3. I2C 使用

I2C（Inter-Integrated Circuit，集成电路间通信）是一种广泛使用的串行通信协议，主要用于在主控设备（如微控制器、处理器）和外围设备（如传感器、显示屏、存储器等）之间建立数据通信。它具有简单、高效的特点，非常适合短距离、低速的数据传输。

3.1 I2C 通讯的工作原理

I2C 使用两根线进行通信：

SCL（串行时钟线）：由主设备产生的时钟信号，用于同步数据传输。
SDA（串行数据线）：用于在设备之间传输数据。

I2C 是一种多主多从协议，这意味着可以在总线上连接多个主设备和从设备，但同一时间只能由一个主设备控制通信。

3.2 I2C 使用实例

3.2.1 i2c引脚

ArmSoM系列板子40pin上都有I2C外设，以下以 CM5-IO 为例子，CM5-IO 40PIN定义

I2C	引脚	功能
I2C3_SDA_M0	3	i2c3 数据线
I2C3_SCL_M0	5	i2c3 时钟信号
I2C7_SDA_M1	19	i2c7 数据线
I2C7_SCL_M1	23	i2c7 钟信号
I2C4_SDA_M3	27	i2c4 数据线
I2C4_SCL_M3	29	i2c4 时钟信号
I2C6_SDA_M2	89	i2c6 数据线
I2C6_SCL_M2	88	i2c6 时钟信号

3.2.2 使能IIC通信接口

I2C接口在默认情况是关闭状态的，需要使能才能使用

在 Armbian 操作系统中，/boot/armbianEnv.txt 文件用于配置系统启动时的参数和设备树插件。你可以通过编辑该文件来启用或禁用 I2C 设备树插件，确保 I2C 总线可以在启动时正确加载。

如果你希望检查或启用 I2C 相关设备树插件，可以按照以下步骤操作：

查看设备树插件配置

打开文件：通过终端打开 /boot/armbianEnv.txt 文件，使用文本编辑器如 nano 或 vim，例如：

root@armsom-cm5-io:/home/armsom# sudo nano /boot/armbianEnv.txt

这里以激活 i2c3-m0 为例，将 rk3576-i2c3-m0 打开如下:

overlays=rk3576-i2c3-m0

其中 overlays 行指定了设备树覆盖（Device Tree Overlay），i2c0 和 i2c1 是两个常见的 I2C 总线设备树插件。如果没有这些内容，你可以手动添加。

编辑完成后，保存文件并退出编辑器重启系统使配置生效：

// 先执行sync
root@armsom-cm5-io:/home/armsom# sync
root@armsom-cm5-io:/home/armsom# sudo reboot

rockchip-i2c

提示

Q: 如果直接拔掉电源进行重启，是否可能导致文件未修改或 overlay 系统启动失败？
A: 当直接拔掉电源或强制关机时，可能会出现文件未能及时从内存（RAM）同步到存储设备（如硬盘、SSD）的情况。这是因为操作系统通常会将数据暂存于内存中，并定期将这些数据写入磁盘。为避免此问题，建议在关机前执行 “sync” 命令，确保所有数据已写入磁盘，再拔掉电源或关机。

验证 I2C 是否启用

重启后，你可以通过以下命令检查 I2C 是否正常工作：

检查 I2C 设备：使用 i2cdetect 工具检查 I2C 总线是否可用：

root@armsom-cm5-io:/home/armsom# sudo apt-get install i2c-tools  # 如果没有安装，先安装 i2c-tools
root@armsom-cm5-io:/home/armsom# sudo i2cdetect -y 3
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-- -- -- -- -- -- -- -- 68 -- -- -- -- -- -- --
-- -- -- -- -- -- -- --

-y 3 指的是检查第一个 I2C 总线。如果返回了设备地址的列表，表示 I2C 已启用并正常工作。

提示

确保硬件本身支持并启用了相应的 I2C 总线。如果是自定义硬件，确保连接正确且硬件支持相应的 I2C 接口。
不同的 Armbian 版本和硬件平台可能在设备树插件的名称上有所不同，因此请根据具体平台调整设备树覆盖项。

3.3 I2C 驱动参数配置

I2C 的参数配置最主要就是 I2C 频率的配置，可配 I2C frequency 除了与芯片有关外，主要是由 I2C SCL rise time 决定的，因为 I2C 协议标准里面对上升沿和下降沿时间有规定要求特别是上升沿时间，如果超过了协议规定的最大值，则 I2C 通讯可能失败，下面是协议里面规定的最大最小值范围，下图表示了二者之间的关系：

i2c-fre

上升沿 Tr 和下降沿 Tf，需要用示波器测量，参考下面示图：

i2c-fre1

3.3.1 i2c-rk3x.c 配置

i2c-rk3x.c 驱动的配置都在 DTS，参考文件 Documentation/devicetree/bindings/i2c/i2c-rk3x.txt。重点说明其中配置项，i2c-scl-rising-time-ns，i2c-scl-falling-time-ns：

clock-frequency：默认 frequency 为 100k 可不配置，其它 I2C 频率需要配置，最大可配置频率由
i2c-scl-rising-time-ns 决定；例如配置 400k，clock-frequency=<400000>。
i2c-scl-rising-time-ns：SCL 上升沿时间由硬件决定，改变上拉电阻可调节该时间，需通过示波器量测，参考上图；例如测得 SCL 上升沿 365ns，i2c-scl-rising-time-ns=<365>。(默认可以不配置，但必须保证当前的上升沿时间不能超过所配置频率下的 I2C 标准所定义的最大上升沿时间)
i2c-scl-falling-time-ns: SCL 下降沿时间, 一般不变, 等同于 i2c-sda-falling-time-ns。(默认也可以不配置）

&i2c1 {
    status = "okay";
    i2c-scl-rising-time-ns = <265>;
    i2c-scl-falling-time-ns = <11>;
    clock-frequency = <400000>;

    es8316: es8316@10 {
        #sound-dai-cells = <0>;
        compatible = "everest,es8316";
        reg = <0x10>;
        clocks = <&cru SCLK_I2S_8CH_OUT>;
        clock-names = "mclk";
        spk-con-gpio = <&gpio0 11 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
        hp-det-gpio = <&gpio4 28 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    };
};

3.4 GPIO 模拟 I2C

I2C 用 GPIO 模拟，内核已经有实现，请参考文档：Documentation/devicetree/bindings/i2c/i2c-gpio.txt 下面是使用的例子，dts 下配置 I2C 节点。

i2c@4 {
    compatible = "i2c-gpio";
    gpios = <&gpio5 9 GPIO_ACTIVE_HIGH>, /* sda */
    <&gpio5 8 GPIO_ACTIVE_HIGH>; /* scl */
    i2c-gpio,delay-us = <2>; /* ~100 kHz */
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&i2c4_gpio>;
    status = "okay";

    gt9xx: gt9xx@14 {
        compatible = "goodix,gt9xx";
        reg = <0x14>;
        touch-gpio = <&gpio5 11 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;
        reset-gpio = <&gpio5 10 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
        max-x = <1200>;
        max-y = <1900>;
        tp-size = <911>;
        tp-supply = <&vcc_tp>;
        status = "okay";
    };
};

一般不推荐使用 GPIO，效率不高。

3.5 I2C 常见问题

i2c-rk3x.c 驱动如果调用 I2C 传输接口返回值为 -6(-ENXIO)时候，表示为 NACK 错误，即对方设备无应答响应，这种情况一般为外设的问题，常见的有以下几种情况：

I2C 地址错误；
I2C slave 设备处于不正常工作状态，比如没有上电，错误的上电时序以及设备异常等；
I2C 时序不符合 slave 设备所要求也会产生 NACK 信号，比如 slave 设备需要的是 stop 信号,而不是repeat start 信号的时候；
I2C 总线受外部干扰导致的，用示波器测量可以看到是一个 ACK 波形。

当出现 I2C 的 log："timeout, ipd: 0x00, state: 1"时，此时 I2C 控制器工作异常，无法产生中断状态，start 时序无法发出，有以下几种可能：

I2C SCL 或者 SDA Pin 脚 iomux 错误；
I2C 的上拉电压不对，如电压不够或者上拉电源没有等；
I2C Pin 脚被外设拉住，电压不对；
I2C 时钟未开，或者时钟源太小；
I2C 同时配置了 CON_START 和 CON_STOP 位。

当出现 I2C 的 log："timeout, ipd: 0x10, state: 1"时，此时 I2C 控制器工作正常，但是 cpu 无法响应 I2C 中断，此时可能 cpu0 被阻塞了（一般 I2C 中断都在 cpu0 上面，通过 cat /proc/interrups 可以查看），或者可能是 I2C 中断位被关闭了。

当出现 I2C 的 log 类似："timeout, ipd: 0x80, state: 1"时，看到 ipd 为 0x80 打印，可以说明当前 SCL 被 slave 拉住，要判断被哪个 slave 拉住：

一是排除法，适用于外设不多的情况，而且复现概率高；
二是需要修改硬件，在 SCL 总线上串入电阻，通过电阻两端产生的压差来确定，电压更低的那端外设为拉低的 slave，电阻的选取以不影响 I2C 传输且可以看出压差为标准，一般上拉电阻的 1/20以上都可以，如果是 host 拉低也可以看出。另外在此基础上通过示波器来抓取波形更加直观，比较不同 slave 和 host 的低电平大小，与最后出问题时的低电平大小比较，相等的就是拉低总线的"元凶"。

常见的情况是 sda 被拉低，证明是谁拉低的，同样参考上面 “SCL 被拉低" 的方法两种。

3. I2C 使用

3.1 I2C 通讯的工作原理​

3.2 I2C 使用实例​

3.2.1 i2c引脚​

3.2.2 使能IIC通信接口​

3.3 I2C 驱动参数配置​

3.3.1 i2c-rk3x.c 配置​

3.4 GPIO 模拟 I2C​

3.5 I2C 常见问题​