BLIT2008-Board mit i2c-tiny-usb-Firmware

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Statt das Rad neu zu erfinden, kann man sich für I²C auf dem BLIT2008-Board auch die Linux-Kernel-Unterstützung für ein ähnliches Projekt zunutze machen. Die Firmware für das i2c-tiny-usb-Board läuft mit minimalen Änderungen auch und man hat die Treiber- und Software-Unterstützung von Linux als Bonus.

Inhaltsverzeichnis

Firmware

Da die Firmware schon für den Mega8 vorgesehen ist, war die Portierung auf das Board mehr als einfach. Folgende Schritte sollten funktionieren:

  • Beschaffen und Entpacken der Firmware (http://www.harbaum.org/till/i2c_tiny_usb/i2c_tiny_usb-2007-06-07.zip)
  • In das Firmware-Verzeichnis wechseln: „cd i2c_tiny_usb/firmware/“
  • Anpassen der usbtiny.h, Ändern des Ports auf PORT_D und Ändern des D+-Pins auf 2 (Patch)
  • Bauen mit „make -f Makefile-usbtiny.mega8“
  • Hochladen auf den Mikrocontroller z.B. mit „avrusbboot main.hex“

Kerneltreiber

Der benötigte Kerneltreiber namens i2c-tiny-usb ist ungefähr seit Version 2.6.22 im Linux-Kernel. Man benötigt folgende Konfigurationsoptionen (sollte im Distributionskernel dabei sein): 

CONFIG_I2C
CONFIG_I2C_CHARDEV
CONFIG_I2C_TINY_USB

Geladen werden müssen i2c_tiny_usb und i2c_dev.

i2c-tools

Zum grundlegenden Test, zum Debugging und zum Skripten eignen sich die I2C-Tools, bei Debian auch im Paket i2c-tools verfügbar.

Liste der verfügbaren Busse: 

# i2cdetect -l
i2c-5	i2c       	i2c-tiny-usb at bus 005 device 004	I2C adapter
i2c-0	i2c       	radeonfb monid                  	I2C adapter
i2c-1	i2c       	radeonfb dvi                    	I2C adapter
i2c-2	i2c       	radeonfb vga                    	I2C adapter
i2c-3	i2c       	radeonfb crt2                   	I2C adapter
i2c-4	smbus     	SMBus Via Pro adapter at e800   	SMBus adapter
  • Die Nummer des I²C-Busses ist die 5 in i2c-5, nicht die 5 in „at bus 005“ (USB-Bus-Nummer)

Slave-Chips am Bus finden: 

# i2cdetect 5
WARNING! This program can confuse your I2C bus, cause data loss and worse!
I will probe file /dev/i2c-5.
I will probe address range 0x03-0x77.
Continue? [Y/n] 
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
50: -- 51 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
70: -- -- -- -- -- -- -- --
  • i2cdetect verwendet eine etwas andere Darstellung für die Adressen. Im AVR-Code würde man Aread = 2 * n + 1 und Awrite = 2 * n + 0 verwenden, 0x51 ist also Adresse 0xA2 (schreiben) und 0xA3 (lesen).
  • Die Warnung sollte man durchaus ernst nehmen und das Kommando nicht unreflektiert auf den anderen Bussen ausführen. Ist man sich sicher, den richtigen Bus erwischt zu haben (in diesem Fall 5), dann kann man auch i2cdetect -y 5 benutzen, um die Nachfrage abzuschalten.

RTC (PCF8583)

RTC auslesen

In Anlehnung an Uwes Beispiele hier ein Script, um die RTC-Zeit auszulesen. Gegebenfalls sind wieder Bus-Nummer und Adresse anzupassen.

get_rtc_time.sh: 

#!/bin/sh

BUS=5
ADDR=0x51

get_part () { i2cget -y "$BUS" "$ADDR" $1 | sed -e 's/^0x//' ; }

SS=$(get_byte 2)
MM=$(get_byte 3)
HH=$(get_byte 4)
DD=$(get_byte 5)
MO=$(get_byte 6)

echo "RTC time: $dd.$mo. $hh:$mm:$ss"

# ./get_rtc_time.sh
RTC time: 01.01. 03:14:11


RTC beschreiben

Der umgekehrte Weg geht natürlich auch! Mittels des Kommandos i2cset kann ein I²C-Chip beschrieben werden, wenn er es zulässt. Der PCF8583, welcher auf dem RTC-Board verwendet wird, erlaubt dies. Zum einen kann Datum/Uhrzeit auf einen Wert vorinitialisiert werden, zum anderen gibt es in dem Schaltkreis 240 Byte RAM zur freien Verfügung. Im folgenden Beispiel wird eine solche Speicherzelle beschrieben:

Erst mal schauen, was derzeit in der Speicherzelle (Adresse: 0x11) steht: 

# i2cget -y 5 0x51 0x11
0x00

Einen neuen Wert schreiben: 

# i2cset -y 5 0x51 0x11 0xbc b
Value 0xbc written, readback matched

Nochmals auslesen: 

# i2cget -y 5 0x51 0x11
0xbc

RTC auf aktuelles Datum/Uhrzeit setzen

Bevor man Datum/Uhrzeit ausliest, sollte man diese natürlich auf die aktuellen Werte setzen. Hier ein entsprechendes Script dazu: 

#!/bin/sh

I2C_BUS=5
ADDR_RTC=0x51

set_byte () { i2cset -y "$I2C_BUS" "$ADDR_RTC" $1 $((($2/10<<4)+($2%10))) b ; }

set_byte 2 $(date +%S)
set_byte 3 $(date +%M)
set_byte 4 $(date +%H)
set_byte 5 $(date +%d)
set_byte 6 $(date +%m)

Kleine Besonderheit des PCF8583: die Datums- und Uhrzeit-Werte sind im BCD-Format anzugeben.

Thermo-Board (LM75) auslesen

Und natürlich das entsprechende Script für das Thermo-Board darf nicht fehlen. Auch hier sind wieder Bus-Nummer und Adresse entsprechend anzupassen (bei mir war es halt der Bus 2...!). Als Shell wird bash vorausgesetzt.

get_temperature.sh: 

#!/bin/bash
#
# Kodierung der Temperatur im LM75
# --------------------------------
#
#   High-Byte          Low-Byte
# 7 6 5 4 3 2 1 0 | 7 6 5 4 3 2 1 0
# x 1 1 1 1 1 1 1   x x x x x x x x 
# |                 | |...........|
# |                 | |
# |                 | +-- Temperatur (Vorkomma): Bit 0...6
# |                 +---- Vorzeichen: 1 -> Temperatur < 0°C
# +---------------------- Nachkommastelle: 0 -> ,0°C; 1 -> ,5°C
#

I2C_BUS=2
ADDR_LM75=0x49

# Temperatur auslesen
val=$((16#$(i2cget -y "$I2C_BUS" "$ADDR_LM75" 0 w | sed -e 's/^0x//')))

lb=$(($val & $((2#11111111))))
hb=$(($val>>8))

# Vorzeichen interpretieren
if [ $(($lb & $((2#10000000)))) -eq 0 ] 
then sign="+"
else sign="-"
fi

# Vorzeichenbit rauskanten
lb=$(($lb & $((2#01111111))))

# Nachkomma interpretieren
if [ $hb -ge 128 ] 
then dec=5
else dec=0
fi

echo "$sign$lb,$dec°C"

# ./get_temperature.sh
+23,5 °C

SAA1064 (7-Segment-Anzeige) beschreiben

Das Beschreiben 7-Segment-Anzeige auf Basis eines I²C-IC SAA1064 funktioniert ebenfalls ohne Probleme.

Initialisieren des SAA1064 (I²C-Bus 0; Adresse 0x38): 

i2cset -y 0 0x38 0x00 0x77

Es wird das Register 0 im SAA1064 mit mit der Bitfolge 01110111 gesetzt. Die einzelnen Bits des Register 0 haben in Kurzform folgende Bedeutung (die genaue Bedeutung sollte man Datenblatt nachlesen): 

// SAA1064 Control-Register (Adresse 0)
// Bit	7	6	5	4	3	2	1	0
//	|	|	|	|	|	|	|	|
//	|	|	|	|	|	|	|	---- 0: Digit 1,2; 1: Digit 1...4
//	|	|	|	|	|	|	-------- 0/1: Digit 1,3 aus/an
//	|	|	|	|	|	------------ 0/1: Digit 2,4 aus/an
//	|	|	|	|	---------------- 1: Testmode, alle Segmente an
//	|	|	|	-------------------- 1: plus 3mA
//	|	|	------------------------ 1: plus 6mA
//	|	---------------------------- 1: plus 12mA
//	-------------------------------- nicht belegt


Mit einem 

i2cset -y 0 0x38 0x01 0xff

schaltet man alle Segmente des 1.Digit an. Die 0x01 steht für das 1.Digit (für das 4.Digit würde dann z.B. hier eine 0x04 stehen). Das letzte Parameter bildet die anzusteuernden Segmente des Digits ab: 

// Bit:     7 6 5 4 3 2 1 0
// Segment: p g f e d c b a
//
//  -a-
// |f  |b
//  -g-
// |e  |c
//  -d- .p

Eingepackt in ein Script sieht es dann so aus:

saa1064.sh: 

#!/bin/bash

I2C_BUS=0
ADDR_7SEGM=0x38

#      0    1    2    3    4    5    6    7    8    9
SEGM=(0x3F 0x06 0x5B 0x4F 0x66 0x6D 0x7D 0x07 0x7F 0x6F)

# Wertpruefung
VAL=$1
if [ $VAL -gt 9999 ]
then
	echo "Zahl zu gross!"
	exit
fi

# Initialisierung SAA1064
i2cset -y "$I2C_BUS" "$ADDR_7SEGM" 0x00 0x77

# Zahl ausgeben
i2cset -y "$I2C_BUS" "$ADDR_7SEGM" 0x01 ${SEGM[$((VAL/1000))]}
VAL=$(($VAL%1000))
i2cset -y "$I2C_BUS" "$ADDR_7SEGM" 0x02 ${SEGM[$(($VAL/100))]}
VAL=$(($VAL%100))
i2cset -y "$I2C_BUS" "$ADDR_7SEGM" 0x03 ${SEGM[$(($VAL/10))]}
VAL=$(($VAL%10))
i2cset -y "$I2C_BUS" "$ADDR_7SEGM" 0x04 ${SEGM[$VAL]}

Folgendes Kommando würde also eine 4711 auf dem Display erscheinen lassen: 

# ./saa1064.sh 4711

I²C in C

Slaves auf einem I²C-Bus mit nativen C anzusprechen ist auch nicht besonders kompliziert. Hier ein kleines Beispiel: 

/*
 *********************************************
 *	 LM75 auslesen; auf SAA1064 ausgeben
 *  ====================================
 *          Uwe Berger, 2012
 * 
 *********************************************
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <sys/ioctl.h>

/* I2C-Definitionen */
#define DEV_I2C	    "/dev/i2c-2"
#define ADDR_LM75   0x49
#define ADDR_7SEGM  0x38

/* Zahl --> 7-Segment-Anzeige */
const unsigned char segm[] = {0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};
const unsigned char point  = 0x80;

#define DO_ERROR    {printf("Error...!\n"); exit(1);}

int  file;
unsigned char buffer[2], sign, dec;

/************************************/
void saa1064_write(int d1, int d2, int d3, int d4) {
	unsigned char buf[6];
	buf[0] = 0x00;	/* Basisadresse */
  	buf[1] = 0x77;	/* Init: 21mA; alle 4 Digits...  */
	buf[2] = d1;	/* Digit 1 */
	buf[3] = d2;	/* Digit 2 */
	buf[4] = d3;	/* Digit 3 */
	buf[5] = d4;	/* Digit 4 */
	if (ioctl(file, I2C_SLAVE, ADDR_7SEGM)) DO_ERROR;
	if (write(file, &buf, 6) != 6) DO_ERROR;
}

/************************************/
/************************************/
/************************************/
int main(void) {
	
	/* Device oeffnen */
	file = open(DEV_I2C, O_RDWR);
	if (file < 0) DO_ERROR;
	
	/* Temperatur lesen */
	if (ioctl(file, I2C_SLAVE, ADDR_LM75)) DO_ERROR;
	buffer[0] = 0x00;
	if (write(file, buffer, 1) != 1) DO_ERROR;
	if (read(file, buffer, 2) != 2)  DO_ERROR;
	
	/* Temperatur interpretieren/ausgeben */
	if (buffer[0] & 0b10000000) sign = 0x40; else sign = 0x00;
	if (buffer[1] & 0b10000000) dec = segm[5]; else dec = segm[0];	
	buffer[0]=buffer[0] & 0b01111111;
	saa1064_write(sign, segm[buffer[0]/10], segm[buffer[0]%10]+point, dec);

	/* Ende */	
	close(file);
	exit(0);
}

Es sind ein LM75 (Adresse: 0x49) und ein SAA1064 (Adresse: 0x38) im I²C-Bus (/dev/i2c-2) anzutreffen. Im Programmverlauf wird die Temperatur vom LM75 ausgelesen, interpretiert und entsprechend auf dem Display, welches auf einem SAA1064 basiert, ausgegeben.

Entscheidendes Detail ist der Aufruf der Funktion ioctl(). Hier wird die Adresse des Slaves eingestellt, auf den die nachfolgenden Schreib- und/oder Lesezugriffe wirken sollen. Weitere ioctl()-Funktionen auf I²C-Slaves sind in der Kernel-Header-Datei linux/i2c-dev.h zu finden.

Wahrscheinlich wird man in der Realität für ein solches Thermometer keinen PC belästigen, sondern eine kompaktere Lösung auf Basis eines Mikrocontrollers aufbauen. Aber dieses Beispiel veranschaulicht das Schreiben und Lesen auf einem I²C-Bus recht prägnant. Das Fehlerbehandlung ist natürlich verbesserungswürdig...!

I²C in Tcl

Als bekennender Tcl-Fan wollte ich schon immer mal eine eigene Tcl-Erweiterung schreiben. Hiermit habe ich es einfach mal gemacht und stelle die Sache der Menschheit zur Verfügung:

Quelltext tcl_i2c

Bindet man diese Tcl-Erweiterung in sein Script ein, kann schreibend und lesend auf einen I²C-Bus zugegriffen werden. Also ungefähr so: 

i2c read $device $adr $reg b
i2c write $device $adr $buf

...und jetzt doch mal zugegeben, ein entsprechendes Tcl-Script, welches lesend auf einen LM75 zugreift und die Temperatur auf einer 7-Segment-Anzeige auf Basis eines SAA1064 ausgibt, sieht doch schick aus: 

#
# Test-Script fuer libiic.so
# ==========================
#     Uwe Berger; 2012
#
#

load ./libiic.so

set device 	/dev/i2c-2
set adr_saa1064	0x38
set adr_lm75	0x49
set segm 	[list 0x3F 0x06 0x5B 0x4F 0x66 0x6D 0x7D 0x07 0x7F 0x6F]

#**************************************
proc do {} {
	global device adr_saa1064 adr_lm75 segm
	
	# LM75 auslesen
	set temp [i2c read $device $adr_lm75 0x00 w]

	# Low-/Hight-Byte
	set lb [expr $temp & 0x00FF]
	set hb [expr $temp >> 8]

	# Nachkommastelle
	if {[expr $hb & 0x80]} {set dec 5} else {set dec 0}

	# Vorzeichen
	if {[expr $lb & 0x80]} {set sign "-"} else {set sign "+"}

	# Vorkommawert
	set lb [expr $lb & 0x7f]

	# Ausgabe (Bildschirm)
	puts "$sign$lb.$dec°C"

	# Ausgabe auf SAA1064
	if {$sign == "+"} {set d1 0x00} else {set d1 0x40}
	set d2 [lindex $segm [expr $lb / 10]]
	set d3 [expr [lindex $segm [expr $lb % 10]] + 0x80]
	set d4 [lindex $segm $dec]
	i2c write $device $adr_saa1064 [list 0x00 0x77 $d1 $d2 $d3 $d4]

        # nach einer Sekunde neu starten...
	after 1000 do
}

#**************************************
#**************************************
#**************************************
do									

vwait forever

lm_sensors

Selbstverständlich kann man die ganze Geschichte auch in lm-sensors einbinden, wenn die I²C-Slave-Schaltkreise unterstützt würden. Beim Thermo-Board mit seinem LM75-Chip ist dies der Fall :-)!

Die Installation von lm-sensors auf dem Rechner erfolgt entweder über das Paketsystem der jeweiligen Distribution oder das Übersetzen/Installieren der Originalquellen.

Die Konfiguration von lm-sensors erledigt man sinnvollerweise mit dem mitgelieferten Setup-Script: 

# sudo sensors-detect

Sämtliche Fragen können bedenkenlos mit Ja (Yes) beantwortet werden. Die entscheidende Stelle der Ausgaben sollte ungefähr so aussehen: 

...
Next adapter: i2c-tiny-usb at bus 002 device 007 (i2c-2)
Do you want to scan it? (YES/no/selectively): 
Client found at address 0x49
Probing for `National Semiconductor LM75'...                Success!
    (confidence 6, driver `lm75')
Probing for `Dallas Semiconductor DS75'...                  No
Probing for `National Semiconductor LM77'...                No
Probing for `Dallas Semiconductor DS1621'...                No
Probing for `National Semiconductor LM92'...                No
Probing for `National Semiconductor LM76'...                No
Probing for `Maxim MAX6633/MAX6634/MAX6635'...              No
Client found at address 0x51
Probing for `Analog Devices ADM1033'...                     No
Probing for `Analog Devices ADM1034'...                     No
Probing for `SPD EEPROM'...                                 No
Probing for `EDID EEPROM'...                                No
...

Nach einem Reboot des Rechners oder manuellem Laden des lm75-Kernelmoduls sollte lm-sensors auch die Thermo-Zusatzbaugruppe des BLIT-Boards mit eingebunden haben: 

# sensors
k8temp-pci-00c3
Adapter: PCI adapter
Core0 Temp:
             +26°C
Core1 Temp:
             +31°C

lm75-i2c-2-49
Adapter: i2c-tiny-usb at bus 002 device 007
temp:      +22.0°C  (high = +80.0°C, hyst = +75.0°C)

Zur Visualisierung der gemessenen Temperatur können die verschiedensten Tools verwendet werden. Bei einer Gnome-Oberfläche bietet sich da das Panel-Applet sensors-applet an. Als "desktop-neutrales" Tools wären z.B. xsensors oder GkrellM zu erwähnen.

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