基于模擬 I2C 的數(shù)據(jù)抽象實例（附代碼）

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作者?|??Acuity

1.寫在前面

i2c總線是由PHILIPS公司開發(fā)的一種簡單、「雙向二線制同步串行總線」。關(guān)于i2c的使用，并不陌生，C51、ARM、MSP430等，都基本集成硬件i2c，或者不集成i2c的，可以根據(jù)總線時序圖使用普通IO口翻轉(zhuǎn)模擬一根i2c總線。

對于流行的stm32飽受詬病的硬件i2c，相信很多人都是使用模擬i2c。模擬i2c的源碼比較多，大多都是大同小異，對于各類例程，提供的模擬i2c似乎都不是太規(guī)范（個人見解），特別是一根i2c總線掛多個外設(shè)、模擬多根i2c總線、以及更換一個i2c外設(shè)時，都需要大幅度修改源碼、復(fù)制源碼、重新調(diào)試時序等重復(fù)的工作。

在閱讀過Linux設(shè)備驅(qū)動框架和RT-Thread的驅(qū)動框架，發(fā)現(xiàn)在總線分層上處理就特別好，完美解決了上述提及的問題。參考RT-Thread和Linux下的模擬i2c，整理修改在裸機上使用。

2.Linux、RT-Thread設(shè)備驅(qū)動模型

1）模型分為總線驅(qū)動和設(shè)備驅(qū)動；

2） ?總線驅(qū)動與外設(shè)驅(qū)動分離，方便一根總線掛多個外設(shè)，方便移植；

3） ?底層（與硬件相關(guān)）與上層分離，方便添加總線及移植到不同處理器，移植到其他處理器，只需重新實現(xiàn)硬件相關(guān)的“寄存器”層即可；

3.MCU下裸機形式i2c總線抽象

此部分實現(xiàn)源碼為：i2c_core.c ?i2c_core.h

1）i2c總線抽象對外接口（API）

“i2c_bus_xfer”為i2c封裝對外的API，函數(shù)原型如下，提供一個函數(shù)模型，具體需要實例化函數(shù)指針。

int?i2c_bus_xfer(struct?i2c_dev_device?*dev,struct?i2c_dev_message?msgs[],unsigned?int?num)
{
?int?size;
?
?size?=?dev->xfer(dev,msgs,num);?
?return?size;
}
a）此函數(shù)即作為驅(qū)動外設(shè)的對外接口，所有操作通過此函數(shù)接口，與底層總線實現(xiàn)分離，如EEPROM、RTC、溫度傳感器等；

b）一個對外函數(shù)已經(jīng)實現(xiàn)90%的情況使用，對應(yīng)一些特殊情況，后期再完善或增加API。

c）struct i2c_dev_device *i2c_dev

2）i2c總線抽象API參數(shù)

a）i2c_dev：i2c設(shè)備指針，類型為“struct i2c_dev_device”，驅(qū)動一個i2c外設(shè)時，首先要對此指針設(shè)備初始化；

b）msgs：i2c一幀數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)及存放返回數(shù)據(jù)的緩存；

c）num：數(shù)據(jù)幀數(shù)量。

3）struct i2c_dev_device

該結(jié)構(gòu)體為關(guān)鍵，調(diào)用API驅(qū)動外設(shè)時，首先對此初始化（類似于Linux/RT-Thread注冊設(shè)備）。完整的設(shè)備包括兩部分，數(shù)據(jù)操作函數(shù)和i2c相關(guān)信息（如硬件i2c或者模擬i2c）。因此“struct i2c_dev_device”的原型為：

struct?i2c_dev_device
{
????int?(*xfer)(struct?i2c_dev_device?*dev,struct?i2c_dev_message?msgs[],unsigned?int?num);
????void?*i2c_phy;
};
a）第一個參數(shù)是函數(shù)指針，數(shù)據(jù)收發(fā)通過此函數(shù)指針調(diào)用實體函數(shù)實現(xiàn)；

b）第二個參數(shù)是一個void指針，初始化時指向我們使用的物理i2c（硬件/模擬），使用時可強制轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的類型。

4）xfer

該函數(shù)與i2c總線設(shè)備對外接口函數(shù)“i2c_bus_xfer”具有相同的參數(shù)，形參參數(shù)參考此項的第2點，初始化時實例化指向?qū)嶓w函數(shù)。

5）struct i2c_dev_message

“struct i2c_dev_message”為i2c總線訪問外設(shè)的一幀數(shù)據(jù)信息，包括發(fā)送數(shù)據(jù)、外設(shè)從地址、訪問標(biāo)識等。原型如下：

struct?i2c_dev_message
{
?unsigned?short??addr;
?unsigned?short?flags;
?unsigned?short?size;
?unsigned?char?*buff;
?unsigned?char???retries;??
};
a）addr：i2c外設(shè)從機地址，常用為7位，10位較少用；

b）flags：標(biāo)識，發(fā)送、接收、應(yīng)答、地址位選擇等標(biāo)識；幾種標(biāo)識如下：

#define?I2C_BUS_WR?????????????0x0000
#define?I2C_BUS_RD?????????????(1u?<
#define?I2C_BUS_ADDR_10BIT?????(1u?<
#define?I2C_BUS_NO_START??????(1u?<
#define?I2C_BUS_IGNORE_NACK????(1u?<
#define?I2C_BUS_NO_READ_ACK????(1u?<
c）size：發(fā)送的數(shù)據(jù)大小，或者接收的緩存大??；

d）buff：緩存區(qū)；

e）retries：i2c啟動失敗時，重啟的次數(shù)。

4.模擬i2c抽象

對于模擬i2c，在以往的實現(xiàn)方式中，基本是時序圖和外設(shè)代碼混合在一起，增加外設(shè)或者使用新的i2c外設(shè)時，需要對模擬i2c代碼進行較大工作量的修改，或者以“復(fù)制”的方式實現(xiàn)一套新的i2c總線。

但同理，可以把模擬i2c時序部分代碼抽象出來，以“復(fù)用”代碼的形式實現(xiàn)。此部分實現(xiàn)源碼為：i2c_bitops.c ?i2c_bitops.h

1）模擬i2c抽象對外接口

根據(jù)上述封裝的對外API，使用時，首先需要實現(xiàn)入口參數(shù)“i2c_dev”實例化，用模擬i2c即是調(diào)用模擬i2c相關(guān)接口。

int?i2c_bitops_bus_xfer(struct?ops_i2c_dev?*i2c_bus,struct?i2c_dev_message?msgs[],unsigned?long?num)
{
?struct?i2c_dev_message?*msg;
?unsigned?long?i;
?unsigned?short?ignore_nack;
?int?ret;
?
?ignore_nack?=?msg->flags?