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NXP MCXN236测评-软件模拟I2C

发布于 2024-06-25 17:01:46 浏览：382 订阅该版

[tocm]

## 简介
本文介绍如何在FRDM-MCXN236 开发板上通过GPIO 模拟的I2C，使用i2ctool 工具扫描总线上的挂载的节点，并通过使用i2ctool 读写板子上自带的FXLS8974 传感器寄存器信息。

## I2C硬件配置
FRDM-MCXN236 开发板上已经集成了个I2C传感器器件，本次的I2C 评测无需外接I2C设备直接使用板子自带的外设即可，板子上的I2C使用的是P4_0/P4_1(FLEXCOM2)接口，对应原理图如下：

![I2C_HW.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240625/e5362530ce1b6e82e6b7789b79a3e69e.png.webp)
## I2C软件配置
- MCXNxxx 的bsp 驱动里只实现了硬件I2C的适配并没有适配软件GPIO模拟的I2C驱动实现，软件模拟的I2C 依赖pin 驱动，I2C的算法在rt-thread 中已经集成，我们只要实现依赖芯片相关的GPIO 配置即可，对应ops 定义如下
```c
struct rt_i2c_bit_ops
{
    void *data;            /* private data for lowlevel routines */
    void (*set_sda)(void *data, rt_int32_t state);
    void (*set_scl)(void *data, rt_int32_t state);
    rt_int32_t (*get_sda)(void *data);
    rt_int32_t (*get_scl)(void *data);

void (*udelay)(rt_uint32_t us);

rt_uint32_t delay_us;  /* scl and sda line delay */
    rt_uint32_t timeout;   /* in tick */

void (*pin_init)(void);
    rt_bool_t i2c_pin_init_flag;
};
```
- 适配软件I2C的过程就是填充上述结构成员，并构造一个对象注册到系统即可
set_sda/set_scl/get_sda/get_scl/udelay/pin_init 函数实现如下

```c
/**
  * @brief  This function initializes the i2c pin.
  * @param  i2c
  * @retval None
  */
static void mcxnxxx_i2c_gpio_init(struct mcxnxxx_i2c *i2c)
{
    struct mcxnxxx_soft_i2c_config* cfg = (struct mcxnxxx_soft_i2c_config*)i2c->ops.data;

rt_pin_mode(cfg->scl, PIN_MODE_OUTPUT_OD);
    rt_pin_mode(cfg->sda, PIN_MODE_OUTPUT_OD);

rt_pin_write(cfg->scl, PIN_HIGH);
    rt_pin_write(cfg->sda, PIN_HIGH);
}

/**
  * @brief  This function sets the sda pin.
  * @param  data, state
  * @retval None
  */
static void mcxnxxx_set_sda(void *data, rt_int32_t state)
{
    struct mcxnxxx_soft_i2c_config* cfg = (struct mcxnxxx_soft_i2c_config*)data;
    
    rt_pin_mode(cfg->sda, PIN_MODE_OUTPUT_OD);
    
    if (state)
    {
        rt_pin_write(cfg->sda, PIN_HIGH);
    }
    else
    {
        rt_pin_write(cfg->sda, PIN_LOW);
    }
}

/**
  * @brief  This function sets the scl pin.
  * @param  data, state
  * @retval None
  */
static void mcxnxxx_set_scl(void *data, rt_int32_t state)
{
    struct mcxnxxx_soft_i2c_config* cfg = (struct mcxnxxx_soft_i2c_config*)data;
    
    rt_pin_mode(cfg->scl, PIN_MODE_OUTPUT_OD);
    
    if (state)
    {
        rt_pin_write(cfg->scl, PIN_HIGH);
    }
    else
    {
        rt_pin_write(cfg->scl, PIN_LOW);
    }
}

/**
  * @brief  This function gets the sda pin state.
  * @param  data
  * @retval None
  */
static rt_int32_t mcxnxxx_get_sda(void *data)
{
    struct mcxnxxx_soft_i2c_config* cfg = (struct mcxnxxx_soft_i2c_config*)data;
    
    rt_pin_mode(cfg->sda, PIN_MODE_INPUT);
    
    return rt_pin_read(cfg->sda);
}

/**
  * @brief  This function gets the scl pin state.
  * @param  data
  * @retval None
  */
static rt_int32_t mcxnxxx_get_scl(void *data)
{
    struct mcxnxxx_soft_i2c_config* cfg = (struct mcxnxxx_soft_i2c_config*)data;

rt_pin_mode(cfg->scl,PIN_MODE_INPUT);

return rt_pin_read(cfg->scl);
}

/**
  * @brief  The time delay function.
  * @param  us
  * @retval None
  */
static void mcxnxxx_udelay(rt_uint32_t us)
{
    rt_uint32_t frequency = CLOCK_GetCoreSysClkFreq();

int i = (frequency/ 4000000 * us);
    while(i)
    {
        i--;
    }
}

static const struct rt_i2c_bit_ops mcxnxxx_bit_ops_default =
{
    .data     = RT_NULL,
    .set_sda  = mcxnxxx_set_sda,
    .set_scl  = mcxnxxx_set_scl,
    .get_sda  = mcxnxxx_get_sda,
    .get_scl  = mcxnxxx_get_scl,
    .udelay   = mcxnxxx_udelay,
    .delay_us = 1,
    .timeout  = 100
};

```
- 注册上述的ops 函数到系统

rt_pin_mode(cfg->scl, PIN_MODE_OUTPUT_OD);
    rt_pin_mode(cfg->sda, PIN_MODE_OUTPUT_OD);

rt_pin_write(cfg->scl, PIN_HIGH);
    rt_pin_write(cfg->sda, PIN_HIGH);
}

rt_pin_mode(cfg->scl,PIN_MODE_INPUT);

return rt_pin_read(cfg->scl);
}

/**
  * @brief  The time delay function.
  * @param  us
  * @retval None
  */
static void mcxnxxx_udelay(rt_uint32_t us)
{
    rt_uint32_t frequency = CLOCK_GetCoreSysClkFreq();

int i = (frequency/ 4000000 * us);
    while(i)
    {
        i--;
    }
}

```
- 基于mcxn236/board/Kconfig 更新配置添加softi2c 配置菜单

```c
diff --git a/bsp/nxp/mcx/mcxn/frdm-mcxn236/board/Kconfig b/bsp/nxp/mcx/mcxn/frdm-mcxn236/board/Kconfig
index 93452d780e..44f287a0f2 100644
--- a/bsp/nxp/mcx/mcxn/frdm-mcxn236/board/Kconfig
+++ b/bsp/nxp/mcx/mcxn/frdm-mcxn236/board/Kconfig
@@ -53,6 +53,28 @@ menu "On-chip Peripheral Drivers"
                     default y
             endif

+    menuconfig BSP_USING_SW_I2C
+        bool "Enable I2C BUS (software simulation)"
+        default n
+        select RT_USING_I2C
+        select RT_USING_I2C_BITOPS
+        select RT_USING_PIN
+        if BSP_USING_SW_I2C
+            config BSP_USING_SW_I2C0
+                bool "Enable soft I2C0"
+                default y
+            if BSP_USING_SW_I2C0
+                config BSP_SW_I2C0_SCL_PIN
+                    int "SWI2C0 scl pin number"
+                    range 0 159
+                    default 129
+                config BSP_SW_I2C0_SDA_PIN
+                    int "SWI2C0 sda pin number"
+                    range 0 159
+                    default 128
+                endif
+        endif
+
```
- 修改Kconfig 后通过menuconfig 命令打开软件I2C配置

![1111111.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240625/09d00486e51f3463026bfc7cecd0cda7.png.webp)
- 开启软件i2c后使用 “scons --target=iar” 生成工程烧写到板子内运行list device 命令发现swi2c0 bus 总线设备已经注册到系统内部了

```c
msh >list device
device           type         ref count
-------- -------------------- ----------
swi2c0   I2C Bus              0
pin      Pin Device           0
uart5    Character Device     0
uart4    Character Device     2
uart2    Character Device     0
msh >
```
## I2C功能验证

- Rt-thread 有着丰富的组件资源，验证I2C 功能可以使用i2ctool 工具来测试I2C 总线通信状况，通过如下路径开启软件包。

![i2ctool.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240625/21cc613523627cb944d57dbe3b9bbd2d.png.webp)
- 配置完成后输入“ pkgs --update” 命令会通过网络下载源代码到本地，运行结果如下

```c
pkgs --update
[Use Github server - auto decision based on IP location]
Cloning into 'E:\rt-thread_github_andeyqi\bsp\nxp\mcx\mcxn\frdm-mcxn236\packages\rt_vsnprintf_full-latest'...
remote: Enumerating objects: 9, done.
remote: Counting objects: 100% (9/9), done.
remote: Compressing objects: 100% (9/9), done.
remote: Total 9 (delta 0), reused 6 (delta 0), pack-reused 0
Receiving objects: 100% (9/9), 127.66 KiB | 375.00 KiB/s, done.
==============================>  RT_VSNPRINTF_FULL latest is downloaded successfully.

Cloning into 'E:\rt-thread_github_andeyqi\bsp\nxp\mcx\mcxn\frdm-mcxn236\packages\i2c-tools-latest'...
remote: Enumerating objects: 18, done.
remote: Counting objects: 100% (18/18), done.
remote: Compressing objects: 100% (16/16), done.
remote: Total 18 (delta 0), reused 11 (delta 0), pack-reused 0
Receiving objects: 100% (18/18), 2.00 MiB | 2.34 MiB/s, done.
==============================>  I2C_TOOLS latest is downloaded successfully.

E:\rt-thread_github_andeyqi\bsp\nxp\mcx\mcxn\frdm-mcxn236\packages\rt_vsnprintf_full-latest
==============================>  rt_vsnprintf_full update done

E:\rt-thread_github_andeyqi\bsp\nxp\mcx\mcxn\frdm-mcxn236\packages\i2c-tools-latest
==============================>  i2c-tools update done

Operation completed successfully.
```
- 使用“scons --target=iar” 重新生成工程发现工程目录下已经加入了i2ctool 的源码了

![i2ctool_code.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240625/53d9367546fb5c5f11b402d5b6a2f263.png.webp)

- 编译发现i2ctool 源码是cpp 后缀的，会有如下编译错误

![i2ctool_error.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240625/33eedd4bf0a4bb520741f6c5cfdb9952.png.webp)

- IAR 工程开启如下配置即可解决上述编译错误，默认配置编译器归把所有的文件按照c语言编译，配置修改为Auto自动根据文件扩展来识别文件为c或c++

![fix_error.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240625/64624de06f346cb0874bd2e80e31595a.png.webp)

## 使用i2c tool 验证I2C功能
加入i2ctool 工具后系统会集成i2c 命令，对应使用说明如下

```c
msh >i2c
---------------
i2c tools help:
---------------
i2c scan  pin_sda pin_scl [start addr] [stop addr]
i2c read  pin_sda pin_scl address  register  [len=1]
i2c write pin_sda pin_scl address [register] data_0 data_1 ...
```
根据上面的原理图SCL 脚是P4_1 ,SDA 脚是P4_0 对应的引脚转换成PIN id 为129 和 128（对应公式为port*32+index）

输入 i2c scan 128 129 命令扫描i2c节点，发现扫描到0x18的节点，对应的为7bit 地址和板子上的I2C外设保持一致，说明软件I2C已经正常工作可以和芯片通信了。

```c
msh >i2c scan 128 129
    00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F
00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- 18 -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
msh >
msh >i
```

上述的测试是通过传入pin id 的方式来访问软件i2c,我们也可以通过访问总线的方式来访问i2c,修改i2ctool 配置关闭，重新生成IAR工程

![ictool15005.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240626/c96286df62fdac999220044d91cfe1bc.jpg)

此时就可以通过i2c 总线设备来访问i2c 总线设备了，访问方式如下

```c
msh >i2c
---------------
i2c tools help:
---------------
i2c scan  bus_name [start addr] [stop addr]
i2c read  bus_name address  register  [len=1]
i2c write bus_name address [register] data_0 data_1 ...
```

此时输入 i2c scan swi2c0 命令检测到的节点存在状况和通过pin id 方式保持一致

```c
msh >i2c scan swi2c0
    00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F
00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- 18 -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
msh >
```

使用i2c read 功能

查看原理图板子上的I2C 连接的芯片为NXP 的 FXLS8974CF 12位数字物联网加速度计，我们查看手册芯片的WHO_AM_I 寄存器代表的产品ID,我们读取该寄存器数值看看是否和手册的0X86保持一致，芯片手册上寄存器描述如下：

![acc.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240626/258b2ebc33f6324577d0b0d6e3e64e86.png.webp)

输入“i2c read swi2c0  24  19” 命令读取寄存器返回结果如下，和芯片手册的0x86保持一致，从而验证I2C 读取功能OK

```c
msh >i2c read swi2c0  24  19
[ 0x86 ]
```

我们找个I2C可写入的寄存器，进行写入回读验证写功能，回读的数据和写入的一致说明通路都是ok的。

```c
msh >i2c read swi2c0  24  22
[ 0x00 ]
msh >i2c write swi2c0  24  22  0xfb
msh >i2c read swi2c0  24  22
[ 0xFB ]
msh >

```