07 I2C通讯

1 I2C介绍

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。每个器件都有一个唯一的地址识别（无论是微控制器——MCU、LCD 驱动器、存储器或键盘接口），而且都可以作为一个发送器或接收器（由器件的功能决定）。

关于详细的I2C介绍请参考：

CSDN博客文章

字符	十六进制值	十进制值	说明
`'S'`	`0x53`	83	字符S
`'h'`	`0x68`	104	字符h
`'i'`	`0x69`	105	字符i
`'M'`	`0x4D`	77	字符M
`'e'`	`0x65`	101	字符e
`'t'`	`0x74`	116	字符t
`'a'`	`0x61`	97	字符a
`' '`	`0x20`	32	空格
`'P'`	`0x50`	80	字符P
`'i'`	`0x69`	105	字符i

fd是文件描述符，指定操作的设备文件；request是请求码。举个例子，你按下空调遥控器以后，遥控器会发送一段ENC红外编码，空调接收到这串编码以后进行解码操作，比如解码后得到"0x9E"，空调内部就会看自己的"任务清单"，如果看到"0x9E"表示要开启制冷，那就执行制冷操作。相应的，内核中已经定义了一些I2C的操作，我们只需要发送对应的请求码，内核接收到以后就会执行对应的操作。

...是可变的参数，根据不同的请求码发送不同的数据，比如空调指令码"0x88"表示设置温度，那这个数据可能就是温度数据。

再看我们程序中最重要的一个函数：ioctl(i2c_fd, I2C_RDWR, &i2c_data)，是不是就不难理解，它告诉Linux内核："i2c_fd对应的I2C控制器，要执行一个I2C读写操作，具体的数据是&i2c_data"。

我们再看一下Linux内核提供的i2c-dev.h文件，工程中放置于napi_init.cpp的同级目录下，代码如下：

/*
    i2c-dev.h - i2c-bus driver, char device interface

    Copyright (C) 1995-97 Simon G. Vogl
    Copyright (C) 1998-99 Frodo Looijaard <frodol@dds.nl>

    This program is free software; you can redistribute it and/or modify
    it under the terms of the GNU General Public License as published by
    the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
    (at your option) any later version.

    This program is distributed in the hope that it will be useful,
    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
    GNU General Public License for more details.

    You should have received a copy of the GNU General Public License
    along with this program; if not, write to the Free Software
    Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
*/

#ifndef _LINUX_I2C_DEV_H
#define _LINUX_I2C_DEV_H

#include <linux/types.h>
#include <linux/compiler.h>

/* /dev/i2c-X ioctl commands.  The ioctl's parameter is always an
 * unsigned long, except for:
 *  - I2C_FUNCS, takes pointer to an unsigned long
 *  - I2C_RDWR, takes pointer to struct i2c_rdwr_ioctl_data
 *  - I2C_SMBUS, takes pointer to struct i2c_smbus_ioctl_data
 */
#define I2C_RETRIES 0x0701 /* number of times a device address should
                be polled when not acknowledging */
#define I2C_TIMEOUT 0x0702 /* set timeout in units of 10 ms */

/* NOTE: Slave address is 7 or 10 bits, but 10-bit addresses
 * are NOT supported! (due to code brokenness)
 */
#define I2C_SLAVE   0x0703 /* Use this slave address */
#define I2C_SLAVE_FORCE 0x0706 /* Use this slave address, even if it
                is already in use by a driver! */
#define I2C_TENBIT  0x0704 /* 0 for 7 bit addrs, != 0 for 10 bit */

#define I2C_FUNCS   0x0705 /* Get the adapter functionality mask */

#define I2C_RDWR    0x0707 /* Combined R/W transfer (one STOP only) */

#define I2C_PEC    0x0708 /* != 0 to use PEC with SMBus */
#define I2C_SMBUS   0x0720 /* SMBus transfer */


/* This is the structure as used in the I2C_SMBUS ioctl call */
struct i2c_smbus_ioctl_data {
    __u8 read_write;
    __u8 command;
    __u32 size;
    union i2c_smbus_data __user *data;
};

/* This is the structure as used in the I2C_RDWR ioctl call */
struct i2c_rdwr_ioctl_data {
    struct i2c_msg __user *msgs;   /* pointers to i2c_msgs */
    __u32 nmsgs;         /* number of i2c_msgs */
};

#define  I2C_RDRW_IOCTL_MAX_MSGS    42

#ifdef __KERNEL__
#define I2C_MAJOR   89    /* Device major number    */
#endif

#endif /* _LINUX_I2C_DEV_H */

我们可以发现主要就是一些宏定义，定义了接收到对应请求码需要执行的操作。

#define I2C_RDWR    0x0707 /* Combined R/W transfer (one STOP only) */

/* This is the structure as used in the I2C_RDWR ioctl call */
struct i2c_rdwr_ioctl_data {
    struct i2c_msg __user *msgs;   /* pointers to i2c_msgs */
    __u32 nmsgs;         /* number of i2c_msgs */
};

我们揪出本工程中用到的I2C_RDWR为例（代码如上），它的功能就是执行一个复杂的组合I2C消息传输。参数是一个指向i2c_rdwr_ioctl_data的指针。具体实现的功能是创建一个数组i2c_msg，包含读写操作以及读写组合操作，过程中只产生一个符合I2C标准的STOP信号。

这时候再看发送I2C数据的NAPI函数就好说了：

// I2C写入一个字节
// 参数：offset (寄存器偏移地址), data (要写入的字节)
// 返回：成功返回0，失败返回-1
static napi_value I2cWriteByte(napi_env env, napi_callback_info info)
{
    size_t argc = 2;
    napi_value args[2] = {nullptr};
    napi_value result;

    napi_get_cb_info(env, info, &argc, args, nullptr, nullptr);

    if (argc < 2) {
        napi_create_int32(env, -1, &result);  // 参数错误返回-1
        return result;
    }

    if (!i2c_opened || i2c_fd < 0) {
        napi_create_int32(env, -1, &result);  // 设备未打开返回-1
        return result;
    }

    int32_t offset, data;
    napi_get_value_int32(env, args[0], &offset);
    napi_get_value_int32(env, args[1], &data);

    // 使用ioctl直接操作I2C设备
    struct i2c_rdwr_ioctl_data i2c_data;
    struct i2c_msg msg;
    unsigned char buf[2];

    buf[0] = (unsigned char)offset;  // 寄存器地址
    buf[1] = (unsigned char)data;    // 要写入的数据

    msg.addr = I2C_SLAVE_ADDR;       // I2C设备地址
    msg.flags = 0;                   // 写操作
    msg.len = 2;                     // 数据长度
    msg.buf = buf;                   // 数据缓冲区

    i2c_data.msgs = &msg;
    i2c_data.nmsgs = 1;

    int ret = ioctl(i2c_fd, I2C_RDWR, &i2c_data);

    if (ret < 0) {
        OH_LOG_Print(LOG_APP, LOG_ERROR, GLOBAL_RESMGR, I2C_TAG,
                   "I2C write byte failed: %{public}s", strerror(errno));
        napi_create_int32(env, -1, &result);  // 写入失败返回-1
        return result;
    }

    OH_LOG_Print(LOG_APP, LOG_INFO, GLOBAL_RESMGR, I2C_TAG,
               "I2C write byte success: addr=0x%{public}02X, offset=0x%{public}02X, data=0x%{public}02X",
               I2C_SLAVE_ADDR, offset, data);

    napi_create_int32(env, 0, &result);  // 成功返回0
    return result;
}

我们先看函数I2cWriteByte，具体实现功能的过程如下：

通过函数napi_get_cb_info和napi_get_value_int32获取从JavaScript端传进来的偏移值（offset）和数据（data）
再把2个字节的数据写入到数组i2c_data中
通过ioctl函数告诉内核执行I2C_RDWR操作，数据为i2c_data
底层会自动驱动物理层产生对应的I2C起始信号发送对应的2个字节数据后产生一个停止信号完成I2C信号传输过程

// I2C写入字符串
// 参数：offset (寄存器偏移地址), data (要写入的字符串)
// 返回：成功返回0，失败返回-1
static napi_value I2cWriteString(napi_env env, napi_callback_info info)
{
    size_t argc = 2;
    napi_value args[2] = {nullptr};
    napi_value result;

    napi_get_cb_info(env, info, &argc, args, nullptr, nullptr);

    if (argc < 2) {
        napi_create_int32(env, -1, &result);  // 参数错误返回-1
        return result;
    }

    if (!i2c_opened || i2c_fd < 0) {
        napi_create_int32(env, -1, &result);  // 设备未打开返回-1
        return result;
    }

    int32_t offset;
    napi_get_value_int32(env, args[0], &offset);

    size_t str_length;
    napi_get_value_string_utf8(env, args[1], nullptr, 0, &str_length);

    if (str_length == 0 || str_length > 256) {
        napi_create_int32(env, -1, &result);  // 字符串长度无效返回-1
        return result;
    }

    char* str_buffer = new char[str_length + 1];
    napi_get_value_string_utf8(env, args[1], str_buffer, str_length + 1, &str_length);

    // 使用ioctl直接操作I2C设备，逐字节写入
    struct i2c_rdwr_ioctl_data i2c_data;
    struct i2c_msg msg;
    unsigned char buf[2];
    int success_count = 0;

    for (size_t i = 0; i < str_length; i++) {
        buf[0] = (unsigned char)(offset + i);  // 寄存器地址
        buf[1] = (unsigned char)str_buffer[i]; // 要写入的数据

        msg.addr = I2C_SLAVE_ADDR;             // I2C设备地址
        msg.flags = 0;                         // 写操作
        msg.len = 2;                           // 数据长度
        msg.buf = buf;                         // 数据缓冲区

        i2c_data.msgs = &msg;
        i2c_data.nmsgs = 1;

        int ret = ioctl(i2c_fd, I2C_RDWR, &i2c_data);

        if (ret < 0) {
            OH_LOG_Print(LOG_APP, LOG_ERROR, GLOBAL_RESMGR, I2C_TAG,
                       "I2C write string failed at byte %{public}zu: %{public}s", i, strerror(errno));
            break;
        }
        success_count++;
    }

    delete[] str_buffer;

    if (success_count == (int)str_length) {
        OH_LOG_Print(LOG_APP, LOG_INFO, GLOBAL_RESMGR, I2C_TAG,
                   "I2C write string success: addr=0x%{public}02X, offset=0x%{public}02X, length=%{public}d",
                   I2C_SLAVE_ADDR, offset, success_count);

        napi_create_int32(env, 0, &result);  // 成功返回0
    } else {
        OH_LOG_Print(LOG_APP, LOG_WARN, GLOBAL_RESMGR, I2C_TAG,
                   "I2C write string partial success: %{public}d/%{public}zu bytes written", success_count, str_length);

        napi_create_int32(env, -1, &result);  // 部分失败返回-1
    }

    return result;
}

而I2C写字符串的函数就简单了，获取字符串长度后，执行对应次数的字符传输即可，这里就不再进行解释了。

07 I2C通讯

1 I2C介绍

2 I2C板卡接口

3 I2C使用---命令行的方法

3.1 I2C设备树配置

3.2 操作I2C的常用指令

3.3 具体功能演示

4. I2C使用---NAPI方式

4.1 内核权限设置

4.2 测试程序讲解

4.3 部分代码详解