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概述
1 探究platform tree下的i2c
1.1 platform tree下的i2c驱动
1.2 查看i2c总线下的设备
1.3 使用命令读写设备寄存器
2 认识HS3003
2.1 HS3003特性
2.2 HS3003寄存器
2.2.1 温湿度数据寄存器
2.2.2 参数寄存器
2.2.3 一个参数配置Demo
2.3 温湿度值转换
2.4 HS3003应用电路
2.4.1 PIN引脚定义
2.4.2 sensor 应用电路
3 驱动程序实现
4 测试程序实现
5 编译和验证
6 波形分析
概述
本文主要介绍platform tree架构下i2c驱动的使用方法，并介绍如何使用i2c-tools来探测总线上的设备信息。然后详细介绍HS3003的芯片的使用方法，并使用i2c驱动接口，实现该芯片的驱动程序，然后再板卡上测试验证该程序，并通过逻辑分析仪查看这个读写过程的波形。
1 探究platform tree下的i2c
1.1 platform tree下的i2c驱动
启动板卡，查询/dev/下驱动情况 ， 使用命令：
ls /dev/ -l执行命名后，可列出该目录下所有的驱动信息，找出i2c驱动，如下：
由上图可得，板卡driver下，由两个i2c接口，分别为i2c-0和i2c-1
1.2 查看i2c总线下的设备
i2c总线上可以挂载多个device，其要求在同一条总线上，每个设备的地址必须唯一性。如果两个设备的地址一样，会出现时序混乱。
下面通过命令来探测一下i2c总线下的设备情况
1） 查看i2c-0下设备情况
使用命令
i2cdetect -a 0执行该命令后，列出设备地址信息： 该总线下有两个设备，其地址分别为：0x1a和0x1e
2） 查看i2c-1下设备情况
使用命令
i2cdetect -a 1执行该命令后，列出设备地址信息： 该总线下有三个设备，其地址分别为：0x40，0x44,和0x44
1.3 使用命令读写设备寄存器
使用 i2c-tools 工具包提供了一些非常方便的工具来对系统的 I2C 总线进行调试。下面以HS3003为例，使用i2c-tools工具来操作其内部的寄存器。
1）查看设备地址0x44下所有的寄存器信息
i2cdump -f -y 1 0x44
2） 读取寄存器的值
i2cget -f -y 1 0x44 0x06
3）写寄存器的值
i2cset -f -y 1 0x44 0xA0 0x10 0x40
2 认识HS3003
2.1 HS3003特性
HS3003是瑞萨公司出品的一款高精度温湿度传感器，下面看看其主要参数：
2.2 HS3003寄存器
HS3003采用标准的I2C通信方式，对其寄存器的操作必须遵循标准的I2C时序。现在分析如何操作其寄存器，读取数据。
2.2.1 温湿度数据寄存器
温湿度数据寄存器的数据位定义如下，其主要由四个字节组成一个32bit数据， bit-0 和 bit-1为Mask，其主要用来标记当前数据是否有效（mask =0 数据有效）， 温度数据(低16 bit )： bit-2 ~ bit ~ 15
湿度数据( 高16 bit)： bit-8 ~ bit 13
采样温湿度数据间隔时间根据配置的ADC精度来选取，精度要求越高，采样所需要的时间就越长。那么读取数据时，需要等待的时间就越长。
2.2.2 参数寄存器
精度参数如下：
参数寄存器列表
如何配置参数呢？芯片手册给了四个步骤
2.2.3 一个参数配置Demo
下面给一个各一个配置参数的范例，配置humidity 的采集精度为12bit, 那么参数设定如下：
bit-10: 0
bit-11: 1
typedef struct
{
unsigned short res1 : 10;
unsigned short tempdata : 2;
unsigned short res2 : 4;
} stru_para_bit;
typedef struct{
union
{
unsigned short data;
stru_para_bit para_bit;
};
}stru_para;
int hs300x_init(void)
{
int ret;
unsigned char buff[4];
stru_para para;
// step-1 write data from 0x06
buff[0] = 0x06;
buff[1] = 0;
buff[2] = 0;
ret = write(fd, buff, 3);
if( ret < 0 )
{
printf("read temper cmd to hs3003 register failure.\n");
return -1;
}
// step -2: read reg - 0x81
buff[0] = 0x81;
ret = write(fd, buff, 1);
if( ret < 0 )
{
printf("read cmd to hs3003 register failure. \r\n");
return -1;
}
ret = read(fd, buff, 2);
if( ret < 0 )
{
printf("write cmd to hs3003 register failure.\n");
return -1;
}
printf(" read reg: 0x81 - data0 = %02x data1 = %02x \r\n",buff[0],buff[1]);
//step -3: write data from 0x46
para.data = buff[0]<<8 | buff[1];
para.para_bit.tempdata = 1;
buff[0] = 0x46;
buff[1] = (unsigned char)para.data;
buff[2] = (unsigned char)(para.data>>8);
ret = write(fd, buff, 3);
if( ret < 0 )
{
printf("write cmd to hs3003 register failure. \r\n");
return -1;
}
printf("write reg: 0x46 - data0 = %02x data1 = %02x \r\n",buff[0],buff[1]);
return 0;
}2.3 温湿度值转换
datasheet中给的转换公式如下：
下面看看在程序中如何实现温湿度值转换的
首先定义一个数据结构
typedef struct
{
unsigned int mask : 2;
unsigned int tempdata : 14;
unsigned int humidydata : 14;
unsigned int res : 2;
} Datafetch_bit;
typedef struct{
union
{
unsigned int data;
Datafetch_bit fetch_bit;
};
float tempval;
float humival;
}hs300x_data;从温湿度的数据寄存器中读取出来有四个分别为8bit的数据， 将该数据拼成一个32bit的数据，在赋值给data, 上述数据结构会自动解析该数据。通过mask位判断数据是否有效。
phs300x_data->data = ((buff[0] << 24U) |(buff[1] << 16U) |(buff[2] << 8U)|(buff[3]));
if( phs300x_data->fetch_bit.mask == HS300X_DATA_VALID){
// get temperature value
val = phs300x_data->fetch_bit.tempdata;
phs300x_data->tempval = (double)val/(double)(HS300X_DATA_FACTOR) * 165.0 - 40;
printf(" - TM(C): %.2f \r\n", phs300x_data->tempval);
// get humidity value
val = phs300x_data->fetch_bit.humidydata;
phs300x_data->humival = (double)val/(double)(HS300X_DATA_FACTOR) * 100.0;
printf(" - HM(\%): %.2f \r\n", phs300x_data->humival);
}2.4 HS3003应用电路
2.4.1 PIN引脚定义
传感器封装
pin引脚
2.4.2 sensor 应用电路
下面是传感器模块的实际应用电路：
3 驱动程序实现
编写驱动程序代码：
/***************************************************************
Copyright 2024-2029. All rights reserved.
文件名 : drv_hs3003.c
作者 : tangmingfei2013@126.com
版本 : V1.0
描述 : hs3003驱动程序
其他 : 无
日志 : 初版V1.0 2024/02/01
***************************************************************/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <linux/fs.h>
#include <errno.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
/* hs3003 i2c address */
#define HS300X_ADDR (0x44U)
#define HS300X_DATA_VALID (0x00U)
#define HS300X_DATA_STALE (0x01U)
#define HS300X_STATUS_MASK (0xC0000000U)
#define HS300X_STATUS_POS (30U)
#define HS300X_DATA_MASK (0x3FFFFFFCU)
#define HS300X_HUMI_DATA_MASK (0x3FFF0000U)
#define HS300X_HUMI_DATA_POS (16U)
#define HS300X_TEMP_DATA_MASK (0x0000FFFCU)
#define HS300X_TEMP_DATA_POS (2U)
#define HS300X_REG_R_TRG 0X06
#define HS300X_REG_W_TRG 0X46
/* calculation formula, 2^14 - 1 */
#define HS300X_DATA_FACTOR (16383U)
#define DEV_FILE "/dev/i2c-1"
typedef struct
{
unsigned int mask : 2;
unsigned int tempdata : 14;
unsigned int humidydata : 14;
unsigned int res : 2;
} Datafetch_bit;
typedef struct{
union
{
unsigned int data;
Datafetch_bit fetch_bit;
};
float tempval;
float humival;
}hs300x_data;
typedef struct
{
unsigned short res1 : 10;
unsigned short tempdata : 2;
unsigned short res2 : 4;
} stru_para_bit;
typedef struct{
union
{
unsigned short data;
stru_para_bit para_bit;
};
}stru_para;
static int fd = -1;
static int hs300x_drv_init(void)
{
fd = open(DEV_FILE, O_RDWR);
if( fd < 0 )
{
close( fd );
printf("%s %s i2c device open failure: %s\n", __FILE__, __FUNCTION__, strerror(errno));
return -1;
}
ioctl(fd, I2C_TENBIT, 0);
ioctl(fd, I2C_SLAVE, HS300X_ADDR);
printf("init hs3003!\r\n");
return fd;
}
int hs300x_init(void)
{
int ret;
unsigned char buff[4];
stru_para para;
hs300x_drv_init();
// step-1 write data from 0x06
buff[0] = 0x06;
buff[1] = 0;
buff[2] = 0;
ret = write(fd, buff, 3);
if( ret < 0 )
{
printf("read temper cmd to hs3003 register failure.\n");
return -1;
}
// step -2: read reg - 0x81
buff[0] = 0x81;
ret = write(fd, buff, 1);
if( ret < 0 )
{
printf("read cmd to hs3003 register failure. \r\n");
return -1;
}
ret = read(fd, buff, 2);
if( ret < 0 )
{
printf("write cmd to hs3003 register failure.\n");
return -1;
}
printf(" read reg: 0x81 - data0 = %02x data1 = %02x \r\n",buff[0],buff[1]);
//step -3: write data from 0x46
para.data = buff[0]<<8 | buff[1];
para.para_bit.tempdata = 1;
buff[0] = 0x46;
buff[1] = (unsigned char)para.data;
buff[2] = (unsigned char)(para.data>>8);
ret = write(fd, buff, 3);
if( ret < 0 )
{
printf("write cmd to hs3003 register failure. \r\n");
return -1;
}
printf("write reg: 0x46 - data0 = %02x data1 = %02x \r\n",buff[0],buff[1]);
return 0;
}
int hs300x_read_value(hs300x_data *phs300x_data)
{
int ret;
unsigned char buff[4];
unsigned int val;
stru_para para;
// write data to 0xa0
para.data = 0;
buff[0] = 0xa0;
buff[1] = (unsigned char)para.data;
buff[2] = (unsigned char)(para.data>>8);
ret = write(fd, buff, 3);
if( ret < 0 )
{
printf("write cmd to hs3003 register failure.\n");
return -1;
}
sleep(1);
ret = read(fd, buff, 4);
if( ret < 0 )
{
printf("get the hs3003 value failure.\n");
return -1;
}
printf(" - data0 = %02x data1 = %02x data3 = %02x data4 = %02x \r\n",buff[0],buff[1],buff[2],buff[3]);
phs300x_data->data = ((buff[0] << 24U) |(buff[1] << 16U) |(buff[2] << 8U)|(buff[3]));
if( phs300x_data->fetch_bit.mask == HS300X_DATA_VALID){
// get temperature value
val = phs300x_data->fetch_bit.tempdata;
phs300x_data->tempval = (double)val/(double)(HS300X_DATA_FACTOR) * 165.0 - 40;
printf(" - TM(C): %.2f \r\n", phs300x_data->tempval);
// get humidity value
val = phs300x_data->fetch_bit.humidydata;
phs300x_data->humival = (double)val/(double)(HS300X_DATA_FACTOR) * 100.0;
printf(" - HM(\%): %.2f \r\n", phs300x_data->humival);
}
return 0;
}4 测试程序实现
编写测试程序来验证该驱动程序
int main(void)
{
hs300x_data stru_hs300x;
int count_run = 10000;
int set;
set = hs300x_init();
if( set < 0){
printf("initial hs3003 failure.\r\n");
return -1;
}
while( count_run > 0){
set = hs300x_read_value( &stru_hs300x );
if(set != -1)
{
//printf( "\r\n lux: %d ", temper);
}
else{
printf("read isl19035 failure. \r\n");
}
count_run--;
sleep(1);
}
return 0;
}5 编译和验证
编写Makefile ，编译测试代码，并将其copy到共享目录下，方便在板卡中运行该App
CFLAGS= -Wall -O2
CC=/home/ctools/gcc-linaro-4.9.4-arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc
STRIP=/home/ctools/gcc-linaro-4.9.4-arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-strip
dev_13_hs3003: dev_13_hs3003.o
$(CC) $(CFLAGS) -o dev_13_hs3003 dev_13_hs3003.o
$(STRIP) -s dev_13_hs3003
clean:
rm -f dev_13_hs3003 dev_13_hs3003.o编译代码
运行App, 测试程序能正确地读取温度和湿度值。
6 波形分析
1）触发数据转换命令
2）读数据波形
3） 逻辑分析仪解析到的数据列表
