传感器套件试用1-基于stm32的rt-thread IIC 驱动框架代码...

andeyqi

感谢社区活动申请的传感器套件，申请套件的目的主要是学习RT-thread的驱动框架，将传感器应用于RT-thread平台。传感器套件中其中5种传感器模块为I2C接口（加速度传感器/气压传感器/地磁传感器/接近照度传感器/彩色传感器模块），一个是GPIO口（霍尔传感器模块），两个是模拟接口（温度传感器/紫外线传感器模块）。其中IIC使用的还是很广泛的，开始使用前学习先开始学习了解下基于stm32的rt-thread IIC 驱动框架，之后进行传感器的学习。

rt-thread 4.0.1版本已经集成了基于stm32 IIC驱动框架，美中不足的是官方代码的驱动框架是基于模拟IIC的方式实现的，要是集成的是硬件的方式就更棒了，相信不久以后的RTT会有的，主要涉及的文件如下，以下指示个人的一点理解，理解的有不对的地方欢迎各位拍砖。

\rt-thread\components\drivers\i2c\i2c_dev.c
\rt-thread\components\drivers\i2c\i2c_core.c
\rt-thread\components\drivers\i2c\i2c-bit-ops.c
\rt-thread\bsp\stm32\libraries\HAL_Drivers\drv_soft_i2c.c
我们由下而上的了解熟悉各个文件的作用：
①drv_soft_i2c.c:提供BSP相关的硬件操作函数，操作IIC 的SDA,和SCL总线电平，提供上层模拟IIC总线使用完成IIC信号的物理层操作。
向上层提供的操作函数如下：

1. struct rt_i2c_bit_ops
   
2. {
   
3.     void *data;            /* private data for lowlevel routines */
   
4.     void (*set_sda)(void *data, rt_int32_t state);
   
5.     void (*set_scl)(void *data, rt_int32_t state);
   
6.     rt_int32_t (*get_sda)(void *data);
   
7.     rt_int32_t (*get_scl)(void *data);
   
8. 
   
9.     void (*udelay)(rt_uint32_t us);
   
10. 
    
11.     rt_uint32_t delay_us;  /* scl and sda line delay */
    
12.     rt_uint32_t timeout;   /* in tick */
    
13. };

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上述的void *data;指向如下的内部私有数据，配置设置对应硬件的ID,和向上注册的总线name。rt-thread将引脚的抽象成对应芯片封装的引脚号，具体再次不具体讲述，感兴趣可以查看RTT的gpio框架。如下链接是之前写的自己的认识。
http://www.stmcu.org.cn/module/forum/thread-616950-1-1.html

1. /* stm32 config class */
   
2. struct stm32_soft_i2c_config
   
3. {
   
4.     rt_uint8_t scl;
   
5.     rt_uint8_t sda;
   
6.     const char *bus_name;
   
7. };

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该文件的入口函数如下：该函数会在系统启动完成后自动调用。
stm32_i2c_gpio_init==》设置GPIO默认电平总线空闲状态，SDA,SCL为高电平。
rt_i2c_bit_add_bus==》调用（\rt-thread\components\drivers\i2c\i2c-bit-ops.c）中的函数，向上注册驱动层IO操作函数，注册的结构如下，其中的priv成员指向底层的IO操作函数完成总线设备和底层的IO操作函数的绑定，从而上层使用rt_i2c_bus_device 对应的对象就能完成对总线的操作。

1. /*for i2c bus driver*/
   
2. struct rt_i2c_bus_device
   
3. {
   
4.     struct rt_device parent;
   
5.     const struct rt_i2c_bus_device_ops *ops;
   
6.     rt_uint16_t  flags;
   
7.     rt_uint16_t  addr;
   
8.     struct rt_mutex lock;
   
9.     rt_uint32_t  timeout;
   
10.     rt_uint32_t  retries;
    
11.     void *priv;
    
12. };

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stm32_i2c_bus_unlock==》按照注释是解锁总线，解锁原理如下（该问题开始也没有理解后来在网上搜索到如下解释和大家共勉下）：每次I2C主设备复位后，如果检测到SDA数据线被拉低，则控制I2C中的SCL时钟线产生9个时钟脉冲(针对8位数据的情况，“9个clk可以激活”的方法来自NXP的文档，NXP（Philips）作为I2C总线的鼻祖，这样的说法是可信的)，这样I2C从设备就可以完成被挂起的读操作，从死锁状态中恢复过来。

1. /* I2C initialization function */
   
2. int rt_hw_i2c_init(void)
   
3. {
   
4. ......
   
5.         stm32_i2c_gpio_init(&i2c_obj[i]);
   
6.         result = rt_i2c_bit_add_bus(&i2c_obj[i].i2c2_bus, soft_i2c_config[i].bus_name);
   
7.         RT_ASSERT(result == RT_EOK);
   
8.         stm32_i2c_bus_unlock(&soft_i2c_config[i]);
   
9. ......
   
10. }
    
11. INIT_BOARD_EXPORT(rt_hw_i2c_init);

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②i2c-bit-ops.c：封装底层提供的IO操作函数完成，提供IIC core核心层对应的操作函数，向IIC core提供的操作方法如下。

1. struct rt_i2c_bus_device_ops
   
2. {
   
3.     rt_size_t (*master_xfer)(struct rt_i2c_bus_device *bus,
   
4.                              struct rt_i2c_msg msgs[],
   
5.                              rt_uint32_t num);
   
6.     rt_size_t (*slave_xfer)(struct rt_i2c_bus_device *bus,
   
7.                             struct rt_i2c_msg msgs[],
   
8.                             rt_uint32_t num);
   
9.     rt_err_t (*i2c_bus_control)(struct rt_i2c_bus_device *bus,
   
10.                                 rt_uint32_t,
    
11.                                 rt_uint32_t);
    
12. };

复制代码

该文件中只实现master_xfer函数，另外两个函数指针设置为NULL。

1. static const struct rt_i2c_bus_device_ops i2c_bit_bus_ops =
   
2. {
   
3.     i2c_bit_xfer,
   
4.     RT_NULL,
   
5.     RT_NULL
   
6. };

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从i2c_bit_xfer 函数我们可以看出，该函数只是只是对底层提供函数的操作的进一步封住，提供核心层（core）使用,struct rt_i2c_bit_ops *ops = bus->priv 取出底层的函数来按照IIC协议来发送数据。

1. static rt_size_t i2c_bit_xfer(struct rt_i2c_bus_device *bus,
   
2.                               struct rt_i2c_msg         msgs[],
   
3.                               rt_uint32_t               num)
   
4. {
   
5.     struct rt_i2c_msg *msg;
   
6.     struct rt_i2c_bit_ops *ops = bus->priv;
   
7. ......
   
8.     i2c_start(ops);
   
9. ......
   
10.     i2c_stop(ops);
    
11. 
    
12.     return ret;
    
13. }

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③i2c_core.c：抽象通用的IIC操作函数供应用层使用，调用i2c-bit-ops.c注册的函数指针master_xfer 完成数据的处理。

1. rt_size_t rt_i2c_transfer(struct rt_i2c_bus_device *bus,
   
2.                           struct rt_i2c_msg         msgs[],
   
3.                           rt_uint32_t               num)
   
4. {
   
5.     rt_size_t ret;
   
6. 
   
7.     if (bus->ops->master_xfer)
   
8.     {
   
9. #ifdef RT_I2C_DEBUG
   
10.         for (ret = 0; ret < num; ret++)
    
11.         {
    
12.             i2c_dbg("msgs[%d] %c, addr=0x%02x, len=%d\n", ret,
    
13.                     (msgs[ret].flags & RT_I2C_RD) ? 'R' : 'W',
    
14.                     msgs[ret].addr, msgs[ret].len);
    
15.         }
    
16. #endif
    
17. 
    
18.         rt_mutex_take(&bus->lock, RT_WAITING_FOREVER);
    
19.         ret = bus->ops->master_xfer(bus, msgs, num);
    
20.         rt_mutex_release(&bus->lock);
    
21. 
    
22.         return ret;
    
23.     }
    
24.     else
    
25.     {
    
26.         i2c_dbg("I2C bus operation not supported\n");
    
27. 
    
28.         return 0;
    
29.     }
    
30. }

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④i2c_dev.c 文件只是对core层文件的简单处理，BUS注册到驱动的IO设备层，供用户调用使用。

框架的注册层级关系如下：

1. 注册流程:
   
2. rt_hw_i2c_init(void)
   
3. ==>>rt_i2c_bit_add_bus()
   
4.          ==>rt_i2c_bus_device_register()
   
5.                ==>rt_i2c_bus_device_device_init()
   
6.                       ==>rt_device_register()
   
7. 调用关系：
   
8. rt_device_find()
   
9. i2c_bus_device_read()
   
10. ==>rt_i2c_master_recv()
    
11.      ==>rt_i2c_transfer()
    
12.            ==>  bus->ops->master_xfer(bus, msgs, num)<==>i2c_bit_xfer(bus, msgs, num)

复制代码

代码的框架理解后下一步将传感器代码融入系统框架..........................

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