RT-Thread-RA6M3 HMI Board 之硬件I2C实践RT-Thread问答社区

RA6M3 HMI Board 之硬件I2C实践

发布于 2023-06-16 12:14:04 浏览：1205 订阅该版

[tocm]

# 1、前言说明
- I2C总线是Philips公司在八十年代初推出的一种串行、半双工的总线，主要用于近距离、低速的芯片之间的通信。
- I2C总线有两根双向的信号线，一根数据线SDA用于收发数据，一根时钟线SCL用于通信双方时钟的同步。
- I2C总线硬件结构简单，简化了PCB布线，降低了系统成本，提高了系统可靠性，因此在各个领域得到了广泛应用。

瑞萨在RA6M3系列芯片中也有硬件I2C总线的支持。

## 1.1 本章内容
本章内容主要介绍如何利用瑞萨RA6M3系列芯片R7FA6M3AH3CFB的硬件i2c功能控制点亮0.96寸i2c接口的OLED显示屏。
重要文档：
- RA6M3 Group Datasheet (芯片数据手册)
https://www.renesas.cn/cn/zh/document/dst/ra6m3-group-datasheet?r=1054166

- RA6M3 Group User’s Manual:Hardware(硬件使用手册)
https://www.renesas.cn/cn/zh/document/mah/ra6m3-group-users-manual-hardware?r=1054166

## 1.2 模块介绍

### 1.2.1 瑞萨ra6m3的硬件i2c

- 硬件资源数量
瑞萨ra6m3系列芯片具有3路硬件i2c通讯接口，另外还有10路的串行通讯接口(SCI)，也可扩展为硬件i2c。
芯片的i2c资源数量可参考下表：

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/81a87deedc0919b2405f97907c347aee.png.webp)

- 模块硬件特点
	- 通讯格式
		- I2c总线格式或SMBus格式
		- 可选择主机模式和从机模式
		- 在传输时可自动获得数据建立时间、保持时间以及总线释放时间

- 传输速率
		- 支持超快速模式，传输速率高达1Mbps

- SCL时钟
		- 在主机模式下，时钟的占空比可在4 – 96%之间调整

- 总线时序信号的产生与检测
		- 自动产生标准的i2c总线时序条件（起始、重复起始、停止）
		- 做从机使用时可自动侦测其它主机发送的起始(或重复起始)，停止条件

- 从机地址
		- 可配置高达3个从机地址
		- 支持7位、10位地址格式，并且可以同时使用这2种模式
		- 支持广播寻址，设备ID寻址以及SMBus主机地址侦测

- 应答
		- 数据传输时，可自动加载应答位
		- 数据接收时，可自动传输应答位

- 等待功能
		在数据接收期间，保持SDL位位低电平的时候，下列等待周期将变得有效：
		- 在第8和第9个时钟之间的等待
		- 在第9个时钟和下一数据帧的第1个时钟之间的等待

- SDA输出延时
		- 在输出数据的时候，可加入延时功能（包括应答位）

- 仲裁
		- 多主机仲裁
		- 侦测到起始条件失去仲裁，避免产生2个以上的起始条件
		- 在传输一个非应答位期间，如果SDA线上的电平和自己不匹配失去仲裁
		- 从机传输时，内部数据和通讯线上的电平不匹配将失去仲裁

- 超时
		- 内部状态检测到超时时，可停止SCL的时钟输出

- 噪声滤波
		- 数字滤波器支持检测SCL和SDA线上的信号
		- 滤波器支持可编程的窗口期用来滤除噪声干扰

- 中断源
		- 传输错误或者事件（仲裁丢失、无应答、超时、起始条件、停止条件）发生将产生中断
		- 接收数据缓冲区满（包括从机地址匹配模式）可产生中断
		- 传输数据缓冲区空（包括从机地址匹配模式）可产生中断
		- 传输结束产生中断

- 模块停止省电模式
		- 可配置为停止模式来降低电源的消耗，达到低功耗目的

- 支持的操作模式
		- 主机传送
		- 主机接收
		- 从机传送
		- 从机接收

- 事件连接（输出）
		- 支持传输错误或者总线事件（仲裁丢失、无应答、超时、起始条件或者重复起始条件、停止条件）
		- 支持数据满、从机地址匹配
		- 支持数据空、从机地址匹配
		- 传输结束

- 唤醒功能
		- 支持使用唤醒事件将cpu从待机模式唤醒（此功能只支持I2C0外设，I2C1,I2C2不支持）

- 硬件i2c框图

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/9af8f9b1d1e71711612addd98d4bb7e6.png.webp)

### 1.2.2 0.96寸OLED显示屏
- 显示屏特性
分辨率：128x64
控制芯片：SSD1306
接口类型：I2C
工作电压：3.3v ~ 5V
显示颜色：蓝色

- 显示屏外观

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/e53099531b10525b784f7d892cf576cf.png.webp)

- 接口定义

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/f948d8346d8ea007fae67d863bf4f2ac.png.webp)

## 1.3 硬件连接

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/c83ee3fa3df7315cd41656ccbec4bc26.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/6116831797a22a109ff33b179068dd79.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/49c06849b9c996833de8c2475fecbe44.png.webp)

连接说明：

| GPIO | Arduino名称 | OLED引脚 |
|--------|--------|--------|
| P506（输出高电平）| ARD_DIG_03 | VCC（供电）|
| P008（输出低电平）| ARD_DIG_02 | GND        |
| P205（I2C时钟）	| ARD_DIG_01 | SCL        |
| P206（I2C数据）	| ARD_DIG_00 | SDA        |

由于OLED显示屏比较小，供电电流不大，可以**直接用GPIO输出高电**平来供电。

重要文档：
- 瑞萨 RA6M3-HMI-Board文档：[HMI-Board (rt-thread.org)](https://www.rt-thread.org/document/site/#/rt-thread-version/rt-thread-standard/hw-board/ra6m3-hmi-board/ra6m3-hmi-board?id=%e7%91%9e%e8%90%a8-ra6m3-hmi-board "HMI-Board (rt-thread.org)")
- SDK 及原理图仓库：https://github.com/RT-Thread-Studio/sdk-bsp-ra6m3-hmi-board

## 1.4 开发软件
软件环境：
RT-ThreadStudio2.2.6版本
[rt-thread.org/download.html#download-rt-thread-studio](https://www.rt-thread.org/download.html#download-rt-thread-studio "rt-thread.org/download.html#download-rt-thread-studio")

板级支持包HMI-Board 1.0.3
[Releases • RT-Thread-Studio/sdk-bsp-ra6m3-hmi-board (github.com)](https://github.com/RT-Thread-Studio/sdk-bsp-ra6m3-hmi-board/releases "Releases • RT-Thread-Studio/sdk-bsp-ra6m3-hmi-board (github.com)")

Renesas RA Flexible Software Package(FSP) v3.5.0
[Releases • renesas/fsp • GitHub](https://github.com/renesas/fsp/releases "Releases • renesas/fsp • GitHub")

软件包：u8g2

下载工具：板载DAP-Link
串口终端：Tera Term

# 2、步骤说明
基础使用教程可参考：
https://www.rt-thread.org/document/site/#/rt-thread-version/rt-thread-standard/hw-board/ra6m3-hmi-board/ra6m3-hmi-board?id=%e7%91%9e%e8%90%a8-ra6m3-hmi-board

## 2.1 新建工程

1. 新建ra6m3_hmi_board_i2c_hardware工程

打开RT-Thread Studio软件，执行菜单【文件】->【新建】->【RT-Thread项目】弹出新建项目对话框，选择【基于开发板】的项目，其它配置如下图   所示，项目名称：ra6m3_hmi_board_i2c_hardware，点击【完成】。

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/057691c46b0bf98f7716ed48d6fcf11f.png.webp)

2. 配置FSP路径并允许FSP软件

双击项目资源管理器里面的【RA Smart Configurator】，在弹出的对话框中点击【是】，然后选择瑞萨FSP软件的安装路径：本机安装在：     C:\Renesas\RA\sc_v2021-10_fsp_v3.5.0

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/2df3410bc854fcc3e87bc188160b69a3.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/5d7d984146a5b8e2cf20b01437ae6009.png.webp)

3. 配置GPIO
  配置P506为GPIO输出模式，默认高电平
  配置P008为GPIO输出模式，默认低电平
  配置 Connectivity->IIC1 功能，Enable，引脚为P206(SDA), P205(SCL)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/1ba5779accc36f6b98c0157ee143d16a.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/97adc4f87750ec123afe5bc3c47000e5.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/734309adbc2cd390d1d75f11e206ad0b.png.webp)

4. 配置硬件i2c模块

依次选择【Stacks】->【New Stack】->【Connectivity】->【I2C Master(r_iic_master)】，创建I2C Master模块，关键参数如下表

|项目|参数|
  |----|----|
  |Name|	g_i2c_master1|
  |Channel|	1|
  |Slave Address|	0x3C|
  |Callback|	i2c_master_callback|

配置如下图所示

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/39c2719e765e9e65d954f67e84f0bfdd.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/290a0bbb4a2b554922d0139b2e619256.png.webp)

5 生成配置代码

点击 【Generate Project Content】生成配置代码

## 2.2 编写测试程序

1. 添加软件包u8g2组件

双击RT-Thread Settings，进入添加软件包界面，点击【添加软件包】，在弹出的对话框中搜索栏输入u8g2，选中u8g2官方软件包，添加到工程

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/9a0fed49b6a7eba8a064547598da5e74.png)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/249ce3e0ba8fa02f6563072c33f05653.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/474202b9e0b14ddb6bb76005bef6a31d.png.webp)

2. 配置u8g2组件

点击u8g2组件，选择【配置项】，并按如下图所示配置u8g2(official)软件包，然后保存配置

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/b9ca7acebc893f40c1c4d9e67ccb3041.png)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/b1e4143d64ee744bdba7ce6e99efb2bf.png.webp)

3. 使能硬件i2c总线驱动

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/01ee5441a6284c3e9fa17a0ae064262f.png.webp)

4. 测试代码

测试代码无需编写，u8g2提供了example，直接使用，然后编译工程并下载到开发板。

```c
#include <rthw.h>
#include <rtthread.h>
#include <rtdevice.h>
#include <u8g2_port.h>

static void u8g2_ssd1306_12864_hw_i2c_example(int argc,char *argv[])
{
    u8g2_t u8g2;

// Initialization
    u8g2_Setup_ssd1306_i2c_128x64_noname_f( &u8g2, U8G2_R0, u8x8_byte_rtthread_hw_i2c, u8x8_gpio_and_delay_rtthread);
    u8g2_InitDisplay(&u8g2);
    u8g2_SetPowerSave(&u8g2, 0);

/* full buffer example, setup procedure ends in _f */
    u8g2_ClearBuffer(&u8g2);
    u8g2_SetFont(&u8g2, u8g2_font_ncenB08_tr);
    u8g2_DrawStr(&u8g2, 1, 18, "U8g2 on RT-Thread");
    u8g2_SendBuffer(&u8g2);

// Draw Graphics
    u8g2_SetFont(&u8g2, u8g2_font_unifont_t_symbols);
    u8g2_DrawGlyph(&u8g2, 112, 56, 0x2603 );
    u8g2_SendBuffer(&u8g2);
}
MSH_CMD_EXPORT(u8g2_ssd1306_12864_hw_i2c_example, i2c ssd1306 sample);

```

# 3、代码验证
下载程序，然后终端界面显示，提示符下输入 tab 并按回车显示所有命令，可以看到u8g2的示例已经出现

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/3bfa70e30073c7c635927b5f3c9c2e22.png.webp)

输入u8g2，按tab自动补全，然后再按回车执行示例代码，效果如下图所示

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/8f5c6a81dfe8d14da3744c4b30cf36a3.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230616/3ade188d3eb46f4363bf922e212abf9f.png.webp)

可编译下载的[代码仓库](https://gitee.com/nes6502/ra6m3_hmi_board_i2c_hardware "代码仓库")

# 4、章节总结

- rt_thread最新代码bsp需要添加对sci i2c的支持
- 驱动只支持i2c master模式，slave模式需要完善
- 硬件i2c目前只提供一路i2c接口（i2c1）
- Fsp软件配置芯片外设等功能相当方便直观