RT-Thread I2C總線設備學習筆記

前面我們學習了RTT的ADC設備的使用，文章鏈接：

RT-Thread ADC設備學習筆記

I2C的基本原理之前在公眾號就有相應的文章了，很早之前發(fā)的，接下來我們來學習RT-Thread I2C總線設備的使用！這是RTT官方設計的一個軟件框架，學習一個新東西，還是一樣，我個人主張帶著需求去學習，而不是漫無目的的去學，有了需求驅動，并且是一個努力付出就可以擁有的成果，那么這還不容易嘛！

如何看懂時序圖(以SPI/I2C為例)

淺談總線通信機制(通信基礎+串口+I2C)

我們接下來將基于小熊派開發(fā)平臺進行實踐。

1、實踐需求

1.1 硬件配置

LED、光強模塊

1.2 軟件需求

設備開機，當在串口終端輸入bh1750_cmd on時，光強協(xié)議數據開始打印，底板LED燈閃爍，當光強值>100lux時，開啟光強模塊上的高亮LED燈，反之熄滅。關閉終端輸入，開啟上位機，能夠看到當前實時的光強數據曲線展示。

當在串口終端輸入bh1750_cmd off數據關閉打印，協(xié)議數據停止打印，底板+光強模塊上的高亮LED燈熄滅。

這兩個功能之前我們都有在Keil MDK上結合stm32cubeMX實現過

基于小熊派光強傳感器BH1750實踐(multi_timer+狀態(tài)機工程應用)

基于小熊派光強傳感器BH1750狀態(tài)機驅動項目升級(帶LCD屏顯示)

基于小熊派光強傳感器BH1750狀態(tài)機驅動項目再度升級(帶上位機曲線顯示)

很多東西都已經有了，我們就不重復造相同的輪子了，直接白嫖過來用。本節(jié)，我們將會學習到RT-Thread I2C總線設備的基本使用。

接下來，我們將基于RT-Thread Studio來構建。

2、開始實踐

上一節(jié)我們已經熟悉了怎么創(chuàng)建工程和配置項目了，這節(jié)我們直接略過這兩步操作，直接看硬件圖。

2.1 硬件原理圖

參考上面文章給出的文章鏈接。

2.2 軟件功能實現

根據官方給出的文檔，這里在IDE上就可以點擊打開，非常的方便快捷，另外RT-Thread會有代碼實例，幫助我們初學者快速上手！I2C設備驅動使用起來非常簡單，就兩個接口，分別是:

• rt_device_find
• rt_i2c_transfer

接口1：rt_device_find 查找 I2C 總線設備

rt_device_t rt_device_find(const char* name);

參數	描述
name	I2C 總線設備名稱
返回	——
設備句柄	查找到對應設備將返回相應的設備句柄
RT_NULL	沒有找到相應的設備對象

這個name我們后面寫的是"i2c1"，因為光強傳感器在i2c1這個位置。

接口2：rt_i2c_transfer 數據傳輸

rt_size_t rt_i2c_transfer(struct rt_i2c_bus_device *bus,
                          struct rt_i2c_msg         msgs[],
                          rt_uint32_t               num);

參數	描述
bus	I2C 總線設備句柄
msgs[]	待傳輸的消息數組指針
num	消息數組的元素個數
返回	——
消息數組的元素個數	成功
錯誤碼	失敗

在這里，我們看到有兩個結構體形參。

struct rt_i2c_bus_device

/*for i2c bus driver*/
struct rt_i2c_bus_device
{
    struct rt_device parent;                 /*繼承了rt_device*/
    const struct rt_i2c_bus_device_ops *ops; /*I2C設備的操作方法*/
    rt_uint16_t  flags;                      /*I2C設備參數*/
    rt_uint16_t  addr;                       /*I2C設備地址*/
    struct rt_mutex lock;                    /*互斥量*/
    rt_uint32_t  timeout;                    /*I2C設備獲取等待時間*/
    rt_uint32_t  retries;                    /*I2C設備獲取次數*/
    void *priv;                              /*I2C設備的私有數據指針*/
};

struct rt_i2c_msg

struct rt_i2c_msg
{
    rt_uint16_t addr;  /* 從機地址(支持7位或10位) */
    rt_uint16_t flags; /* 讀、寫標志等 */
    rt_uint16_t len;   /* 讀寫數據字節(jié)數 */
    rt_uint8_t  *buf;  /* 讀寫數據緩沖區(qū)指針　*/
};
其中讀、寫標志flags取值范圍如下：
#define RT_I2C_WR              0x0000        /* 寫標志 */
#define RT_I2C_RD              (1u << 0)     /* 讀標志 */
#define RT_I2C_ADDR_10BIT      (1u << 2)     /* 10 位地址模式 */
#define RT_I2C_NO_START        (1u << 4)     /* 無開始條件 */
#define RT_I2C_IGNORE_NACK     (1u << 5)     /* 忽視 NACK */
#define RT_I2C_NO_READ_ACK     (1u << 6)     /* 讀的時候不發(fā)送 ACK */

從前面幾篇文章可以知道，光強模塊的從機地址是0x23，所以當我們要給光強模塊寫數據的時候，參數填充后調用rt_i2c_transfer發(fā)送

struct rt_i2c_msg msgs;
msgs.addr = 0x23;
msgs.flags = RT_I2C_WR;  //寫標志
msgs.len = 1;
msgs.buf = (rt_uint8_t*) &cmd;
if (rt_i2c_transfer(i2c_bus, &msgs, 1) == 1)
    return RT_EOK;
else
    return -RT_ERROR;

當我們讀取光強數據的時候，參數填充后調用rt_i2c_transfer

struct rt_i2c_msg msgs;
msgs.addr = BH1750_DEVICE_ADDR;
msgs.flags = 0x23;  //讀標志
msgs.len = 2;       //光強模塊返回的是2個字節(jié)的數據
msgs.buf = dat;     //要讀的數據
if (rt_i2c_transfer(i2c_bus, &msgs, 2) == 2)
    return RT_EOK;
else
    return -RT_ERROR;

了解了基本使用方法以后，我們接下來就可以用了，直接看程序：

/*
 * Copyright (c) 2006-2019, RT-Thread Development Team
 *
 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
 *
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2019-09-09     RT-Thread    first version
 */

#include <rtthread.h>
#include <board.h>
#include <rtdevice.h>

#define DBG_TAG "main"
#define DBG_LVL DBG_LOG
#include <rtdbg.h>

typedef struct
{
    rt_uint32_t serial_number;
    rt_uint16_t light_lux_value;
    rt_uint8_t led_flag :1;
    rt_uint8_t plot_flag :1;
    rt_uint8_t cnt;
} Sensor_handlerDef;
Sensor_handlerDef light_sensor;

#define LED0_PIN    GET_PIN(B, 9)
#define LED1_PIN    GET_PIN(C, 13)

#define ONCE_H_MODE         0x20
#define BH1750_DEVICE_ADDR  0x23
#define BH1750_DRI_NAME     "i2c1"
static struct rt_i2c_bus_device *i2c_bus = RT_NULL;

rt_err_t BH1750_WR(rt_uint8_t cmd);
rt_err_t BH1750_RD(rt_uint8_t* dat);
rt_uint16_t BH1750_Dat_To_Lux(rt_uint8_t* dat);

int main(void)
{
    rt_uint8_t dat[2] = { 0 };
    char procol_buf[20] = { 0 };
    static rt_uint8_t status = 0;

    light_sensor.led_flag = 0;
    light_sensor.plot_flag = 0;
    light_sensor.serial_number = 0;
    light_sensor.light_lux_value = 0;

    rt_pin_mode(LED0_PIN, PIN_MODE_OUTPUT);
    rt_pin_mode(LED1_PIN, PIN_MODE_OUTPUT);

    /* 查找I2C總線設備，獲取I2C總線設備句柄 */
    i2c_bus = (struct rt_i2c_bus_device*) rt_device_find(BH1750_DRI_NAME);
    if (RT_NULL == i2c_bus)
        return -RT_ERROR;

    while (1)
    {
        switch (status)
        {
        //發(fā)送指令給BH1750
        case 0:
            BH1750_WR(ONCE_H_MODE);
            light_sensor.cnt = 0;
            status = 1;
            break;
            //延時150ms
        case 1:
            light_sensor.cnt++;
            if (light_sensor.cnt > 150)
            {
                light_sensor.cnt = 0;
                if (light_sensor.led_flag)
                    rt_pin_write(LED1_PIN, 1);
                status = 2;
            }
            else
            {
                rt_thread_mdelay(1);
            }
            break;
            //開始讀取光強
        case 2:
            if (light_sensor.plot_flag)
            {
                if (light_sensor.serial_number > 65535)
                    light_sensor.serial_number = 0;
                BH1750_RD(dat);
                light_sensor.light_lux_value = BH1750_Dat_To_Lux(dat);
                if (light_sensor.light_lux_value > 100)
                    rt_pin_write(LED0_PIN, 0);
                else
                    rt_pin_write(LED0_PIN, 1);
                rt_memset(procol_buf, 0, 20);
                rt_sprintf((char *) procol_buf, "%d%d%d%d%d %d%d%d%d%d", light_sensor.serial_number / 10000,
                        light_sensor.serial_number / 1000 % 100 % 10, light_sensor.serial_number / 100 % 10,
                        light_sensor.serial_number / 10 % 10, light_sensor.serial_number % 10,
                        light_sensor.light_lux_value / 10000, light_sensor.light_lux_value / 1000 % 100 % 10,
                        light_sensor.light_lux_value / 100 % 10, light_sensor.light_lux_value / 10 % 10,
                        light_sensor.light_lux_value % 10);
                rt_kprintf("%s \r\n", procol_buf);
                if (light_sensor.led_flag)
                    rt_pin_write(LED1_PIN, 0);
                light_sensor.serial_number++;
            }
            status = 0;
            break;
        default:
            break;
        }
    }
    return RT_EOK;
}

/*命令控制*/
static int bh1750_cmd(int argc, char *argv[])
{
    char *cmd_str[] = { "bh1750_cmd", "on", "off" };
    if (argc < 2 || argc > 2)
    {
        rt_kprintf("cmd input error!\n");
        return -1;
    }
    if (rt_strcmp(argv[0], cmd_str[0]) == 0)
    {
        if (rt_strcmp(argv[1], cmd_str[1]) == 0)
        {
            rt_kprintf("Open bh1750\n");
            light_sensor.plot_flag = 1;
            light_sensor.led_flag = 1;
            light_sensor.serial_number = 0 ;
        }
        else if (rt_strcmp(argv[1], cmd_str[2]) == 0)
        {
            rt_kprintf("Close bh1750\n");
            light_sensor.cnt = 0;
            light_sensor.led_flag = 0;
            light_sensor.plot_flag = 0;
            light_sensor.serial_number = 0 ;
            rt_pin_write(LED0_PIN, PIN_LOW);
            rt_pin_write(LED1_PIN, PIN_LOW);
        }
        else
        {
            rt_kprintf("cmd para input error!\n");
            return -3;
        }
    }
    else
    {
        rt_kprintf("cmd input error!\n");
        return -2;
    }
    return 0;
}
/* 導出到 msh 命令列表中 */
MSH_CMD_EXPORT(bh1750_cmd, bh1750 open or close);

/*BH1750寫數據*/
rt_err_t BH1750_WR(rt_uint8_t cmd)
{
    struct rt_i2c_msg msgs;
    msgs.addr = BH1750_DEVICE_ADDR;
    msgs.flags = RT_I2C_WR;
    msgs.len = 1;
    msgs.buf = (rt_uint8_t*) &cmd;
    if (rt_i2c_transfer(i2c_bus, &msgs, 1) == 1)
        return RT_EOK;
    else
        return -RT_ERROR;
}

/*BH1750讀數據*/
rt_err_t BH1750_RD(rt_uint8_t* dat)
{
    struct rt_i2c_msg msgs;
    msgs.addr = BH1750_DEVICE_ADDR;
    msgs.flags = RT_I2C_RD;
    msgs.len = 2;
    msgs.buf = dat;
    if (rt_i2c_transfer(i2c_bus, &msgs, 2) == 2)
        return RT_EOK;
    else
        return -RT_ERROR;
}

/**
 * @brief        將BH1750的兩個字節(jié)數據轉換為光照強度值（0-65535）
 * @param        dat  —— 存儲光照強度的地址（兩個字節(jié)數組）
 * @retval        成功 —— 返回光照強度值
 */
rt_uint16_t BH1750_Dat_To_Lux(rt_uint8_t* dat)
{
    rt_uint16_t lux = 0;
    lux = dat[0];
    lux <<= 8;
    lux += dat[1];
    lux = (int) (lux / 1.2);
    return lux;
}

編寫程序完成以后，還沒完呢！我們還要做一系列設置，才能把I2C用起來，在board.h中I2C部分，看到這么一段話：

/*-------------------------- I2C CONFIG BEGIN --------------------------*/

/** if you want to use i2c bus(soft simulate) you can use the following instructions.
  *
  * STEP 1, open i2c driver framework(soft simulate) support in the RT-Thread Settings file
  *
  * STEP 2, define macro related to the i2c bus
  *                 such as     #define BSP_USING_I2C1
  *
  * STEP 3, according to the corresponding pin of i2c port, modify the related i2c port and pin information
  *                 such as     #define BSP_I2C1_SCL_PIN    GET_PIN(port, pin)   ->   GET_PIN(C, 11)
  *                             #define BSP_I2C1_SDA_PIN    GET_PIN(port, pin)   ->   GET_PIN(C, 12)
  */

所以我們直接配置我們光強模塊能讀的管腳

#define BSP_USING_I2C1
#ifdef BSP_USING_I2C1
#define BSP_I2C1_SCL_PIN    GET_PIN(B, 6)
#define BSP_I2C1_SDA_PIN    GET_PIN(B, 7)
#endif

在RT-Thread Settings把軟件模擬I2C的選項給勾選上！

下載測試

打開IDE自己內置的串口：

看看支持哪些指令：

可以看到，bh1750_cmd這個命令是我們添加進來的。

當在終端輸入bh1750_cmd on時：

關掉自帶的串口，打開上位機，可以看到光強的數據以曲線的形式進行顯示

(這個小熊派的綜合測試上位機最后會開源，盡請期待！)

當在終端輸入bh1750_cmd off時：

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往期精彩

RT-Thread PIN設備學習筆記

RT-Thread ADC設備學習筆記

RT-Thread UART設備驅動框架初體驗(中斷方式接收帶\r\n的數據)

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