Linux 下使用ＩＩＣ总线 读写 EEPROM by 韩大卫 @吉林师范大学

handawei@jusontech.com

转载请务必表明出处

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2012.7.16

1，本文给出了linux 下使用IIC总线读写EEPROM 的实现程序。

2, 本文给出了在编程中遇到的几种非常隐蔽的错误的解决方法。

3，本文的读写程序非常通用：

i2c -d /dev/i2c-1 -s 0x51 0x05 18 -----Write 18 to the register: 0x05 of the i2c-slave address: 0x51

i2c -d /dev/i2c-10 0x57 0x05 ------Read the register: 0x05 of the i2c-slave address: 0x57

i2c 0x40 0x0f ----- 在默认路径下读 i2c 从设备地址为0x40的 0x0f的地址(或寄存器地址)

我们嵌入式系统中的E2PROM 是 24C02.先简单了解一下这款芯片：

AT24C02的存储容量为2Kb，内容分成32页，每页8B，共256B，操作时有两种寻址方式：芯片寻址和片内子地址寻址。

(1)芯片寻址：AT24C02的芯片地址为1010，其地址控制字格式为 1010A2A1A0R/W。其中A2，A1，A0可编程地址选择位。

A2，A1，A0引脚接高、低电平后得到确定的三位编码，与1010形成7位编码， 即为该器件的地址码。R/W为芯片读写控制位，

该位为0，表示芯片进行写操作。

(2)片内子地址寻址：芯片寻址可对内部256B中的任一个进行读/写操作，其寻址范围为00~FF，共256个寻址单位。

我们采用的是第2种 寻址方式。

另外，有一个问题需要了解一下，就是EEPROM 与flash , 什么时候使用EEPROM，什么时候用FLASH合适。

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From Www.baidu.com :

Flash存储器又称闪存，它结合了ROM和RAM的长处，不仅具备电子可擦除可编程(EEPROM)的性能，还可以快速读取数据(NVRAM的优势)，使数据不会因为断电而丢失。U盘和MP3里用的就是这种存储器。用作存储Bootloader以及操作系统或者程序代码，或者直接当硬盘使用(U盘)。

一， EEPROM以单字节读写，FLASH部分芯片只能以块方式擦除(整片擦除),部分芯片可以单字节写入(编程),一般需要采用块写入方式；

二，FLASH比EEPROM读写速度更快，可靠性更高。

三，价格方面比较，FLASH比EEPROM贵。

So，我们的版卡参数信息，等一些固定的,小量的，不需要经常修改资料信息放在EEPROM中。而flash作为存储程序的存储器，存放操作系统代码等需要快速读写的，经常访问的数据。

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先介绍下遇到的一些问题：

问题一： Bad address 在使用ioctl 在用户层将包装好的data 发送给内核，但是运行结果显示：

error = Bad address

我原来以为是不是给我访问地址不对， 可是地址是正确的。

后来看到了报错的位置:

在内核代码 driver/i2c/i2c-dev.c ，函数i2cdev_ioctl_rdrw()中

if (copy_from_user(&rdwr_arg,

(struct i2c_rdwr_ioctl_data __user *)arg,

sizeof(rdwr_arg)))

return -EFAULT;

这条语句返回了错误提示bad address 。

经过查资料，出错的非常原因隐蔽又非常简单：

copy_to_user的定义是：

copy_to_user ( void __user * to , const void * from , unsigned long n );

可是这个unsigned long 在32bit的处理器上是等于 unsigned int 的，都是4个字节，32bit。

所以我最初在eeprom_io.h中有这样的定义：typedef unsigned long u32;

在eeprom_io.c中：ioctl(fd, I2C_RDWR, (u32)iocs);

我们的版卡的处理器是64bit mips系列处理器，unsigned long 就是8个字节，64bit。交叉编译器不会报错的。

但运行后就会由于字节的问题一直有 Bad address的错误反馈。这误导我单纯了认为是地址不对。

后来我将typedef unsigned long u32 改为 typedef unsigned long u64;

ioctl(fd, I2C_RDWR, (u64)iocs) 。才将这个问题解决。

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问题二，程序执行一次write 后再执行write的时候出现：Input/output error 同样的，执行一次write 后再执行 read 也有这样的错误。

我将addr改为 0x90,0x10 。运行结果都是报错： Input output error

找到报错的位置：

是在 XXX_i2c_xfer () 中下的一的执行函数： octeon_i2c_simple_write()

cmd = __raw_readq(i2c->twsi_base + SW_TWSI);

printk(KERN_DEBUG "%s:after readq cmd = %llx\n",__func__,cmd);

if ((cmd & SW_TWSI_R) == 0) {

if (octeon_i2c_lost_arb(cmd))

goto retry;

ret = -EIO;

这个EIO 在用户层上

printf("%s:error = %s\n",__FUNCTION__,strerror(errno));

会显示input/output error

观察dmesg:

[ 2656.285759] octeon_i2c_xfer: num = 1

[ 2656.285769] octeon_i2c_xfer:msgs[0].addr = 57, msgs[0].flags = 0, msgs[0].len = 2

[ 2656.285780] octeon_i2c_xfer:msgs[0].buf[0] = 0

[ 2656.285789] octeon_i2c_simple_write:

[ 2656.285797] octeon_i2c_simple_write:cmd = 8090570000000000

[ 2656.285808] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[1] = 10,cmd = 8090570000000010

[ 2656.285820] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[0] = 0,cmd = 8090570000000010

[ 2656.285948] octeon_i2c_simple_write:after readq cmd = 090570000000020

[ 2656.285955]

我将正确执行的程序dmesg 打印出来作为对比：

[ 4312.259857] octeon_i2c_xfer: num = 1

[ 4312.259866] octeon_i2c_xfer:msgs[0].addr = 51, msgs[0].flags = 0, msgs[0].len = 2

[ 4312.259878] octeon_i2c_xfer:msgs[0].buf[0] = 2

[ 4312.259887] octeon_i2c_simple_write:

[ 4312.259895] octeon_i2c_simple_write:cmd = 8090510000000000

[ 4312.259906] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[1] = 30,cmd = 8090510000000030

[ 4312.259918] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[0] = 02,cmd = 8090510000000230

[ 4312.260227] octeon_i2c_simple_write:after readq cmd = 01905100ffffffff

第一次write执行成功，这说明代码没有问题，那么第二次执行失败，应该是有别的原因，上网查了一下24C02 的资料，

原来是这样：

“数据写完之后，给一个停止信号后一定要延时10MS，24C02需要这么久载入数据” 这是24C02的电气特性。

在write函数使一次用usleep(10000) 。

补充一下：我们的CPU 为6内核500M主频，计算处理能力极强。如果在用户层写一般的延时

程序根本不起作用，一般使用2个for，一个for执行10000次，在PC上就有会明显的延时。 但

是在我们的嵌入式系统中，使用8个for语句，每个for执行10000次，丝毫没有影响，起不到

一丝的延时作用。另外，单纯的使用for作用延时，会将CPU处于满负荷阻塞状态，

影响其他功能，所以，建议大家使用usleep()函数，usleep(10000), 正好是10Ms，这样

最佳的使用了CPU时间。

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问题三，关于

fd = i_open("/dev/i2c-2",TIMEOUT,RETRY);

这个语句本身没有问题，在我的系统上也测试通过了，但是其他系统有使用出错的情况，

我观察他的dmesg:

[ 4515.609931] octeon_i2c_xfer: num = 1

[ 4515.609941] octeon_i2c_xfer:msgs[0].addr = 57, msgs[0].flags = 0, msgs[0].len = 2

[ 4515.609952] octeon_i2c_xfer:msgs[0].buf[0] = 2

[ 4515.609961] octeon_i2c_simple_write:

[ 4515.609969] octeon_i2c_simple_write:cmd = 8090570000000000

[ 4515.609980] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[1] = 01,cmd = 8090570000000001

[ 4515.609992] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[0] = 02,cmd = 8090570000000201

[ 4515.610117] octeon_i2c_simple_write:after readq cmd = 0090570000000020

我执行了一次正确的write， 打印出结果作为对比：

[ 4312.259857] octeon_i2c_xfer: num = 1

[ 4312.259866] octeon_i2c_xfer:msgs[0].addr = 51, msgs[0].flags = 0, msgs[0].len = 2

[ 4312.259878] octeon_i2c_xfer:msgs[0].buf[0] = 2

[ 4312.259887] octeon_i2c_simple_write:

[ 4312.259895] octeon_i2c_simple_write:cmd = 8090510000000000

[ 4312.259906] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[1] = 30,cmd = 8090510000000030

[ 4312.259918] octeon_i2c_simple_write:msgs[0].buf[0] = 02,cmd = 8090510000000230

[ 4312.260227] octeon_i2c_simple_write:after readq cmd = 01905100ffffffff

后来经过研究，是访问的i2c bus 出了问题。

原因如下：

在我的版卡的datasheet 上： 24C02 是挂在I2C0 上的，/dev/i2c-0, /dev/i2c2--/dev/i2c-9

都是属于I2c0的，这样访问这些bus都可以。但是 /dev/i2c-1,/devi2c-10---/dev/i2c-33 这些的都

是属于I2C1的 ，所以单纯的 fd = i_open("/dev/i2c-2",TIMEOUT,RET

RY)这样的程序不能得到通用，唯一的办法是在中使用argv ，

将路径作为参数传进来， 进而能进入正确的/dev/i2c-* 号bus。 同时为了做到简化，

将/dev/i2c-0作为默认路径。 使用时候可以

i2c -d /dev/i2c-1 0x57 0x10 使用 /dev/i2c-1 作为路径

i2c 0x57 0x10 使用默认路径/dev/i2c-0.

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下面是 实现代码 . Main.c :

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#include "i2c.h"

#define TIMEOUT3

#define RETRY3

static int fd;

static u16 addr;

static u8 offset;

int i_open(unsigned char* dev, unsigned int timeout, unsigned int retry){

return i2c_open(dev,timeout,retry);

}

int read_data(u16 addr, u8 offset, u8 *val){

int ret;

ret = i2c_read_data(addr,offset,val);

if(ret < 0){

printf("%s error!\n",__FUNCTION__);

exit(-1);

}

printf("read success, val = %02x\n",*val);

return 0;

}

int write_data(u16 addr, u8 offset, char* argv){

int ret;

u8 val = (unsigned char)strtoul(argv,0,16);

ret = i2c_write_data(addr,offset,val);

if(ret < 0){

printf("%s error!\n",__FUNCTION__);

exit(-1);

}

printf("write success , val = %02x\n",val);

usleep(10000); // 延时程序

return 0;

}

int help_info(void){

printf("\nUsage: i2c [-d PATH] ADDR OFFSET\n");

printf("\nOr: i2c [-d PATH] -s ADDR OFFSET DATA \n");

printf("\nRead or Write the register of i2c slave\n");

printf("\nFor example\n");

printf("\ti2c 0x51 0x05\t\t\t\t\t\tRead the register: 0x05 of the address: 0x51\n");

printf("\ti2c -d /dev/i2c-10 0x51 0x05\t\t\t\tRead the register: 0x05 of the address: 0x51\n");

printf("\ti2c -d /dev/i2c-1 -s 0x51 0x05 18\t\t\tWrite 18 to the register: 0x05 of the address: 0x51\n\n");

return 0;

}

void i2c_path(char* argv){

fd = i_open(argv,TIMEOUT,RETRY);

if( fd < 0 ){

printf("i2c_open error!\n");

exit(-1);

}

}

void i2c_addr(char * argv){

char *s = argv;

addr= bin2bcd(atoi(s+2));

}

void i2c_offs(char *argv){

char *s = argv;

offset= bin2bcd(atoi(s+2));

}

int main(int argc,char* argv[]){

u8 val;

switch(argc){

case 2 :{

if(!strcmp(argv[1],"-h") || !strcmp(argv[1],"--help")){

help_info();

}else{

printf("cmd error!\n");

exit(-1);

}

}break;

case 3 :{

i2c_path("/dev/i2c-1");

i2c_addr(argv[1]);

i2c_offs(argv[2]);

read_data(addr,offset,&val);

}break;

case 5 :{

if(!strcmp(argv[1],"-d")){

i2c_path(argv[2]);

i2c_addr(argv[3]);

i2c_offs(argv[4]);

read_data(addr,offset,&val);

}else if(!strcmp(argv[1],"-s")){

i2c_path("/dev/i2c-1");

i2c_addr(argv[2]);

i2c_offs(argv[3]);

write_data(addr,offset,argv[4]);

}else {

printf("cmd error!\n");

exit(-1);

}

}break;

case 7 :{

if(!strcmp(argv[1],"-d")){

i2c_path(argv[2]);

if(!strcmp(argv[3],"-s")){

i2c_addr(argv[4]);

i2c_offs(argv[5]);

write_data(addr,offset,argv[6]);

}

}else {

printf("cmd error!\n");

exit(-1);

}

}break;

default:

printf("Please input --help or -h for help information\n");

}

close(fd);

return 0;

}

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i2c.c :

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#include "i2c.h"

static int fd;

int

i2c_read_data(u16 addr, u8 offset, u8 *val)

{

int i,ret = 0;

struct i2c_rdwr_ioctl_data *data;

if ((data = (struct i2c_rdwr_ioctl_data *)malloc(sizeof(struct i2c_rdwr_ioctl_data))) ==

NULL)

return -1;

data->nmsgs = 2;

if ((data->msgs = (struct i2c_msg *)malloc(data->nmsgs * sizeof(struct i2c_msg))) ==

NULL) {

ret = -1;

goto errexit3;

}

if ((data->msgs[0].buf = (unsigned char *)malloc(sizeof(unsigned char))) == NULL) {

ret = -1;

goto errexit2;

}

if ((data->msgs[1].buf = (unsigned char *)malloc(sizeof(unsigned char))) == NULL) {

ret = -1;

goto errexit1;

}

data->msgs[0].addr = addr;

data->msgs[0].flags = 0;

data->msgs[0].len = 1;

data->msgs[0].buf[0] = offset;

data->msgs[1].addr = addr;

data->msgs[1].flags = I2C_M_RD;

data->msgs[1].len = 13;//original data is 1

data->msgs[1].buf[0] = 0;

if ((ret = __i2c_send(fd, data)) < 0)

goto errexit0;

for(i = 0 ;i < data->msgs[1].len; i++)

val[i] = data->msgs[1].buf[i];

errexit0:

free(data->msgs[1].buf);

errexit1:

free(data->msgs[0].buf);

errexit2:

free(data->msgs);

errexit3:

free(data);

return ret;

}

int

i2c_write_data(u16 addr, u8 offset, u8 val)

{

int ret = 0;

struct i2c_rdwr_ioctl_data *data;

if ((data = (struct i2c_rdwr_ioctl_data *)malloc(sizeof(struct i2c_rdwr_ioctl_data))) ==

NULL)

return -1;

data->nmsgs = 1;

if ((data->msgs = (struct i2c_msg *)malloc(data->nmsgs * sizeof(struct i2c_msg))) == NULL)

{

ret = -1;

goto errexit2;

}

if ((data->msgs[0].buf = (unsigned char *)malloc(2 * sizeof(unsigned char))) == NULL) {

ret = -1;

goto errexit1;

}

data->msgs[0].addr = addr;

data->msgs[0].flags = 0;

data->msgs[0].len = 2;

data->msgs[0].buf[0] = offset;

data->msgs[0].buf[1] = val;

if ((ret = __i2c_send(fd, data)) < 0)

goto errexit0;

errexit0:

free(data->msgs[0].buf);

errexit1:

free(data->msgs);

errexit2:

free(data);

return ret;

}

int

i2c_open(unsigned char* dev, unsigned int timeout, unsigned int retry)

{

if ((fd = open(dev, O_RDWR)) < 0)

return fd;

__i2c_set(fd, timeout, retry);

return fd;

}

static int

__i2c_send(int fd, struct i2c_rdwr_ioctl_data *data)

{

if (fd < 0)

return -1;

if (data == NULL)

return -1;

if (data->msgs == NULL || data->nmsgs == 0)

return -1;

return ioctl(fd, I2C_RDWR, (unsigned long)data) ;

}

static int

__i2c_set(int fd, unsigned int timeout, unsigned int retry)

{

if (fd == 0 )

return -1;

ioctl(fd, I2C_TIMEOUT, timeout ? timeout : I2C_DEFAULT_TIMEOUT);

ioctl(fd, I2C_RETRIES, retry ? retry : I2C_DEFAULT_RETRY);

return 0;

}

void

i2c_close(int fd)

{

if (fd < 0)

return;

close(fd);

}

unsigned bcd2bin(unsigned char val)

{

return (val & 0x0f) + (val >> 4) * 10;

}

unsigned char bin2bcd(unsigned val)

{

return ((val / 10) << 4) + val % 10;

}

i2c.h ：

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#ifndef I2C_H

#define I2C_H

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define I2C_DEFAULT_TIMEOUT1

#define I2C_DEFAULT_RETRY3

typedef unsigned char u8;

typedef unsigned short u16;

typedef unsigned int u32;

typedef unsigned long long u64;

typedef signed char s8;

typedef short s16;

typedef int s32;

typedef long long s64;

unsigned bcd2bin(unsigned char val);

unsigned bcd2bin(unsigned char val);

static int

__i2c_send(int fd, struct i2c_rdwr_ioctl_data *data);

static int

__i2c_set(int fd, unsigned int timeout, unsigned int retry);

int

i2c_read_data(u16 addr, u8 offset, u8 *val);

int

i2c_write_data(u16 addr, u8 offset, u8 val);

int

i2c_open(unsigned char* dev, unsigned int timeout, unsigned int retry);

#endif

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by 韩大卫 @吉林师范大学