diff --git a/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/02_I2C协议.md b/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/02_I2C协议.md index 6b34b9a..421a168 100644 --- a/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/02_I2C协议.md +++ b/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/02_I2C协议.md @@ -106,7 +106,7 @@ I2C协议信号如下： 前8个时钟由主设备发送数据的话，第9个时钟就由从设备发送数据； 前8个时钟由从设备发送数据的话，第9个时钟就由主设备发送数据。 * 双方设备中，某个设备发送数据时，另一方怎样才能不影响SDA上的数据？ - 设备的SDA中有一个三极管，使用开极(极电集开发出去作为输出)电路，如下图： + 设备的SDA中有一个三极管，使用开极/开漏电路(三极管是开极，CMOS管是开漏，作用一样)，如下图： ![image-20210220152057547](pic/04_I2C/010_i2c_signal_internal.png) 真值表如下： diff --git a/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析.md b/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析.md new file mode 100644 index 0000000..df77b63 --- /dev/null +++ b/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析.md @@ -0,0 +1,159 @@ +## 使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析 + +参考资料： + +* i2c_spec.pdf +* Linux文档 + * `Linux-5.4\Documentation\devicetree\bindings\i2c\i2c-gpio.yaml` + * `Linux-4.9.88\Documentation\devicetree\bindings\i2c\i2c-gpio.txt` +* Linux驱动源码 + * `Linux-5.4\drivers\i2c\busses\i2c-gpio.c` + * `Linux-4.9.88\drivers\i2c\busses\i2c-gpio.c` + +### 1. 回顾I2C协议 + +#### 1.1 硬件连接 + +I2C在硬件上的接法如下所示，主控芯片引出两条线SCL,SDA线，在一条I2C总线上可以接很多I2C设备，我们还会放一个上拉电阻（放一个上拉电阻的原因以后我们再说）。 + +![](pic/04_I2C/001_i2c_hardware_block.png) + +#### 1.2 I2C信号 + +I2C协议中数据传输的单位是字节，也就是8位。但是要用到9个时钟：前面8个时钟用来传输8数据，第9个时钟用来传输回应信号。传输时，先传输最高位(MSB)。 + +* 开始信号（S）：SCL为高电平时，SDA山高电平向低电平跳变，开始传送数据。 +* 结束信号（P）：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。 +* 响应信号(ACK)：接收器在接收到8位数据后，在第9个时钟周期，拉低SDA +* SDA上传输的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定，SDA上的数据只能在SCL为低电平期间变化 + +I2C协议信号如下： + +![image-20210220151524099](pic/04_I2C/009_i2c_signal.png) + + + +#### 1.3 协议细节 + +* 如何在SDA上实现双向传输？ + 主芯片通过一根SDA线既可以把数据发给从设备，也可以从SDA上读取数据，连接SDA线的引脚里面必然有两个引脚（发送引脚/接受引脚）。 + +* 主、从设备都可以通过SDA发送数据，肯定不能同时发送数据，怎么错开时间？ + 在9个时钟里， + 前8个时钟由主设备发送数据的话，第9个时钟就由从设备发送数据； + 前8个时钟由从设备发送数据的话，第9个时钟就由主设备发送数据。 +* 双方设备中，某个设备发送数据时，另一方怎样才能不影响SDA上的数据？ + 设备的SDA中有一个三极管，使用开极/开漏电路(三极管是开极，CMOS管是开漏，作用一样)，如下图： + ![image-20210220152057547](pic/04_I2C/010_i2c_signal_internal.png) + +真值表如下： +![image-20210220152134970](pic/04_I2C/011_true_value_table.png) + + + +从真值表和电路图我们可以知道： + +* 当某一个芯片不想影响SDA线时，那就不驱动这个三极管 +* 想让SDA输出高电平，双方都不驱动三极管(SDA通过上拉电阻变为高电平) +* 想让SDA输出低电平，就驱动三极管 + + + +从下面的例子可以看看数据是怎么传的（实现双向传输）。 +举例：主设备发送（8bit）给从设备 + +* 前8个clk + * 从设备不要影响SDA，从设备不驱动三极管 + * 主设备决定数据，主设备要发送1时不驱动三极管，要发送0时驱动三极管 + +* 第9个clk，由从设备决定数据 + * 主设备不驱动三极管 + * 从设备决定数据，要发出回应信号的话，就驱动三极管让SDA变为0 + * 从这里也可以知道ACK信号是低电平 + + + +从上面的例子，就可以知道怎样在一条线上实现双向传输，这就是SDA上要使用上拉电阻的原因。 + + + +为何SCL也要使用上拉电阻？ +在第9个时钟之后，如果有某一方需要更多的时间来处理数据，它可以一直驱动三极管把SCL拉低。 +当SCL为低电平时候，大家都不应该使用IIC总线，只有当SCL从低电平变为高电平的时候，IIC总线才能被使用。 +当它就绪后，就可以不再驱动三极管，这是上拉电阻把SCL变为高电平，其他设备就可以继续使用I2C总线了。 + + + +### 2. 使用GPIO模拟I2C的要点 + +* 引脚设为GPIO +* GPIO设为输出、开极/开漏(open collector/open drain) +* 要有上拉电阻 + + + +### 3. 驱动程序分析 + + +#### 3.1 平台总线设备驱动模型 + +![image-20210312115457885](pic/04_I2C/063_i2c-gpio_module.png) + +#### 3.2 设备树 + +对于GPIO引脚的定义，有两种方法： + +* 老方法：gpios +* 新方法：sda-gpios、scl-gpios + +![image-20210312104844329](pic/04_I2C/062_i2c-gpio_node.png) + + +#### 3.3 驱动程序分析 + +##### 1. I2C-GPIO驱动层次 + +![image-20210312120002847](pic/04_I2C/064_i2c-gpio_level.png) + + + +##### 2. 传输函数分析 + +看视频分析i2c_outb函数：`drivers\i2c\algos\i2c-algo-bit.c` +![image-20210312120147495](pic/04_I2C/065_i2c_outb.png) + + + +### 4. 怎么使用I2C-GPIO + +设置设备数，在里面添加一个节点即可，示例代码看上面： + +* compatible = "i2c-gpio"; + +* 使用pinctrl把 SDA、SCL所涉及引脚配置为GPIO、开极 + + * 可选 + +* 指定SDA、SCL所用的GPIO + +* 指定频率(2种方法)： + * i2c-gpio,delay-us = <5>; /* ~100 kHz */ + * clock-frequency = <400000>; + +* #address-cells = <1>; + +* #size-cells = <0>; + +* i2c-gpio,sda-open-drain： + + * 它表示其他驱动、其他系统已经把SDA设置为open drain了 + * 在驱动里不需要在设置为open drain + * 如果需要驱动代码自己去设置SDA为open drain，就不要提供这个属性 + +* i2c-gpio,scl-open-drain： + + * 它表示其他驱动、其他系统已经把SCL设置为open drain了 + * 在驱动里不需要在设置为open drain + * 如果需要驱动代码自己去设置SCL为open drain，就不要提供这个属性 + + \ No newline at end of file diff --git a/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析.tif b/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析.tif new file mode 100644 index 0000000..15d7b33 Binary files /dev/null and b/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析.tif differ diff --git a/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/062_i2c-gpio_node.png b/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/062_i2c-gpio_node.png new file mode 100644 index 0000000..f1ec733 Binary files /dev/null and b/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/062_i2c-gpio_node.png differ diff --git a/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/063_i2c-gpio_module.png b/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/063_i2c-gpio_module.png new file mode 100644 index 0000000..5155858 Binary files /dev/null and b/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/063_i2c-gpio_module.png differ diff --git a/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/064_i2c-gpio_level.png b/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/064_i2c-gpio_level.png new file mode 100644 index 0000000..bfe42c2 Binary files /dev/null and b/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/064_i2c-gpio_level.png differ diff --git a/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/065_i2c_outb.png b/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/065_i2c_outb.png new file mode 100644 index 0000000..6cb9589 Binary files /dev/null and b/IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/065_i2c_outb.png differ diff --git a/README.md b/README.md index 7d1d686..3f82b9c 100644 --- a/README.md +++ b/README.md @@ -121,7 +121,7 @@ git clone https://e.coding.net/weidongshan/doc_and_source_for_drivers.git * 2021.03.11 发布"I2C系统"：12\_完善虚拟的I2C_Adapter驱动并模拟EEPROM - +* 2021.03.12 发布"I2C系统"：13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析 diff --git a/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/02_I2C协议.md b/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/02_I2C协议.md index 6b34b9a..421a168 100644 --- a/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/02_I2C协议.md +++ b/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/02_I2C协议.md @@ -106,7 +106,7 @@ I2C协议信号如下： 前8个时钟由主设备发送数据的话，第9个时钟就由从设备发送数据； 前8个时钟由从设备发送数据的话，第9个时钟就由主设备发送数据。 * 双方设备中，某个设备发送数据时，另一方怎样才能不影响SDA上的数据？ - 设备的SDA中有一个三极管，使用开极(极电集开发出去作为输出)电路，如下图： + 设备的SDA中有一个三极管，使用开极/开漏电路(三极管是开极，CMOS管是开漏，作用一样)，如下图： ![image-20210220152057547](pic/04_I2C/010_i2c_signal_internal.png) 真值表如下： diff --git a/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析.md b/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析.md new file mode 100644 index 0000000..df77b63 --- /dev/null +++ b/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析.md @@ -0,0 +1,159 @@ +## 使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析 + +参考资料： + +* i2c_spec.pdf +* Linux文档 + * `Linux-5.4\Documentation\devicetree\bindings\i2c\i2c-gpio.yaml` + * `Linux-4.9.88\Documentation\devicetree\bindings\i2c\i2c-gpio.txt` +* Linux驱动源码 + * `Linux-5.4\drivers\i2c\busses\i2c-gpio.c` + * `Linux-4.9.88\drivers\i2c\busses\i2c-gpio.c` + +### 1. 回顾I2C协议 + +#### 1.1 硬件连接 + +I2C在硬件上的接法如下所示，主控芯片引出两条线SCL,SDA线，在一条I2C总线上可以接很多I2C设备，我们还会放一个上拉电阻（放一个上拉电阻的原因以后我们再说）。 + +![](pic/04_I2C/001_i2c_hardware_block.png) + +#### 1.2 I2C信号 + +I2C协议中数据传输的单位是字节，也就是8位。但是要用到9个时钟：前面8个时钟用来传输8数据，第9个时钟用来传输回应信号。传输时，先传输最高位(MSB)。 + +* 开始信号（S）：SCL为高电平时，SDA山高电平向低电平跳变，开始传送数据。 +* 结束信号（P）：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。 +* 响应信号(ACK)：接收器在接收到8位数据后，在第9个时钟周期，拉低SDA +* SDA上传输的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定，SDA上的数据只能在SCL为低电平期间变化 + +I2C协议信号如下： + +![image-20210220151524099](pic/04_I2C/009_i2c_signal.png) + + + +#### 1.3 协议细节 + +* 如何在SDA上实现双向传输？ + 主芯片通过一根SDA线既可以把数据发给从设备，也可以从SDA上读取数据，连接SDA线的引脚里面必然有两个引脚（发送引脚/接受引脚）。 + +* 主、从设备都可以通过SDA发送数据，肯定不能同时发送数据，怎么错开时间？ + 在9个时钟里， + 前8个时钟由主设备发送数据的话，第9个时钟就由从设备发送数据； + 前8个时钟由从设备发送数据的话，第9个时钟就由主设备发送数据。 +* 双方设备中，某个设备发送数据时，另一方怎样才能不影响SDA上的数据？ + 设备的SDA中有一个三极管，使用开极/开漏电路(三极管是开极，CMOS管是开漏，作用一样)，如下图： + ![image-20210220152057547](pic/04_I2C/010_i2c_signal_internal.png) + +真值表如下： +![image-20210220152134970](pic/04_I2C/011_true_value_table.png) + + + +从真值表和电路图我们可以知道： + +* 当某一个芯片不想影响SDA线时，那就不驱动这个三极管 +* 想让SDA输出高电平，双方都不驱动三极管(SDA通过上拉电阻变为高电平) +* 想让SDA输出低电平，就驱动三极管 + + + +从下面的例子可以看看数据是怎么传的（实现双向传输）。 +举例：主设备发送（8bit）给从设备 + +* 前8个clk + * 从设备不要影响SDA，从设备不驱动三极管 + * 主设备决定数据，主设备要发送1时不驱动三极管，要发送0时驱动三极管 + +* 第9个clk，由从设备决定数据 + * 主设备不驱动三极管 + * 从设备决定数据，要发出回应信号的话，就驱动三极管让SDA变为0 + * 从这里也可以知道ACK信号是低电平 + + + +从上面的例子，就可以知道怎样在一条线上实现双向传输，这就是SDA上要使用上拉电阻的原因。 + + + +为何SCL也要使用上拉电阻？ +在第9个时钟之后，如果有某一方需要更多的时间来处理数据，它可以一直驱动三极管把SCL拉低。 +当SCL为低电平时候，大家都不应该使用IIC总线，只有当SCL从低电平变为高电平的时候，IIC总线才能被使用。 +当它就绪后，就可以不再驱动三极管，这是上拉电阻把SCL变为高电平，其他设备就可以继续使用I2C总线了。 + + + +### 2. 使用GPIO模拟I2C的要点 + +* 引脚设为GPIO +* GPIO设为输出、开极/开漏(open collector/open drain) +* 要有上拉电阻 + + + +### 3. 驱动程序分析 + + +#### 3.1 平台总线设备驱动模型 + +![image-20210312115457885](pic/04_I2C/063_i2c-gpio_module.png) + +#### 3.2 设备树 + +对于GPIO引脚的定义，有两种方法： + +* 老方法：gpios +* 新方法：sda-gpios、scl-gpios + +![image-20210312104844329](pic/04_I2C/062_i2c-gpio_node.png) + + +#### 3.3 驱动程序分析 + +##### 1. I2C-GPIO驱动层次 + +![image-20210312120002847](pic/04_I2C/064_i2c-gpio_level.png) + + + +##### 2. 传输函数分析 + +看视频分析i2c_outb函数：`drivers\i2c\algos\i2c-algo-bit.c` +![image-20210312120147495](pic/04_I2C/065_i2c_outb.png) + + + +### 4. 怎么使用I2C-GPIO + +设置设备数，在里面添加一个节点即可，示例代码看上面： + +* compatible = "i2c-gpio"; + +* 使用pinctrl把 SDA、SCL所涉及引脚配置为GPIO、开极 + + * 可选 + +* 指定SDA、SCL所用的GPIO + +* 指定频率(2种方法)： + * i2c-gpio,delay-us = <5>; /* ~100 kHz */ + * clock-frequency = <400000>; + +* #address-cells = <1>; + +* #size-cells = <0>; + +* i2c-gpio,sda-open-drain： + + * 它表示其他驱动、其他系统已经把SDA设置为open drain了 + * 在驱动里不需要在设置为open drain + * 如果需要驱动代码自己去设置SDA为open drain，就不要提供这个属性 + +* i2c-gpio,scl-open-drain： + + * 它表示其他驱动、其他系统已经把SCL设置为open drain了 + * 在驱动里不需要在设置为open drain + * 如果需要驱动代码自己去设置SCL为open drain，就不要提供这个属性 + + \ No newline at end of file diff --git a/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析.tif b/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析.tif new file mode 100644 index 0000000..15d7b33 Binary files /dev/null and b/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/13_使用GPIO模拟I2C的驱动程序分析.tif differ diff --git a/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/062_i2c-gpio_node.png b/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/062_i2c-gpio_node.png new file mode 100644 index 0000000..f1ec733 Binary files /dev/null and b/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/062_i2c-gpio_node.png differ diff --git a/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/063_i2c-gpio_module.png b/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/063_i2c-gpio_module.png new file mode 100644 index 0000000..5155858 Binary files /dev/null and b/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/063_i2c-gpio_module.png differ diff --git a/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/064_i2c-gpio_level.png b/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/064_i2c-gpio_level.png new file mode 100644 index 0000000..bfe42c2 Binary files /dev/null and b/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/064_i2c-gpio_level.png differ diff --git a/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/065_i2c_outb.png b/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/065_i2c_outb.png new file mode 100644 index 0000000..6cb9589 Binary files /dev/null and b/STM32MP157/doc_pic/04_I2C/pic/04_I2C/065_i2c_outb.png differ