ARM开发之基于IIC协议的TM1650驱动实现（模拟IIC实现）-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了ARM开发之基于IIC协议的TM1650驱动实现（模拟IIC实现）。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、内存映射

1、什么是内存映射？为什么要内存映射？

2、gec6818如何进行内存映射？（相关的函数）

3、内存映射代码：

二、模拟IIC的底层代码实现

1、配置输入输出方向

2、拉高拉低引脚

3、获得总线传回的数据

4、协议的实现

三、TM1650的使用

1、TM1650简介

2、TM1650怎么驱动？

2.1 控制命令

2.2 显存地址

2.3 对显存地址写数据时序

四、针对TM1650实现的IIC驱动

1、TM1650模块驱动（完整驱动代码）

2、驱动测试程序

3、Makefile

4、Linux操作

关键词：

1、模拟IIC协议

2、S5P6818

3、ARM内存访问控制

4、TM1650数码管

本片博客记录在gec6818平台上的模拟IIC实现，并成功驱动 TM1650 数码管。

模拟IIC也可适用其他所有用IIC协议驱动的外设！

如文章有错误，请各位不吝赐教。

一、内存映射

1、什么是内存映射？为什么要内存映射？

外设的SFR（特殊功能寄存器）编址与内存的编址是同一个地址空间，叫做IO内存。
但是当内核想要访问某些特殊寄存器或者内存单元的时候，不能直接使用IO内存的物理地址进行访问，而要通过该物理地址所对应的虚拟地址进行访问，因此，必须要进行地址的转换，而从物理地址到虚拟地址的映射我们就称为内存映射。

2、gec6818如何进行内存映射？（相关的函数）

//struct resource *
#include <linux/ioport.h> 

//ioremap iounmap 之类的函数
#include <linux/io.h>

/*

ioremap函数

1、参数：
offset：要映射的物理内存区的起始地址
size：物理地址的范围

2、返回值：
虚拟地址的指针

3、头文件引用：
#include <linux/io.h>

*/
static inline void __iomem *ioremap(phys_addr_t offset, unsigned long size);


/*

iounmap函数

1、参数：
io_addr：虚拟地址的指针

2、返回值：
无

3、头文件引用：
#include <linux/io.h>

*/
void __iounmap(volatile void __iomem *io_addr);

3、内存映射代码：

//1、定义SCL、SDA的GPIO虚拟内存指针
static void __iomem * IIC_OUT_VA; //0x00
static void __iomem * IIC_OUTENB_VA; //0x04
static void __iomem * IIC_ALTFN0_VA; //0x20
static void __iomem * IIC_ALTFN1_VA; //0x24
static void __iomem * IIC_PAD_VA; //0x18

//1、定义tm1650设备结构体
struct miscdevice tm1650_IIC_misc = {
	.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
	.name = "tm1650_drv",
	.fops = &tm1650_IIC_fops,
};

//2、IO内存的动态映射，由物理地址得到虚拟地址
//这里用到 GPIOC7 GPIOC8 两个引脚  查阅GPIOC的基址
IIC_OUT_VA = ioremap(0xc001c000, 0x1000);
if(IIC_OUT_VA == NULL){
	printk("ioremap error\n");
	misc_deregister(&tm1650_IIC_misc);
	return -EBUSY;
}	

//3、得到每个寄存器的虚拟地址（根据s5p6818文档查阅）
IIC_OUTENB_VA = IIC_OUT_VA + 0x04; //0x04
IIC_ALTFN0_VA = IIC_OUT_VA + 0x20; //0x20
IIC_ALTFN1_VA = IIC_OUT_VA + 0x24; //0x24
IIC_PAD_VA    = IIC_OUT_VA + 0x18; //0x18

下面讲解上述的代码以及如何在文档查阅物理地址和偏移量：

1）三星s5p6818文档的这个部分是讲GPIO控制器的，相关寄存器解说就在这里。

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2）查看寄存器描述，可以知道基址（Base Address）以及各寄存器的偏移（Offset），当然大家也可以看后面的描述（Description）来了解一下各寄存器的作用是什么。 tm1650驱动,ARM-Linux开发,arm开发,单片机,嵌入式硬件,iot,linux

3）举例来说，譬如我实验的IIC引脚用的GPIO是GPIOC，那么配置输出模式的寄存器GPIOCOUT基址就为 0xc001c000 ，偏移就为 0x1000。

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所以也就可以看到内存映射代码的ioremap函数参数（上面）写的是：

IIC_OUT_VA = ioremap(0xc001c000, 0x1000);

同理，我们想找到 GPIOCOUTENB 寄存器的物理地址也就很简单了，也就是：

基址+偏移：

GPIOCOUTENB = 0xc001c000 + 0x004;

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但是！！我们不用都去使用基址+偏移找到其物理地址，再用ioremap进行映射获得虚拟地址给内核使用，因为我们可以发现：

每个GPIOXOUT寄存器偏移都为 0x1000 ，后面的寄存器（譬如GPIOXENB......等）偏移都在 0x1000内（GPIOXENB的偏移是 0x004），也就是说我们可以根据GPIOXOUT寄存器的首地址来找到其他寄存器，这个“首地址”可以是物理地址，也可以是ioremap后的虚拟地址，偏移量都生效。所以明白了这点之后，我们就不用对每个寄存器进行ioremap来获得虚拟地址，我们只需要获得GPIOXOUT的虚拟地址，然后用该虚拟地址加上偏移量就可以获得其他寄存器的虚拟地址！也就说我们只使用了一次ioremap，巧妙地使用了偏移量。

因此就可以看到上面内存映射代码：

//得到每个寄存器的虚拟地址
IIC_OUTENB_VA = IIC_OUT_VA + 0x04; //0x04
IIC_ALTFN0_VA = IIC_OUT_VA + 0x20; //0x20
IIC_ALTFN1_VA = IIC_OUT_VA + 0x24; //0x24
IIC_PAD_VA    = IIC_OUT_VA + 0x18; //0x18

总结：至此，内存映射我们就完成了，我们找到了相关寄存器的虚拟地址，我们就可以使用这些虚拟地址进行读写以控制IO，来实现IIC。

二、模拟IIC的底层代码实现

模拟IIC通信将涉及到SDA、SCL的

配置输入输出方向

拉高拉低

获得总线传回的数据

协议的实现（起始、结束信号等）

1、配置输入输出方向

主要是SDA的方向需要配置，SCL只是时钟线
void SDA_OUT(void){
	(*(unsigned int *)IIC_OUTENB_VA) |= (1<<8);
}

void SDA_IN(void){
	(*(unsigned int *)IIC_OUTENB_VA) &= ~(1<<8);
}
可以看到我们操作的是上面我们通过内存映射获得的虚拟地址（IIC_OUTENB_VA），通过对这个虚拟地址的读写来对寄存器进行读写，达到控制GPIO的作用。

2、拉高拉低引脚

SCL

void SCL_set0(void){
	(*(unsigned int *)IIC_OUT_VA) &= ~(1<<7);
}

void SCL_set1(void){
	(*(unsigned int *)IIC_OUT_VA) |= (1<<7);
}

SDA

void SDA_set0(void){
	(*(unsigned int *)IIC_OUT_VA) &= ~(1<<8);
}

void SDA_set1(void){
	(*(unsigned int *)IIC_OUT_VA) |= (1<<8);
}

3、获得总线传回的数据

char SDA_VAL(void){
	return ((*(unsigned int *)IIC_PAD_VA) >> 8)&0X01;
}

4、协议的实现

//产生IIC起始信号
void IIC_Start(void)
{
	SDA_OUT();     //sda线输出
	SDA_set1();	  	  
	SCL_set1();
	udelay(2);
 	SDA_set0();//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
	udelay(2);
	SCL_set0();//钳住I2C总线，准备发送或接收数据 
}	  
//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{
	SDA_OUT();//sda线输出
	SCL_set0();
	SDA_set0();//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
	udelay(2);
	SCL_set1(); 
	SDA_set1();//发送I2C总线结束信号
	udelay(2);							   	
}
//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
//        0，接收应答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
	u8 ucErrTime=0;
	SDA_IN();      //SDA设置为输入  
	SDA_set1();udelay(2);	   
	SCL_set1();udelay(2);	 
	while(SDA_VAL())//
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	SCL_set0();//时钟输出0 	   
	return 0;  
} 
//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{
	SCL_set0();
	SDA_OUT();
	SDA_set0();
	udelay(2);
	SCL_set1();
	udelay(2);
	SCL_set0();
}
//不产生ACK应答		    
void IIC_NAck(void)
{
	SCL_set0();//SCL = 0
	SDA_OUT();//SDA设为输出
	SDA_set1();//SDA置高平
	udelay(2);
	SCL_set1();
	udelay(2);
    SCL_set0();
}					 				     
//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答			  
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
	SDA_OUT(); 	    
    SCL_set0();//拉低时钟开始数据传输
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
		if(((txd&0x80)>>7) == 1)
			SDA_set1();
		else if(((txd&0x80)>>7) == 0)
			SDA_set0();
        txd<<=1; 	  
		    SCL_set1();
		    udelay(2); 
		    SCL_set0();	
		    udelay(2);
    }	 
} 	    

//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
	unsigned char i,receive=0;
	SDA_IN();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
	{
        SCL_set0(); 
        udelay(2);
		SCL_set1();
        receive<<=1;
        if(SDA_VAL())receive++;   
		udelay(2); 
    }					 
    if (!ack)
        IIC_NAck();//发送nACK
    else
        IIC_Ack(); //发送ACK   
    return receive;
}

总结：至此我们就实现了模拟IIC，根据相关外设的IIC通信时序的要求，我们就可以实现与外设的IIC通信。下面我们就来实现IIC设备 TM1650 控制。

三、TM1650的使用

1、TM1650简介

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2、TM1650怎么驱动？

2.1 控制命令

我们只用模式命令来显示数码管 0x48

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2.2 显存地址

写LED显示数据的时候，按照从显示地址从高位到低位，从数据字节的高位到低位操作。

1）DIG1~DIG4 ：数码管第一位到第四位。

2）显存地址：0x68 0x6A 0x6C 0x6E

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2.3 对显存地址写数据时序

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1）显示数据码表 NUM[10]：

/* TM1650 码表*/
const uint8_t NUM[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

2）根据文档时序，封装写字节函数 TM1650_Wr_RAM(uint8_t Address, uint8_t Data)：

/* TM1650 写字节函数 */
void TM1650_Wr_RAM(uint8_t Address, uint8_t Data)
{
    IIC_Start();
    IIC_Send_Byte(Address);
    IIC_Wait_Ack();
    IIC_Send_Byte(Data);
    IIC_Wait_Ack();
    IIC_Stop();
}

3）往显存写数据显示数据，同样我们封装成函数 set_number(char mode, int num)：

/* 
	TM1650 写入数字函数 
	第一位：num / 1000
	第二位：小数点.
	第三位：num % 100 / 10   --十位
	第四位：num % 10             --个位
*/
void set_number(char mode, int num)
{
	TM1650_Wr_RAM(0x68, NUM[num / 1000]);
	if(mode == 1)
	{
		TM1650_Wr_RAM(0x6A, 0X80);// 第二位只显示小数点
	}
	else
	{
		TM1650_Wr_RAM(0x6A, NUM[num % 1000 / 100]);// 第二位显示正常数据
	}	
	TM1650_Wr_RAM(0x6C, NUM[num % 100 / 10]);
	TM1650_Wr_RAM(0x6E, NUM[num % 10]);
}

4）打开显示设置命令：

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//初始化TM1650模块
TM1650_Wr_RAM(0x48, 0x71);

四、针对TM1650实现的IIC驱动

1、TM1650模块驱动（完整驱动代码）

下面是源文件：tm1650_drv.c

使用 insmod 插入模块 tm1650_drv.ko：

[root@GEC6818 /IOT/tangJW/a53_10]#insmod tm1650_drv

#include <linux/module.h>
#include <linux/printk.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <mach/platform.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/ioport.h> //struct resource *
#include <linux/io.h> //ioremap
#include <linux/uaccess.h> //copy_from_user
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/delay.h>

//定义SCL、SDA的GPIO虚拟内存指针
static void __iomem * IIC_OUT_VA; //0x00
static void __iomem * IIC_OUTENB_VA; //0x04
static void __iomem * IIC_ALTFN0_VA; //0x20
static void __iomem * IIC_ALTFN1_VA; //0x24
static void __iomem * IIC_PAD_VA; //0x18

void SDA_OUT(void){
	(*(unsigned int *)IIC_OUTENB_VA) |= (1<<8);
}

void SDA_IN(void){
	(*(unsigned int *)IIC_OUTENB_VA) &= ~(1<<8);
}

void SDA_set0(void){
	(*(unsigned int *)IIC_OUT_VA) &= ~(1<<8);
}

void SDA_set1(void){
	(*(unsigned int *)IIC_OUT_VA) |= (1<<8);
}

char SDA_VAL(void){
	return ((*(unsigned int *)IIC_PAD_VA) >> 8)&0X01;
}

void SCL_set0(void){
	(*(unsigned int *)IIC_OUT_VA) &= ~(1<<7);
}

void SCL_set1(void){
	(*(unsigned int *)IIC_OUT_VA) |= (1<<7);
}

//模拟IIC协议用到的函数

//产生IIC起始信号
void IIC_Start(void)
{
	SDA_OUT();     //sda线输出
	SDA_set1();	  	  
	SCL_set1();
	udelay(2);
 	SDA_set0();//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
	udelay(2);
	SCL_set0();//钳住I2C总线，准备发送或接收数据 
}	  
//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{
	SDA_OUT();//sda线输出
	SCL_set0();
	SDA_set0();//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
	udelay(2);
	SCL_set1(); 
	SDA_set1();//发送I2C总线结束信号
	udelay(2);							   	
}
//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
//        0，接收应答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
	u8 ucErrTime=0;
	SDA_IN();      //SDA设置为输入  
	SDA_set1();udelay(2);	   
	SCL_set1();udelay(2);	 
	while(SDA_VAL())//
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	SCL_set0();//时钟输出0 	   
	return 0;  
} 
//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{
	SCL_set0();
	SDA_OUT();
	SDA_set0();
	udelay(2);
	SCL_set1();
	udelay(2);
	SCL_set0();
}
//不产生ACK应答		    
void IIC_NAck(void)
{
	SCL_set0();//SCL = 0
	SDA_OUT();//SDA设为输出
	SDA_set1();//SDA置高平
	udelay(2);
	SCL_set1();
	udelay(2);
    SCL_set0();
}					 				     
//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答			  
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
	SDA_OUT(); 	    
    SCL_set0();//拉低时钟开始数据传输
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
		if(((txd&0x80)>>7) == 1)
			SDA_set1();
		else if(((txd&0x80)>>7) == 0)
			SDA_set0();
        txd<<=1; 	  
		    SCL_set1();
		    udelay(2); 
		    SCL_set0();	
		    udelay(2);
    }	 
} 	    

//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
	unsigned char i,receive=0;
	SDA_IN();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
	{
        SCL_set0(); 
        udelay(2);
		SCL_set1();
        receive<<=1;
        if(SDA_VAL())receive++;   
		udelay(2); 
    }					 
    if (!ack)
        IIC_NAck();//发送nACK
    else
        IIC_Ack(); //发送ACK   
    return receive;
}

//------------- TM1650 @TangJW ---------------
/* TM1650 码表*/
const uint8_t NUM[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

/* TM1650 写字节函数 */
void TM1650_Wr_RAM(uint8_t Address, uint8_t Data)
{
    IIC_Start();
    IIC_Send_Byte(Address);
    IIC_Wait_Ack();
    IIC_Send_Byte(Data);
    IIC_Wait_Ack();
    IIC_Stop();
}

/* 
	TM1650 写入数字函数 
	第一位：num / 1000
	第二位：小数点.
	第三位：num % 100 / 10   --十位
	第四位：num % 10             --个位
*/
void set_number(char mode, int num)
{
	TM1650_Wr_RAM(0x68, NUM[num / 1000]);
	if(mode == 1)
	{
		TM1650_Wr_RAM(0x6A, 0X80);// 第二位只显示小数点
	}
	else
	{
		TM1650_Wr_RAM(0x6A, NUM[num % 1000 / 100]);// 第二位显示正常数据
	}	
	TM1650_Wr_RAM(0x6C, NUM[num % 100 / 10]);
	TM1650_Wr_RAM(0x6E, NUM[num % 10]);
}

// 定义字符设备的文件操作集
/* 
	open函数：
	初始化TM1650模块 
*/
int TM1650_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	//初始化TM1650模块
	TM1650_Wr_RAM(0x48, 0x71);
	
	printk("TM1650_init! \n");
	return 0;
}

/*
	ioctl函数：实现set_number
	cmd：数据参数
	args：
	  --0  第二位显示正常数据
	  --1  第二位显示小数点
*/
static void TM1650_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long args)
{
	set_number(args, cmd);
}

//定义文件操作集
const struct file_operations tm1650_IIC_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = TM1650_open,
	.unlocked_ioctl = TM1650_ioctl,
};

struct miscdevice tm1650_IIC_misc = {
	.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
	.name = "tm1650_drv",
	.fops = &tm1650_IIC_fops,
};

/* 
	TM1650初始化
	-SCL: GPIOC 7
	-SDA: GPIOC 8
*/
static int __init TM1650_init(void)
{
	int ret;
	
	printk("TM1650_init... \n");
    //注册混杂设备
	ret =  misc_register(&tm1650_IIC_misc);
	if(ret < 0)
	{
		printk("misc_register error\n");
		return -EBUSY;
	}

	//IO内存的动态映射，由物理地址得到虚拟地址  GPIOC7 GPIOC8
	IIC_OUT_VA = ioremap(0xc001c000, 0x1000);
	if(IIC_OUT_VA == NULL){
		printk("ioremap error\n");
		misc_deregister(&tm1650_IIC_misc);
		return -EBUSY;
	}	

	//得到每个寄存器的虚拟地址
  	IIC_OUTENB_VA = IIC_OUT_VA + 0x04; //0x04
  	IIC_ALTFN0_VA = IIC_OUT_VA + 0x20; //0x20
  	IIC_ALTFN1_VA = IIC_OUT_VA + 0x24; //0x24
  	IIC_PAD_VA    = IIC_OUT_VA + 0x18; //0x18
	
	//访问虚拟地址：GPIOC7 SCL         GPIOC8 SDA
	//将引脚设置成普通的GPIO
	*(unsigned int *)IIC_ALTFN0_VA &=~((3<<14) + (3<<16));
	*(unsigned int *)IIC_ALTFN0_VA |=((1<<14) + (1<<16));

	//将2个GPIO设置为输出
	*(unsigned int *)IIC_OUTENB_VA |= ((1<<7)+(1<<8));
	
	//2个GPIO输出高电平，IIC默认是释放模式
	*(unsigned int *)IIC_OUT_VA |= ((1<<7)+(1<<8));

	return ret;
}

static void __exit TM1650_exit(void)
{
	iounmap(IIC_OUT_VA);
	misc_deregister(&tm1650_IIC_misc);
}

module_init(TM1650_init);
module_exit(TM1650_exit);

MODULE_AUTHOR("tangjingwei@qq.com");
MODULE_DESCRIPTION("IIC Device /TM1650/ Driver @TangJW");
MODULE_LICENSE("GPL");

2、驱动测试程序

下面是源文件：tm1650_test.c

测试程序运行：

1、第二个参数为 1，控制第二位总是显示小数点

[root@GEC6818 /IOT/tangJW/a53_10]#./tm1650_test 2023 1

2、第二个参数为 0，控制第二位显示正常数据

[root@GEC6818 /IOT/tangJW/a53_10]#./tm1650_test 2023 0

/*****************************

TM1650测试函数，请配合 tm1650_drv.ko 使用
作者：唐京伟 
联系：tangjingwei@qq.com

IIC测试硬件引脚：
-SCL: GPIOC 7
-SDA: GPIOC 8 

*****************************/

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char **argv)
{	
	int num, mode;
	
	/* 1、调用设备的open函数（即发送初始化tm1650的iic时序信号）*/
	int fd = open("/dev/tm1650_drv",O_RDWR); 
	if(fd<0){
		perror("open /dev/tm1650_drv failed! ");
		return 0;
	}

	/* 2、调用设备的ioctl函数（即发送控制显示tm1650的iic时序信号）*/
	num = ((int)(argv[1][0]) - 48)*1000 + ((int)(argv[1][1]) - 48)*100 + ((int)(argv[1][2]) - 48)*10 + ((int)(argv[1][3]) - 48);
	mode = (int)(argv[2][0]) - 48;
	printf("Open TM1650 successfully, check it out!\n");
	//mode: 1-第二位显示小数点			0-第二位显示正常数据
	ioctl(fd, num, mode); 

	while(1)
	{		

    }
}

3、Makefile

下面是文件：Makefile

Makefile 注意点：

1、obj-m 应为 tm1650_drv.o

2、KERNELDIR 应为自己的Linux环境下的6818源码kernel目录路径

3、CROSS_COMPILE 应为自己的Linux环境下的交叉编译器路径

4、命令介绍

make 命令：使用交叉编译器编译 tm1650_drv.c

make test 命令：使用arm-linux-gcc编译 tm1650_test.c

obj-m:=tm1650_drv.o


KERNELDIR:=/usr/local/6818GEC/kernel
CROSS_COMPILE:=/usr/local/6818GEC/prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-eabi-4.8/bin/arm-eabi-
PWD:=$(shell pwd)

default:
	$(MAKE) ARCH=arm CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules

test:
	arm-linux-gcc tm1650_test.c -o tm1650_test

clean:
	rm -rf *.o *.order .*.cmd *.mod.c *.symvers