I2C 驱动开发

1. 概述

1.1 功能简介

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种两线式串行通信协议，由 SDA（数据线）和 SCL（时钟线）组成。RK3576 内置多路 I2C 控制器，支持标准模式（100kHz）、快速模式（400kHz）等速率，广泛用于连接传感器、EEPROM、PMIC 等低速外设。M4-R2 底板 40PIN 引脚提供 I2C 接口（Pin3/Pin5 为 I2C8，Pin27/Pin28 为 I2C0），开发者可外接 I2C 从设备。

1.2 应用场景

传感器读取：温湿度传感器、加速度计、陀螺仪等
EEPROM 存储：读写小容量非易失性存储器
PMIC 通信：与电源管理芯片通信，配置电压轨
触摸屏控制器：连接 I2C 接口的触摸屏 IC
音频编解码器：配置 Codec 芯片的寄存器

1.3 工作原理

I2C 总线采用主从架构，支持多主机。通信过程包括：起始信号 → 从机地址 + 读写位 → 应答 → 数据传输 → 停止信号。RK3576 的 I2C 控制器支持 7 位寻址模式，内置 FIFO 缓冲区，支持中断与轮询方式传输。

详见 RK 官方文档：[《Rockchip_Developer_Guide_Linux_Software_CN.pdf》]

2. 硬件准备

2.1 硬件清单

组件	型号/规格	数量	备注
主控板	C-3576BQ 核心板 + M4-R2 底板	1
调试串口线	USB 转 TTL（3.3V）	1	波特率 1500000
I2C 从设备	AT24C02 EEPROM / TMP102 温度传感器	1	地址 0x50 / 0x48
上拉电阻	4.7kΩ	2	SDA、SCL 各一个
杜邦线	母对母	若干

2.2 引脚连接

以 M4-R2 底板 40PIN 的 I2C8 接口（Pin3/Pin5）为例：

主控板引脚	外设引脚	功能说明
I2C8_SDA（40PIN Pin3）	EEPROM SDA	I2C 数据线
I2C8_SCL（40PIN Pin5）	EEPROM SCL	I2C 时钟线
3.3V	EEPROM VCC	电源
GND（40PIN Pin9）	EEPROM GND	共地

40PIN 的 Pin3/Pin5 为 I2C8 接口，Pin27/Pin28 为 I2C0 接口（S-01）。实际操作时应选择未被其他功能占用的 I2C 总线，详细引脚位置见 40PIN 引脚定义。

2.3 硬件确认

# 确认 I2C 总线是否存在
ls /dev/i2c-*

# 扫描 I2C 总线上的设备
i2cdetect -y 0
# 输出示例：
#      0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
# 00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
# 10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
# 20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
# 30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
# 40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
# 50: 50 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
# 60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
# 70: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

3. 软件准备

3.1 内核配置

确认以下内核配置已启用：

CONFIG_I2C=y
CONFIG_I2C_CHARDEV=y
CONFIG_I2C_RK3X=y
CONFIG_OF=y
CONFIG_OF_I2C=y

CONFIG_I2C_RK3X 是 Rockchip I2C 控制器的通用驱动，适用于 RK3576。

3.2 设备树

RK3576 的 I2C 控制器在设备树中定义（以下为 RK 平台通用结构示例）：

i2c8: i2c@fe5cc000 {
    compatible = "rockchip,rk3576-i2c", "rockchip,rk3399-i2c";
    reg = <0x0 0xfe5cc000 0x0 0x1000>;
    clocks = <&cru CLK_I2C8>, <&cru PCLK_I2C8>;
    clock-names = "i2c", "pclk";
    interrupts = <GIC_SPI 110 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&i2c8m0_xfer>;
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    status = "disabled";
};

以上寄存器基地址、中断号与时钟标识为 RK 平台通用结构示例，具体数值以实际发布的 RK3576 SDK 设备树为准（待板上确认）。

4. 操作步骤

4.1 查看 I2C 总线信息

# 查看 I2C 适配器信息
cat /sys/class/i2c-adapter/i2c-0/name
# 输出：rk3x-i2c

# 查看 I2C 设备列表
ls /sys/bus/i2c/devices/
# 输出：0-0050  i2c-0  i2c-1  i2c-2  ...

4.2 读写 I2C 设备

# 读取 AT24C02 EEPROM 地址 0x00 的数据
i2cget -y 0 0x50 0x00

# 向 AT24C02 EEPROM 地址 0x00 写入数据 0xAA
i2cset -y 0 0x50 0x00 0xAA

# 转储 AT24C02 前 16 字节
i2cdump -y 0 0x50

# 扫描 I2C 总线
i2cdetect -y 0

4.3 设备树中挂载 I2C 从设备

&i2c8 {
    status = "okay";
    clock-frequency = <400000>;  // 400kHz (Fast Mode)

    // 挂载 AT24C02 EEPROM
    eeprom: eeprom@50 {
        compatible = "atmel,at24";
        reg = <0x50>;
        pagesize = <8>;
    };

    // 挂载 TMP102 温度传感器
    temp_sensor: temperature-sensor@48 {
        compatible = "ti,tmp102";
        reg = <0x48>;
        interrupt-parent = <&gpio3>;
        interrupts = <RK_PB1 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;
    };
};

4.4 通过 sysfs 查看 I2C 信息

# 查看 I2C 适配器详情
cat /sys/class/i2c-adapter/i2c-0/device/0-0050/name
# 输出：eeprom

# 查看 I2C 驱动绑定
ls /sys/bus/i2c/drivers/at24/

5. 代码详解

5.1 内核中 I2C 驱动的注册

// RK3576 I2C 控制器驱动（简化）
// drivers/i2c/busses/i2c-rk3x.c

static struct platform_driver rk3x_i2c_driver = {
    .probe  = rk3x_i2c_probe,
    .remove = rk3x_i2c_remove,
    .driver = {
        .name = "rk3x-i2c",
        .of_match_table = rk3x_i2c_match,
    },
};

static const struct of_device_id rk3x_i2c_match[] = {
    { .compatible = "rockchip,rk3576-i2c" },
    { /* sentinel */ }
};

5.2 用户空间 I2C 操作的内核调用链

用户空间 i2cget -y 0 0x50 0x00
  → i2cdev_open()
    → i2c_transfer()
      → rk3x_i2c_xfer()
        → 设置 I2C 寄存器，发起传输

6. 常见问题

6.1 I2C 总线无响应

现象： i2cdetect 扫描不到任何设备

解决方案：

# 检查 I2C 总线是否正常
cat /sys/kernel/debug/i2c/i2c-0

# 确认设备树中 I2C 节点状态
# 具体节点路径以实际 DTB 反编译结果为准
dtc -I dtb -O dts /sys/firmware/fdt | grep -A3 "i2c@"
# 应输出 "okay"

检查硬件连接（SDA、SCL 上拉电阻是否正确）、从机地址是否正确。

6.2 I2C 传输超时

现象： 读写 I2C 设备时提示 timeout

解决方案：

# 查看 I2C 错误日志
dmesg | grep -i i2c

检查时钟频率是否过高、从设备是否支持当前速率、总线是否被其他设备占用。

6.3 I2C 地址冲突

现象： 两个设备响应同一个地址

解决方案： 确认每个 I2C 从设备的地址引脚配置（A0/A1/A2），确保地址唯一。使用 i2cdetect 逐个扫描确认。