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 本文基于三星Cortex-A9架構(gòu)，Exynos4412講解I2C原理、以及基于I2C的mpu6050陀螺儀的數(shù)據(jù)讀取實(shí)例(包括在裸機(jī)模式下數(shù)據(jù)的讀取以及基于Linux驅(qū)動(dòng)的讀取)。還會(huì)分析Linux內(nèi)核I2C架構(gòu)，篇幅過(guò)長(zhǎng)，絕對(duì)干貨。

裸機(jī)篇

本篇首先詳細(xì)講解I2C時(shí)序，然后講解如何基于三星I2C控制實(shí)現(xiàn)裸機(jī)讀取從設(shè)備信息方法。

前言

I2C(Inter-Integrated Circuit)總線(xiàn)(也稱(chēng) IIC 或 I2C) 是有PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的兩線(xiàn)式串行總線(xiàn)，用于連接微控制器及外圍設(shè)備，是微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線(xiàn)少、控制方式簡(jiǎn)單、器件封裝形式小、通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。

Exynos4412 i2c控制器綜述

Exynos4412精簡(jiǎn)指令集微處理器支持4個(gè)IIC總線(xiàn)控制器。為了能使連接在總線(xiàn)上的主和從設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，專(zhuān)用的數(shù)據(jù)線(xiàn)SDA和時(shí)鐘信號(hào)線(xiàn)SCL被使用，他們都是雙向的。

如果工作在多主機(jī)的IIC總線(xiàn)模式，多個(gè)4412處理器將從從機(jī)那接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)給從機(jī)。在IIC總線(xiàn)上的主機(jī)端4412會(huì)啟動(dòng)或終止一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸。4412的IIC總線(xiàn)控制器會(huì)用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IIC總線(xiàn)仲裁機(jī)制去實(shí)現(xiàn)多主機(jī)和多從機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。

通過(guò)控制如下寄存器以實(shí)現(xiàn)IIC總線(xiàn)上的多主機(jī)操作：

1. 控制寄存器： I2CCON
2. 狀態(tài)寄存器： I2CSTAT
3. Tx/Rx數(shù)據(jù)偏移寄存器：I2CDS
4. 地址寄存器： I2CADD

如果I2C總線(xiàn)空閑，那么SCL和SDA信號(hào)線(xiàn)將都為高電平。在SCL為高電平期間，如果SDA有由高到低電平的跳變，那么將啟動(dòng)一個(gè)起始信號(hào)，如果SDA有由低到高電平的跳變，將啟動(dòng)一個(gè)結(jié)束信號(hào)。

主機(jī)端的設(shè)備總是提供起始和停止信號(hào)的一端。在起始信號(hào)被發(fā)出后，一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的前7位被當(dāng)作地址通過(guò)SDA線(xiàn)被傳輸。這個(gè)地制值決定了總線(xiàn)上的主設(shè)備將要選擇那個(gè)從設(shè)備作為傳輸對(duì)象，bit8決定傳輸數(shù)據(jù)的方向(是讀還是寫(xiě))。

I2C總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)(即在SDA上傳輸?shù)臄?shù)據(jù))都是以8位字節(jié)傳輸?shù)模诳偩€(xiàn)上傳輸操作的過(guò)程中，對(duì)發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)是沒(méi)有限制的。I2C總線(xiàn)上的主/從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)總是以一個(gè)數(shù)據(jù)的最高位開(kāi)始傳輸(即MSB方式)，傳輸完一個(gè)字節(jié)后，應(yīng)答信號(hào)緊接其后。

Exynos4412 I2C總線(xiàn)接口特性

1. 共有9個(gè)通道，支持多主、從I2C總線(xiàn)接口。其中8個(gè)通道作為普通接口(即I2C0、I2C1....)，1個(gè)通道作為HDMI的專(zhuān)用接口。
2. 7位地址模式。
3. 串行，8位單向或雙向的數(shù)據(jù)傳輸。
4. 在標(biāo)準(zhǔn)模式中，每秒最多可以傳輸100k位，即12.5kB的數(shù)據(jù)量。
5. 在快速模式中，每秒最多可以傳輸400k位，即50kB的數(shù)據(jù)量。
6. 支持主機(jī)端發(fā)送、接收，從機(jī)端發(fā)送、接收操作。
7. 支持中斷和查詢(xún)方式。

框圖

從上圖可以看出，4412提供4個(gè)寄存器來(lái)完成所有的IIC操作。SDA線(xiàn)上的數(shù)據(jù)從IICDS寄存器經(jīng)過(guò)移位寄存器發(fā)出，或通過(guò)移位寄存器傳入IICDS寄器;IICADD寄存器中保存4412當(dāng)做從機(jī)時(shí)的地址;IICCON、IICSTAT兩個(gè)寄存器用來(lái)控制或標(biāo)識(shí)各種狀態(tài)，比如選擇工作工作模式，發(fā)出S信號(hào)、P信號(hào)，決定是否發(fā)出ACK信號(hào)，檢測(cè)是否接收到ACK信號(hào)。

I2C總線(xiàn)接口操作

針對(duì)4412處理器的I2C總線(xiàn)接口，具備4種操作模式：

1. 主機(jī)發(fā)送模式
2. 主機(jī)接收模式
3. 從機(jī)發(fā)送模式
4. 從機(jī)接收模式

下面將描述這些操作模式之間的功能關(guān)系：

0、數(shù)據(jù)有效性

在這里插入圖片描述

SDA線(xiàn)上的數(shù)據(jù)必須在時(shí)鐘的高電平周期保持穩(wěn)定。數(shù)據(jù)線(xiàn)的高或低電平狀態(tài)IIC位傳輸數(shù)據(jù)的有效性在SCL線(xiàn)的時(shí)鐘信號(hào)是低電平才能改變。

1. 開(kāi)始和停止條件

當(dāng)4412的I2C接口空閑時(shí)，它往往工作在從機(jī)模式。或者說(shuō)，4412的的i2c接口在SDA線(xiàn)上察覺(jué)到一個(gè)起始信號(hào)之前它應(yīng)該工作在從機(jī)模式。當(dāng)控制器改變4412的i2c接口的工作模式為主機(jī)模式后，SDA線(xiàn)上發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸并且控制器會(huì)產(chǎn)生SCL時(shí)鐘信號(hào)。

開(kāi)始條件通過(guò)SDA線(xiàn)進(jìn)行串行的字節(jié)傳輸，一個(gè)停止信號(hào)終止數(shù)據(jù)傳輸，停止信號(hào)是指SCL在高電平器件SDA線(xiàn)有從低到高電平的跳變，主機(jī)端產(chǎn)生起始和停止條件。當(dāng)主、從設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)起始信號(hào)后,I2C總線(xiàn)將進(jìn)入忙狀態(tài)。這里需要說(shuō)明的是上述主從設(shè)備都有可能作為主機(jī)端。

當(dāng)一個(gè)主機(jī)發(fā)送了一個(gè)起始信號(hào)后，它也應(yīng)該發(fā)送一個(gè)從機(jī)地址以通知總線(xiàn)上的從設(shè)備。這個(gè)地址字節(jié)的低7位表示從設(shè)備地址，最高位表示傳輸數(shù)據(jù)的方向，即主機(jī)將要進(jìn)行讀還是寫(xiě)。當(dāng)最高位是0時(shí)，它將發(fā)起一個(gè)寫(xiě)操作(發(fā)送操作);當(dāng)最高位是1時(shí)，它將發(fā)起一個(gè)讀數(shù)據(jù)的請(qǐng)求(接收操作)。

主機(jī)端發(fā)起一個(gè)結(jié)束信號(hào)以完成傳輸操作，如果主機(jī)端想在總線(xiàn)上繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，它將發(fā)出另外一個(gè)起始信號(hào)和從設(shè)備地址。用這樣的方式，它們可以用各種各樣的格式進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

下圖為起始和停止信號(hào)：

2. 數(shù)據(jù)傳輸格式

放到SDA線(xiàn)上的所有字節(jié)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度應(yīng)該為8位，在每次傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)傳輸數(shù)據(jù)量沒(méi)有限制。在起始信號(hào)后的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)應(yīng)該包含地址字段，當(dāng)4412的I2C接口被設(shè)置為主模式時(shí)，地址字節(jié)應(yīng)該由控制器端發(fā)出。在每個(gè)字節(jié)后，應(yīng)該有一個(gè)應(yīng)答位。

如果從機(jī)要完成一些其他功能后(例如一個(gè)內(nèi)部中斷服務(wù)程序)才能繼續(xù)接收或發(fā)送下一個(gè)字節(jié)，從機(jī)可以拉低SCL迫使主機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好接收下一個(gè)數(shù)據(jù)并釋放SCL后，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)。如果主機(jī)在傳輸數(shù)據(jù)期間也需要完成一些其他功能(例如一個(gè)內(nèi)部中斷服務(wù)程序)也可以拉低SCL以占住總線(xiàn)。

下面的圖中將說(shuō)明數(shù)據(jù)傳輸格式：

上圖中說(shuō)明，在傳輸完每個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，都會(huì)有一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，這個(gè)應(yīng)答信號(hào)在第9個(gè)時(shí)鐘周期。具體過(guò)程如下(注意下面描述的讀寫(xiě)過(guò)程都是針對(duì) 4412處理器而言，當(dāng)有具體的I2C設(shè)備與4412相連時(shí)，數(shù)據(jù)表示什么需要看具體的I2C設(shè)備，4412是不知道數(shù)據(jù)的含義的)：

寫(xiě)過(guò)程：主機(jī)發(fā)送一個(gè)起始信號(hào)S→發(fā)送從機(jī)7位地址和1位方向，方向位表示寫(xiě)→主機(jī)釋放SDA線(xiàn)方便從機(jī)給回應(yīng)→有從機(jī)匹配到地址，拉低SDA線(xiàn)作為ACK→主機(jī)重新獲得SDA傳輸8位數(shù)據(jù)→主機(jī)釋放SDA線(xiàn)方便從機(jī)給回應(yīng)→從機(jī)收到數(shù)據(jù)拉低SDA線(xiàn)作為ACK告訴主機(jī)數(shù)據(jù)接收成功→主機(jī)發(fā)出停止信號(hào)。

讀過(guò)程：主機(jī)發(fā)送一個(gè)起始信號(hào)S→發(fā)送從機(jī)7位地址和1位方向，方向位表示讀→主機(jī)釋放SDA線(xiàn)方便從機(jī)給回應(yīng)→有從機(jī)匹配到地址，拉低SDA線(xiàn)作為ACK→從機(jī)繼續(xù)占用SDA線(xiàn)，用SDA傳輸8位數(shù)據(jù)給主機(jī)→從機(jī)釋放SDA線(xiàn)(拉高)方便主機(jī)給回應(yīng)→主機(jī)接收到數(shù)據(jù)→主機(jī)獲得SDA線(xiàn)控制并拉低SDA線(xiàn)作為ACK告訴從機(jī)數(shù)據(jù)接收成功→主機(jī)發(fā)出停止信號(hào)。

注意：在具體的I2C通信時(shí)，要看I2C設(shè)備才能確定讀寫(xiě)時(shí)序，比如下面即將描述的第七大點(diǎn)中的示例，讀寫(xiě)EEPROM中就會(huì)說(shuō)道具體的數(shù)據(jù)含義，讀寫(xiě)過(guò)程。

3. 應(yīng)答信號(hào)的傳輸

為了完成一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸，接收方將發(fā)送一個(gè)應(yīng)答位給發(fā)送方。應(yīng)答信號(hào)出現(xiàn)在SCL線(xiàn)上的時(shí)鐘周期中的第九個(gè)時(shí)鐘周期，為了發(fā)送或接收1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，主機(jī)端會(huì)產(chǎn)生8個(gè)時(shí)鐘周期，為了傳輸一個(gè)ACK位，主機(jī)端需要產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖。ACK時(shí)鐘脈沖到來(lái)之際，發(fā)送方會(huì)在SDA線(xiàn)上設(shè)置高電平以釋放SDA線(xiàn)。在ACK時(shí)鐘脈沖之間，接收方會(huì)驅(qū)動(dòng)和保持SDA線(xiàn)為低電平，這發(fā)生在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖為高電平期間。應(yīng)答信號(hào)為低電平時(shí)，規(guī)定為有效應(yīng)答位(ACK簡(jiǎn)稱(chēng)應(yīng)答位)，表示接收器已經(jīng)成功地接收了該字節(jié);應(yīng)答信號(hào)為高電平時(shí)，規(guī)定為非應(yīng)答位(NACK)，一般表示接收器接收該字節(jié)沒(méi)有成功。對(duì)于反饋有效應(yīng)答位ACK的要求是，接收器在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖之前的低電平期間將SDA線(xiàn)拉低，并且確保在該時(shí)鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。如果接收器是主控器，則在它收到最后一個(gè)字節(jié)后，發(fā)送一個(gè)NACK信號(hào)(即不發(fā)出ACK信號(hào))，以通知被控發(fā)送器結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送，并釋放SDA線(xiàn)，以便主控接收器發(fā)送一個(gè)停止信號(hào)P。

4. 讀寫(xiě)操作

當(dāng)I2C控制器在發(fā)送模式下發(fā)送數(shù)據(jù)后，I2C總線(xiàn)接口將等待直到移位寄存器(I2CDS)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)。在往此寄存器寫(xiě)入一個(gè)新數(shù)據(jù)前，SCL線(xiàn)應(yīng)該保持為低電平，寫(xiě)完數(shù)據(jù)后，I2C控制器將釋放SCL線(xiàn)。當(dāng)前正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸完成后，4412會(huì)捕捉到一個(gè)中斷，然后cpu將開(kāi)始往I2CDS寄存器中寫(xiě)入一個(gè)新的數(shù)據(jù)。

當(dāng)I2C控制器在接收模式下接收到數(shù)據(jù)后，I2C總線(xiàn)接口將等待直到I2CDS寄存器被讀。在讀到新數(shù)據(jù)之前，SCL線(xiàn)會(huì)被保持為低電平，讀到數(shù)據(jù)后I2C控制器將釋放掉SCL線(xiàn)。一個(gè)新數(shù)據(jù)接收完成后，4412將收到一個(gè)中斷，cpu收到這個(gè)中斷請(qǐng)求后，它將從I2CDS寄存器中讀取數(shù)據(jù)。

5. 總線(xiàn)仲裁機(jī)制

總線(xiàn)上可能掛接有多個(gè)器件，有時(shí)會(huì)發(fā)生兩個(gè)或多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線(xiàn)的情況，這種情況叫做總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)。I2C總線(xiàn)具有多主控能力，可以對(duì)發(fā)生在SDA線(xiàn)上的總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)行仲裁，其仲裁原則是這樣的：當(dāng)多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線(xiàn)時(shí)，如果某個(gè)主器件發(fā)送高電平，而另一個(gè)主器件發(fā)送低電平，則發(fā)送電平與此時(shí)SDA總線(xiàn)電平不符的那個(gè)器件將自動(dòng)關(guān)閉其輸出級(jí)。總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)的仲裁是在兩個(gè)層次上進(jìn)行的。首先是地址位的比較，如果主器件尋址同一個(gè)從器件，則進(jìn)入數(shù)據(jù)位的比較，從而確保了競(jìng)爭(zhēng)仲裁的可靠性。由于是利用I2C總線(xiàn)上的信息進(jìn)行仲裁，因此不會(huì)造成信息的丟失。

6. 終止條件

當(dāng)一個(gè)從接收者不能識(shí)別從地址時(shí)，它將保持SDA線(xiàn)為高電平。在這樣的情況下，主機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)停止信號(hào)并且取消數(shù)據(jù)的傳輸。當(dāng)終止傳輸產(chǎn)生后，主機(jī)端接收器會(huì)通過(guò)取消ACK的產(chǎn)生以告訴從機(jī)端發(fā)送器結(jié)束發(fā)送操作。這將在主機(jī)端接收器接收到從機(jī)端發(fā)送器發(fā)送的最后一個(gè)字節(jié)之后發(fā)生，為了讓主機(jī)端產(chǎn)生一個(gè)停止條件，從機(jī)端發(fā)送者將釋放SDA線(xiàn)。

7. 配置I2C總線(xiàn)

如果要設(shè)置I2C總線(xiàn)中SCL時(shí)鐘信號(hào)的頻率，可以在I2CCON寄存器中設(shè)置4位分頻器的值。I2C總線(xiàn)接口地址值存放在I2C總線(xiàn)地址寄存器(I2CADD)中，默認(rèn)值未知。

8. 每種模式下的操作流程圖

在I2C總線(xiàn)上執(zhí)行任何的收發(fā)Tx/Rx操作前，應(yīng)該做如下配置：

(1)在I2CADD寄存器中寫(xiě)入從設(shè)備地址 (2)設(shè)置I2CCON控制寄存器

• a. 使能中斷
• b. 定義SCL頻率

(3)設(shè)置I2CSTAT寄存器以使能串行輸出

下圖為主設(shè)備發(fā)送模式

下圖為主設(shè)備接收模式

下圖為從設(shè)備發(fā)送模式

下圖為從設(shè)備接收模式

I2C控制器寄存器

I2C控制器用到的寄存器如下所示：

1-- I2C總線(xiàn)控制寄存器

IICCON寄存器用于控制是否發(fā)出ACK信號(hào)、設(shè)置發(fā)送器的時(shí)鐘、開(kāi)啟I2C中斷，并標(biāo)識(shí)中斷是否發(fā)生

使用IICCON寄存器時(shí)，有如下注意事項(xiàng)

1.發(fā)送模式的時(shí)鐘頻率由位[6]、位[3:0]聯(lián)合決定。另外，當(dāng) IICCON[6]=0時(shí)，IICCON[3:0]不能取0或1。

2.位[4]用來(lái)標(biāo)識(shí)是否有I2C中斷發(fā)生，讀出為0時(shí)標(biāo)識(shí)沒(méi)有中斷發(fā)生，讀出為1時(shí)標(biāo)識(shí)有中斷發(fā)生。當(dāng)此位為1時(shí)，SCL線(xiàn)被拉低，此時(shí)所以I2C傳輸停止;如果要繼續(xù)傳輸，需寫(xiě)入0清除它。

中斷在以下3種情況下發(fā)生：

• 當(dāng)發(fā)送地址信息或接收到一個(gè)從機(jī)地址并且吻合時(shí);
• 當(dāng)總線(xiàn)仲裁失敗時(shí);
• 當(dāng)發(fā)送/接收完一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)(包括響應(yīng)位)時(shí);

3.基于SDA、SCL線(xiàn)上時(shí)間特性的考慮，要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先將數(shù)據(jù)寫(xiě)入IICDS寄存器，然后再清除中斷。

4.如果IICCON[5]=0，IICCON[4]將不能正常工作，所以，即使不使用I2C中斷，也要將IICCON[5]設(shè)為1.

2 -- I2C狀態(tài)寄存器

IICSTAT寄存器用于選擇I2C接口的工作模式，發(fā)出S信號(hào)、P信號(hào)，使能接收/發(fā)送功能，并標(biāo)識(shí)各種狀態(tài)，比如總線(xiàn)仲裁是否成功、作為從機(jī)時(shí)是否被尋址、是否接收到0地址、是否接收到ACK信號(hào)等。

3 -- I2C數(shù)據(jù)發(fā)送/接收移位寄存器

fs4412的i2c總線(xiàn)上掛載了mpu6050mpu6050每次讀取或者要寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，必須先告知從設(shè)備要操作的內(nèi)部寄存器地址(RA)，然后緊跟著讀取或者寫(xiě)入數(shù)據(jù)(DATA)，內(nèi)部寄存器的配置和讀取一次最多1個(gè)data，交互時(shí)序如下：

【注意】上述兩個(gè)時(shí)序非常重要，下面我們編寫(xiě)基于linux的驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)i2c_msg還要再依賴(lài)他。

上述簡(jiǎn)化時(shí)序的術(shù)語(yǔ)解釋如下

【寄存器使用規(guī)則】

下面先提前講一下具體應(yīng)用中如何啟動(dòng)和恢復(fù)IIC的傳輸 啟動(dòng)或恢復(fù)4412的I2C傳輸有以下兩種方法。1) 當(dāng)IICCON[4]即中斷狀態(tài)位為0時(shí)，通過(guò)寫(xiě)IICSTAT寄存器啟動(dòng)I2C操作。有以下兩種情況。

• 1--在主機(jī)模式， 令I(lǐng)ICSTAT[5:4]等于0b11，將發(fā)出S信號(hào)和IICDS寄存器的數(shù)據(jù)(尋址)， 令I(lǐng)ICSTAT[5:4]等于0b01，將發(fā)出P信號(hào)。
• 2--在從機(jī)模式，令I(lǐng)ICSTAT[4]等于1將等待其他主機(jī)發(fā)出S信號(hào)及地址信息。

2)當(dāng)IICCON[4]即中斷狀態(tài)為1時(shí)，表示I2C操作被暫停。在這期間設(shè)置好其他寄存器之后，向IICCON[4]寫(xiě)入0即可恢復(fù)I2C操作。所謂“設(shè)置其他寄存器”，有以下三種情況：

• 1--對(duì)于主機(jī)模式，可以按照上面1的方法寫(xiě)IICSTAT寄存器，恢復(fù)I2C操作后即可發(fā)出S信號(hào)和IICDS寄存器的值(尋址)，或發(fā)出P信號(hào)。
• 2--對(duì)于發(fā)送器，可以將下一個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫(xiě)入IICDS寄存器中，恢復(fù)I2C操作后即可發(fā)出這個(gè)數(shù)據(jù)。
• 3--對(duì)于接收器，可以從IICDS寄存器讀出接收到的數(shù)據(jù)。最后向IICCON[4]寫(xiě)入0的同時(shí)，設(shè)置IICCON[7]以決定是否在接收到下一個(gè)數(shù)據(jù)后是否發(fā)出ACK信號(hào)。

MPU6050

MPU-6000(6050)為全球首例整合性6軸運(yùn)動(dòng)處理組件，相較于多組件方案，免除了組合陀螺儀與加速器時(shí)間軸之差的問(wèn)題，減少了大量的封裝空間。當(dāng)連接到三軸磁強(qiáng)計(jì)時(shí)，MPU-60X0提供完整的9軸運(yùn)動(dòng)融合輸出到其主I2C或SPI端口(SPI僅在MPU-6000上可用)。

MPU-6000(6050)的角速度全格感測(cè)范圍為±250、±500、±1000與±2000°/sec (dps)，可準(zhǔn)確追蹤快速與慢速動(dòng)作，并且，用戶(hù)可程式控制的加速器全格感測(cè)范圍為±2g、±4g±8g與±16g。

產(chǎn)品傳輸可透過(guò)最高至400kHz的IIC或最高達(dá)20MHz的SPI(MPU-6050沒(méi)有SPI)。

電路圖

【MPU6050硬件電路圖】(實(shí)際板子電路圖不一定和下面一樣，具體問(wèn)題具體分析，本例參考exynos-fs4412開(kāi)發(fā)板)

1 AD0接地的 值為 0

所以從設(shè)備地址為0x68;

2 SCL、SDA連接的i2c_SCL5、i2c_SDA5

由此可得這兩個(gè)信號(hào)線(xiàn)復(fù)用了GPIO的GPB的2、3引腳;

3 查閱exynos4412 datasheet 6.2.2 Part 1可得

所以設(shè)置GPIO 的 GPB 【15：8】= 0x33 即可。

MPU6050內(nèi)部寄存器

mpu6050內(nèi)部寄存器的使用，參考datasheet《MPU-6000 and MPU-6050 Register Map and Descriptions Revision 4.0 》。

Mpu6050內(nèi)部有100多個(gè)寄存器。比如：

這個(gè)寄存器是用來(lái)設(shè)置加速度屬性的，當(dāng)bit[4:3] 設(shè)置為0，表示3個(gè)軸的加速度量程最大為±2g。

mpu6050的內(nèi)部寄存器非常多，并不需要每一個(gè)寄存器都需要搞懂，在如下代碼實(shí)例中，我已經(jīng)列舉出常用的寄存器以及他們的典型值，其他的寄存器不再一一介紹。

下面是個(gè)IIC總線(xiàn)實(shí)例：用IIC總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)CPU與MPU-6050的數(shù)據(jù)查詢(xún)

具體代碼如下：

//**************************************** 
// MPU6050常用內(nèi)部地址，以下地址在mpu6050內(nèi)部 
//**************************************** 
#define SMPLRT_DIV  0x19 //陀螺儀采樣率，典型值：0x07(125Hz) 
#define CONFIG   0x1A //低通濾波頻率，典型值：0x06(5Hz) 
#define GYRO_CONFIG  0x1B //陀螺儀自檢及測(cè)量范圍，典型值：0x18(不自檢，2000deg/s) 
#define ACCEL_CONFIG 0x1C //加速計(jì)自檢、測(cè)量范圍及高通濾波頻率，典型值：0x01(不自檢，2G，5Hz) 
#define ACCEL_XOUT_H 0x3B 
#define ACCEL_XOUT_L 0x3C 
#define ACCEL_YOUT_H 0x3D 
#define ACCEL_YOUT_L 0x3E 
#define ACCEL_ZOUT_H 0x3F 
#define ACCEL_ZOUT_L 0x40 
#define TEMP_OUT_H  0x41 
#define TEMP_OUT_L  0x42 
#define GYRO_XOUT_H  0x43 
#define GYRO_XOUT_L  0x44 
#define GYRO_YOUT_H  0x45 
#define GYRO_YOUT_L  0x46 
#define GYRO_ZOUT_H  0x47 
#define GYRO_ZOUT_L  0x48 
#define PWR_MGMT_1  0x6B //電源管理，典型值：0x00(正常啟用) 
#define WHO_AM_I  0x75 //IIC地址寄存器(默認(rèn)數(shù)值0x68，只讀) 
#define SlaveAddress 0xD0 //IIC寫(xiě)入時(shí)的地址字節(jié)數(shù)據(jù)，+1為讀取 
 
typedef struct { 
        unsigned int CON; 
        unsigned int DAT; 
        unsigned int PUD; 
        unsigned int DRV; 
        unsigned int CONPDN; 
        unsigned int PUDPDN; 
}gpb; 
#define GPB (* (volatile gpb *)0x11400040) 
 
typedef struct { 
        unsigned int I2CCON; 
        unsigned int I2CSTAT; 
        unsigned int I2CADD; 
        unsigned int I2CDS; 
        unsigned int I2CLC; 
}i2c5; 
#define  I2C5 (* (volatile i2c5 *)0x138B0000 ) 
 
void mydelay_ms(int time) 
{ 
  int i, j; 
  while(time--) 
  { 
    for (i = 0; i < 5; i++) 
      for (j = 0; j < 514; j++); 
  } 
} 
/********************************************************************** 
 * @brief            iic read a byte program body 
 * @param[in]    slave_addr, addr, &data 
 * @return         None 
 **********************************************************************/ 
 
void iic_read(unsigned char slave_addr, unsigned char addr, unsigned char *data) 
{ 
  /*根據(jù)mpu6050的datasheet，要讀取數(shù)據(jù)必須先執(zhí)行寫(xiě)操作：寫(xiě)入一個(gè)從設(shè)備地址， 
  然后執(zhí)行讀操作，才能讀取到該內(nèi)部寄存器的內(nèi)容*/ 
  I2C5.I2CDS = slave_addr; //將從機(jī)地址寫(xiě)入I2CDS寄存器中 
  I2C5.I2CCON = (1 << 7)|(1 << 6)|(1 << 5); //設(shè)置時(shí)鐘并使能中斷 
  I2C5.I2CSTAT = 0xf0;    //[7:6]設(shè)置為0b11，主機(jī)發(fā)送模式； 
  //往[5：4]位寫(xiě)0b11，即產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào),發(fā)出IICDS寄存器中的地址 
   
  while(!(I2C5.I2CCON & (1 << 4))); // 等待傳輸結(jié)束，傳輸結(jié)束后，I2CCON [4]位為1，標(biāo)識(shí)有中斷發(fā)生；    
   
  // 此位為1時(shí)，SCL線(xiàn)被拉低，此時(shí)I2C傳輸停止； 
  I2C5.I2CDS = addr;       //寫(xiě)命令值 
  I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & (~(1 << 4));// I2CCON [4]位清0，繼續(xù)傳輸 
  while(!(I2C5.I2CCON & (1 << 4)));// 等待傳輸結(jié)束 
   
  I2C5.I2CSTAT = 0xD0; // I2CSTAT[5:4]位寫(xiě)0b01,發(fā)出停止信號(hào) 
  I2C5.I2CDS = slave_addr | 1;  //表示要讀出數(shù)據(jù) 
   
  I2C5.I2CCON = (1 << 7)|(1 << 6) |(1 << 5) ; //設(shè)置時(shí)鐘并使能中斷 
  I2C5.I2CSTAT = 0xb0;//[7:6]位0b10,主機(jī)接收模式； 
   
  //往[5：4]位寫(xiě)0b11，即產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào),發(fā)出IICDS寄存器中的地址 
  //    I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & (~(1 << 4));    如果強(qiáng)行關(guān)閉，將讀取不到數(shù)據(jù) 
   
  while(!(I2C5.I2CCON & (1 << 4)));//等待傳輸結(jié)束，接收數(shù)據(jù) 
   
  I2C5.I2CCON &= ~((1<<7)|(1 << 4));/* Resume the operation  & no ack*/ 
   // I2CCON [4]位清0，繼續(xù)傳輸，接收數(shù)據(jù)，    
   // 主機(jī)接收器接收到最后一字節(jié)數(shù)據(jù)后，不發(fā)出應(yīng)答信號(hào) no ack    
   
  // 從機(jī)發(fā)送器釋放SDA線(xiàn)，以允許主機(jī)發(fā)出P信號(hào)，停止傳輸； 
  while(!(I2C5.I2CCON & (1 << 4)));// 等待傳輸結(jié)束 
   
  I2C5.I2CSTAT = 0x90; 
  *data = I2C5.I2CDS; 
  I2C5.I2CCON &= ~(1<<4);  /*clean interrupt pending bit  */ 
  mydelay_ms(10); 
  *data = I2C5.I2CDS; 
} 
/************************************************************** 
 * @brief            iic write a byte program body 
 * @param[in]    slave_addr, addr, data 
 * @return         None 
 *************************************************************/ 
 
void iic_write (unsigned char slave_addr, unsigned char addr, unsigned char data) 
{ 
  I2C5.I2CDS = slave_addr; 
  I2C5.I2CCON = (1 << 7)|(1 << 6)|(1 << 5) ; 
  I2C5.I2CSTAT = 0xf0; 
 
  while(!(I2C5.I2CCON & (1 << 4))); 
  I2C5.I2CDS = addr; 
  I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & (~(1 << 4)); 
  while(!(I2C5.I2CCON & (1 << 4))); 
   
  I2C5.I2CDS = data; 
  I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & (~(1 << 4)); 
   
  while(!(I2C5.I2CCON & (1 << 4))); 
   
  I2C5.I2CSTAT = 0xd0; 
  I2C5.I2CCON = I2C5.I2CCON & (~(1 << 4)); 
  mydelay_ms(10); 
} 
void MPU6050_Init () 
{ 
  iic_write(SlaveAddress, PWR_MGMT_1, 0x00); 
  iic_write(SlaveAddress, SMPLRT_DIV, 0x07); 
  iic_write(SlaveAddress, CONFIG, 0x06); 
  iic_write(SlaveAddress, GYRO_CONFIG, 0x18); 
  iic_write(SlaveAddress, ACCEL_CONFIG, 0x01); 
} 
/*讀取mpu6050某個(gè)內(nèi)部寄存器的內(nèi)容*/ 
int get_data(unsigned char addr) 
{ 
  char data_h, data_l; 
   
  iic_read(SlaveAddress, addr, &data_h); 
  iic_read(SlaveAddress, addr+1, &data_l); 
  return (data_h<<8)|data_l; 
} 
/* 
 *  裸機(jī)代碼，不同于LINUX 應(yīng)用層， 一定加循環(huán)控制 
 */ 
int main(void) 
{ 
  int data; 
  unsigned char zvalue; 
 
  GPB.CON = (GPB.CON & ~(0xff<<8)) | 0x33<<8; // GPBCON[3], I2C_5_SCL GPBCON[2], I2C_5_SDAmydelay_ms(100); 
  uart_init(); 
   
  /*---------------------------------------------------------------*/  
  I2C5.I2CSTAT = 0xD0; 
  I2C5.I2CCON &= ~(1<<4);  /*clean interrupt pending bit  */ 
   
  /*--------------------------------------------------------------*/ 
  mydelay_ms(100); 
  MPU6050_Init(); 
  mydelay_ms(100); 
 
  printf("\n********** I2C test!! ***********\n"); 
  while(1) 
  { 
    data = get_data(GYRO_ZOUT_H); 
     
    printf(" GYRO --> Z <---:Hex: %x", data); 
    data = get_data(GYRO_XOUT_H); 
    printf(" GYRO --> X <---:Hex: %x", data); 
     
    printf("\n"); 
    mydelay_ms(1000); 
  } 
  return 0; 
} 

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

********** I2C test!! ***********   
GYRO --> Z <---:Hex: 1c GYRO --> X <---:Hex: feda   
GYRO --> Z <---:Hex: fefc GYRO --> X <---:Hex: fed6   
GYRO --> Z <---:Hex: fefe GYRO --> X <---:Hex: fed6   
GYRO --> Z <---:Hex: fefe GYRO --> X <---:Hex: fedc   
GYRO --> Z <---:Hex: fefe GYRO --> X <---:Hex: feda   
GYRO --> Z <---:Hex: fefc GYRO --> X <---:Hex: fed6   
GYRO --> Z <---:Hex: fefe GYRO --> X <---:Hex: feda   
GYRO --> Z <---:Hex: fcf2 GYRO --> X <---:Hex: 202   
GYRO --> Z <---:Hex: ec GYRO --> X <---:Hex: faa0   
GYRO --> Z <---:Hex: 4c GYRO --> X <---:Hex: e   
GYRO --> Z <---:Hex: fe GYRO --> X <---:Hex: fed8   
GYRO --> Z <---:Hex: 0 GYRO --> X <---:Hex: fede   
GYRO --> Z <---:Hex: 0 GYRO --> X <---:Hex: feda   

讀寫(xiě)操作代碼解析：

寫(xiě)入一個(gè)數(shù)據(jù)流程：

讀數(shù)據(jù)流程：

上圖閱讀注意點(diǎn)：

1. 從設(shè)備地址是在用的時(shí)候應(yīng)該左移一位|讀寫(xiě)位，比如寫(xiě)reg=0x68<1|0,即0xD0;
2. 主設(shè)備發(fā)出S信號(hào)，需要將I2CSTATn 的bite：5設(shè)置為1;
3. 主設(shè)備發(fā)出p信號(hào)，需要將I2CSTATn 的bite：5設(shè)置為0;
4. 主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)需要將寄存器I2CCONn的bit:4置0，to reume the operation;
5. 主機(jī)等待從設(shè)備發(fā)送的ack或者data，需要輪訓(xùn)判斷I2CCONn的bit:4是否置1;
6. 代碼的理解除了結(jié)合功能流程圖、時(shí)序圖、源代碼還要結(jié)合寄存器說(shuō)明;
7. 代碼的編寫(xiě)順序必須嚴(yán)格按照時(shí)序和模塊流程圖執(zhí)行;
8. 時(shí)序中的每一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)(包括ack、data、reg)的產(chǎn)生或者發(fā)送對(duì)應(yīng)的代碼都用箭頭以及相同的顏色框處;
9. 對(duì)1于read操作，NACK的回復(fù)需要在接收最后一個(gè)data之前設(shè)置I2CCONn ：7位為0，這樣在收到從設(shè)備的data后，才會(huì)將SDA拉低。