6050";reg = <0x68>;};};保存后make dtbscp -raf arch/arm/boot/dts/exynos4412-fs4412.dtb /tftpboot/

4,i2c driver驱动的编写：
a，添加i2c client的信息，必须包含在控制器对应的节点中
b，直接编写i2c driver
1，构建i2c driver，并注册到i2c总线
2，实现probe：
|
申请设备号，实现fops
创建设备文件
通过i2c的接口去初始化i2c从设备

几个常用的对象：
struct i2c_driver {//表示是一个从设备的驱动对象int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *);int (*remove)(struct i2c_client *);struct device_driver driver; //继承了父类|const struct of_device_id	*of_match_table;const struct i2c_device_id *id_table;//用于做比对，非设备树的情况
}
注册和注销int i2c_add_driver( struct i2c_driver *driver);void i2c_del_driver(struct i2c_driver *);struct i2c_client {//描述一个从设备的信息,不需要在代码中创建，因为是由i2c adapter帮我们创建unsigned short addr;		//从设备地址，来自于设备树中<reg>char name[I2C_NAME_SIZE]; //用于和i2c driver进行匹配，来自于设备树中compatiblestruct i2c_adapter *adapter;//指向当前从设备所存在的i2c adapterstruct device dev;		// 继承了父类
};
创建i2c client的函数
struct i2c_client *i2c_new_device(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_board_info const *info)struct i2c_adapter {//描述一个i2c控制器，也不是我们要构建，原厂的代码会帮我们构建const struct i2c_algorithm *algo; //算法|int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs,int num);struct device dev; //继承了父类，也会被加入到i2c busint nr; //编号}
注册和注销：
int i2c_add_adapter(struct i2c_adapter * adapter);
void i2c_del_adapter(struct i2c_adapter * adap);struct i2c_msg {//描述一个从设备要发送的数据的数据包__u16 addr;	 //从设备地址，发送给那个从设备__u16 flags; //读1还是写0__u16 len;		//发送数据的长度__u8 *buf;		//指向数据的指针
};
//写从设备
int i2c_master_send(const struct i2c_client * client,const char * buf,int count)
//读从设备
int i2c_master_recv(const struct i2c_client * client,char * buf,int count)
以上两个函数都调用了：
int i2c_transfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num)

5，陀螺仪和加速度工作原理，它们的应用
陀螺仪的作用：
原理：
小时候玩过陀螺，如果给它一定的旋转速度，陀螺会竖立旋转起来而不会倒,
主要因为高速旋转有抗拒方向改变的趋向

		陀螺仪就是内部的转子高速旋转，形成一个固定的初始化的参考平面，这样就可以通过测量初始的参考平面偏差计算出物体的旋转情况陀螺仪的强项在于测量设备自身的旋转运动陀螺仪的产生：1850年法国的物理学家福柯(J.Foucault)为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转子(rotor)，由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字gyro(旋转)和skopein(看)两字合为gyro scopei一字来命名这种仪表陀螺仪的基本部件：(1) 陀螺转子，转子装在一支架内(2)内、外环，它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构内环可环绕平面两轴作自由运动在内环架外加上一外环架，可以环绕平面做三轴作自由运动(3) 附件(是指力矩马达、信号传感器等)。陀螺仪的数据获取：		XYZ分别代表设备围绕XYZ三个轴旋转的角速度，陀螺仪可以捕捉很微小的运动轨迹变化，因此可以做高分辨率和快速反应的旋转检测，但不能测量当前的运行方向应用：1，陀螺仪用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器2，手机上的摄像头配合使用，比如防抖3，各类手机游戏的传感器，包括一些第一视角类射击游戏，陀螺仪完整监测游戏者手的位移手机中的陀螺仪最早被iphone4应用，所以被大家所熟知4，导航，手机配合GPS，导航能力已经可以达到专用的gps导航仪重力加速度：原理：重力施加在物体上,使它产生一个加速度，重力大小和此物体的质量成正比物体在不同的运行中，会产生不同的重力，从而可以测量出物体的运动情况重力加速度的数据获取：加速度测量传感器有x、y、z三轴，注意在手机上屏幕的坐标，以左上角作为原点的，而且Y向下。注意区分这两个不同的坐标系。加速传感器的单位是加速度m/s2。如果手机平放好，x，y在位置为0，而z轴方向加速度=当前z方向加速度-g。由于g（重力加速度）垂直向下，则g=-9.81m/s2，即z轴 a=0-(-9.81)=9.81m/s2应用：1，图像自动翻转2，游戏控制3，计步器功能

6,寄存器：
#define SMPLRT_DIV 0x19 //采样频率寄存器-25 典型值：0x07(125Hz)
//寄存器集合里的数据根据采样频率更新
#define CONFIG 0x1A //配置寄存器-26-典型值：0x06(5Hz)
//DLPF is disabled（DLPF_CFG=0 or 7）
#define GYRO_CONFIG 0x1B//陀螺仪配置-27,可以配置自检和满量程范围
//典型值：0x18(不自检，2000deg/s)
#define ACCEL_CONFIG 0x1C //加速度配置-28 可以配置自检和满量程范围及高通滤波频率
//典型值：0x01(不自检，2G，5Hz)
#define ACCEL_XOUT_H 0x3B //59-65,加速度计测量值 XOUT_H
#define ACCEL_XOUT_L 0x3C // XOUT_L
#define ACCEL_YOUT_H 0x3D //YOUT_H
#define ACCEL_YOUT_L 0x3E //YOUT_L
#define ACCEL_ZOUT_H 0x3F //ZOUT_H
#define ACCEL_ZOUT_L 0x40 //ZOUT_L—64
#define TEMP_OUT_H 0x41 //温度测量值–65
#define TEMP_OUT_L 0x42
#define GYRO_XOUT_H 0x43 //陀螺仪值–67，采样频率（由寄存器 25 定义）写入到这些寄存器
#define GYRO_XOUT_L 0x44
#define GYRO_YOUT_H 0x45
#define GYRO_YOUT_L 0x46
#define GYRO_ZOUT_H 0x47
#define GYRO_ZOUT_L 0x48 //陀螺仪值–72
#define PWR_MGMT_1 0x6B //电源管理典型值：0x00(正常启用)

7, ioctl:　给驱动发送不同指令
应用程序：
ioctl(fd, cmd, args);
========================================
驱动中：xxx_ioctl()
{
switch(cmd){

		}
}如何定义命令：1， 直接定义一个数字#define IOC_GET_ACCEL  0x99992, 通过系统的接口_IO(x,y)_IOR(x,y,z)_IOW(x,y,z)参数1：表示magic，字符参数2：区分不同命令，整数　参数３：传给驱动数据类型

8,mpu6050的数据
陀螺仪可测范围为欧拉角格式±250，±500，±1000，±2000°/秒（dps），加速度计可测范围为±2，±4，±8，±16g
加速度读取的值为：
AFS_SEL Full scale rang LSB Sensitivy
0 ±2g -----------------------16384 LSB/g
1 ±4g -----------------------8192 LSB/g
2 ±8g -----------------------4096 LSB/g
3 ±16g------------------------2048 LSB/g

	温度值：C = (TEMP_OUT Register Value )/340 + 36.53陀螺仪值：FS_SEL      Full scale rang                  LSB  Sensitivy0				+-250 度/s ------------------131 LSB 度/s1				+-500 度/s ------------------65.5 LSB 度/s2				+-1000 度/s -----------------32.8 LSB 度/s3				+-2000 度/s ------------------16.4 LSB 度/s

代码

驱动代码

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/input.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/i2c.h>#include <asm/io.h>
#include <asm/uaccess.h>#include "mpu6050.h"#define SMPLRT_DIV		0x19 //采样频率寄存器-25 典型值：0x07(125Hz)//寄存器集合里的数据根据采样频率更新
#define CONFIG			0x1A	//配置寄存器-26-典型值：0x06(5Hz)//DLPF is disabled（DLPF_CFG=0 or 7）
#define GYRO_CONFIG		0x1B//陀螺仪配置-27,可以配置自检和满量程范围//典型值：0x18(