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瑞萨MCU零基础入门系列教程汇总#xff1a; ht…本教程基于韦东山百问网出的 DShanMCU-RA6M5开发板 进行编写需要的同学可以在这里获取 https://item.taobao.com/item.htm?id728461040949
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瑞萨MCU零基础入门系列教程汇总 https://blog.csdn.net/qq_35181236/article/details/132779862 第15章 Common I2C总线模块
本章目标
使用RASC快速配置Common I2C模块学会使用i2c的API驱动触摸芯片获取触点数据
15.1 Common I2C模块的使用
RA芯片的I2C分为Simple I2C和Common I2C。Simple I2C就是本书《第8章 SCI SPI》所讲的SCI模块的I2C模式是使用串行总线来模拟I2C协议而本章所讲的Common I2C是芯片内部实际存在的一个硬件I2C控制器模块。
得益于FSP的封装Simple I2C和Common I2C在应用上并没有很大的差别。
15.1.1 I2C模块的配置
要配置I2C模块先在RASC的“Pin Configuration”里的“Peripherals”找到“Connectivity:IIC”然后根据硬件设计选择I2C通道。比如本书使用的是P409/P410作为I2C的SDA和SCL这两个IO属于I2C2的A组引脚因而选择“IIC2”然后在展开的引脚配置中的“Pin Group Selection”选择“_A_only”并且使能操作模式如下图所示 接着再去“Stacks”里添加I2C的模块。点击“New Stack”选择“Connectivity”再选择里面的“I2C Master(r_iic_master)”。本章目标是作为主机去读取触摸屏的数据所以选择Master如下图所示 当添加了I2C的Master模块后就要去配置它的参数来。本章实验在RASC中配置I2C的参数具体如下图所示 NameI2C模块的名称需要满足C语言字符串标准ChannelI2C模块的通道RateI2C通信速率Standard支持的最大速率400kbps快速模式最大能达到1MbpsRise/Fall TimeSCL信号上升沿和下降沿的耗时 Duty CycleSCL时钟线的占空比范围是4%~96%默认是50%Slave Address从机设备地址根据从机芯片设置Address Mode地址模式支持7-Bit和10-BitTimeout Mode数据检测超时模式支持long mode和short mode。long mode的超时计数器是16bit的short mode的超时计数器是14bit的当超时计数溢出都没有检测到数据则通信中止Timeout during SCL Low在SCL低电平时是否使能超时检测默认是EnabledCallback中断回调函数名称建议和通道匹配例如i2c1_callbackInterrupt Priority LevelI2C中断优先级
15.1.2 配置信息解读
配置信息分为两部分引脚的配置信息、I2C模块的配置信息。
使用RASC配置好参数并生成工程后会在工程的pin_data.c中生成模块的引脚信息在hal_data.c中生成模块的配置信息。
I2C模块的引脚信息
I2C涉及的引脚它们的配置信息在工程的pin_data.c中生成。在RASC里配置的每一个引脚都会在pin_data.c生成一个ioport_pin_cfg_t数组项里面的内容跟配置时选择的参数一致。代码如下
const ioport_pin_cfg_t g_bsp_pin_cfg_data[] {......省略内容{ .pin BSP_IO_PORT_04_PIN_09,.pin_cfg ((uint32_t) IOPORT_CFG_DRIVE_MID | (uint32_t) IOPORT_CFG_PERIPHERAL_PIN | (uint32_t) IOPORT_PERIPHERAL_IIC)},{ .pin BSP_IO_PORT_04_PIN_10,.pin_cfg ((uint32_t) IOPORT_CFG_DRIVE_MID | (uint32_t) IOPORT_CFG_PERIPHERAL_PIN | (uint32_t) IOPORT_PERIPHERAL_IIC)},......省略内容
};这个常量数组将P5409和P410配置为I2C外设复用功能。
I2C模块的配置信息
I2C的配置信息会在hal_data.c中的i2c_master_cfg_t结构体类型常量g_i2c_master2_cfg中定义代码如下
const i2c_master_cfg_t g_i2c_master2_cfg
{.channel 2,.rate I2C_MASTER_RATE_STANDARD,.slave 0x14,.addr_mode I2C_MASTER_ADDR_MODE_7BIT,......省略内容.p_callback i2c2_callback,.p_context NULL,......省略内容.ipl (12),.p_extend g_i2c_master2_extend,
};第03行通道设置为2第04行通信速率设置为标准速率第05行从机地址是0x14第06行地址模式为7bit模式第08行设置中断函数名为i2c2_callback
使用I2C的open函数时就会使用这个常量来初始化I2C模块。
15.1.3 中断回调函数
在g_i2c_master2_cfg用到了名为“i2c1_callback”的函数此函数仅在hal_data.h中进行了如下声明但是没有实现
#ifndef i2c1_callback
void i2c1_callback(i2c_master_callback_args_t * p_args);
#endif需要用户实现这个函数例如
void i2c1_callback(i2c_master_callback_args_t * p_args)
{switch (p_args-event){}
}这个中断回调函数的参数是i2c_master_callback_args_t结构体指针此结构体的原型如下
typedef struct st_i2c_master_callback_args
{void const * p_context; /// Pointer to user-provided contexti2c_master_event_t event; /// Event code
} i2c_master_callback_args_t;其中事件成员是一个枚举类型囊括的事件类型有
typedef enum e_i2c_master_event
{I2C_MASTER_EVENT_ABORTED 1, /// A transfer was abortedI2C_MASTER_EVENT_RX_COMPLETE 2, /// A receive operation was completed successfullyI2C_MASTER_EVENT_TX_COMPLETE 3 /// A transmit operation was completed successfully
} i2c_master_event_t;从此可以知道触发I2C中断的原因有发送完成、接收完成、传输中止。它们触发中断后会调用回调函数以执行用户的代码。
15.1.4 API接口及其应用
在I2C模块的FSP库函数头文件r_i2c_master_api.h中定义了I2C主机设备的操作函数结构体i2c_master_api_t原型如下
/** Interface definition for I2C access as master */
typedef struct st_i2c_master_api
{fsp_err_t (* open)(i2c_master_ctrl_t * const p_ctrl, i2c_master_cfg_t const * const p_cfg);fsp_err_t (* read)(i2c_master_ctrl_t * const p_ctrl, uint8_t * const p_dest, uint32_t const bytes,bool const restart);fsp_err_t (* write)(i2c_master_ctrl_t * const p_ctrl, uint8_t * const p_src, uint32_t const bytes,bool const restart);fsp_err_t (* abort)(i2c_master_ctrl_t * const p_ctrl);fsp_err_t (* slaveAddressSet)(i2c_master_ctrl_t * const p_ctrl, uint32_t const slave,i2c_master_addr_mode_t const addr_mode);fsp_err_t (* callbackSet)(i2c_master_ctrl_t * const p_api_ctrl, void (* p_callback)(i2c_master_callback_args_t *),void const * const p_context, i2c_master_callback_args_t * const p_callback_memory);fsp_err_t (* statusGet)(i2c_master_ctrl_t * const p_api_ctrl, i2c_master_status_t * p_status);fsp_err_t (* close)(i2c_master_ctrl_t * const p_ctrl);
} i2c_master_api_t;I2C主机设备支持的操作有open/read/write/close等FSP在r_iic_master.c中实现了这个结构体
/* IIC Implementation of I2C device master interface */
i2c_master_api_t const g_i2c_master_on_iic
{.open R_IIC_MASTER_Open,.read R_IIC_MASTER_Read,.write R_IIC_MASTER_Write,.abort R_IIC_MASTER_Abort,.slaveAddressSet R_IIC_MASTER_SlaveAddressSet,.close R_IIC_MASTER_Close,.statusGet R_IIC_MASTER_StatusGet,.callbackSet R_IIC_MASTER_CallbackSet
};本章以对I2C主机设备的打开关闭和读写为例进行分析。
打开I2C主机设备
打开I2C主机设备的函数指针原型如下
/** Opens the I2C Master driver and initializes the hardware.* param[in] p_ctrl Pointer to control block. Must be declared by user. Elements are set here.* param[in] p_cfg Pointer to configuration structure.*/
fsp_err_t (* open)(i2c_master_ctrl_t * const p_ctrl, i2c_master_cfg_t const * const p_cfg);p_ctrl指向I2C主机控制块比如g_i2c_master2_ctrlp_cfg指向I2C主机参数配置结构体常量比如g_i2c_master2_cfg
p_ctrl的类型是iic_master_instance_ctrl_t结构体在I2C通信的时候会改变此结构体中的设备状态、地址值、读写状态和应答状态等。
p_cfg的类型是i2c_master_cfg_t此结构体被用来表示I2C主机的配置例如I2C的通道、中断号、收发函数和中断回调函数等。
用户可以参照如下代码来打开I2C主机设备它的内部会进行初始化
fsp_err_t err g_i2c_master2.p_api-open(g_i2c_master2.p_ctrl, g_i2c_master2.p_cfg);
if (FSP_SUCCESS ! err)
{printf(%s %d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);return;
}关闭I2C主机设备
关闭I2C设备的函数指针原型如下
fsp_err_t (* close)(i2c_master_ctrl_t * const p_ctrl);它的参数p_ctrl指向I2C主机控制块此函数会将控制块中的I2C状态改变为关闭状态。
I2C接收数据函数
I2C接收数据的函数指针原型如下
fsp_err_t (* read)(i2c_master_ctrl_t * const p_ctrl, uint8_t * const p_dest, uint32_t const bytes,bool const restart);p_ctrl指向I2C主机设备控制块p_dest目的数据用来接收数据的地址bytes要接收的数据个数单位是字节restart主机接收完一帧数据后的操作true-接收完一帧数据后主机不发送停止信号而是发送Start信号继续传输false-接收完一帧数据后主机发送停止信号。
开发者可以参考如下代码来读取数据
fsp_err_t err g_i2c_master2.p_api-read(g_i2c_master2.p_ctrl, buf, len, 0);
if (FSP_SUCCESS ! err)
{printf(%s %d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);return;
}I2C发送数据函数
I2C主机设备向从机设备发送数据的函数指针原型如下 fsp_err_t (* write)(i2c_master_ctrl_t * const p_ctrl, uint8_t * const p_src, uint32_t const bytes,bool const restart);p_ctrl执行I2C主机设备控制块主机发送数据的时候会根据控制块的地址等信息发起开始信号、应答信号等p_dest目的数据用来接收数据的地址bytes要发送的数据个数单位是字节restart发送完此帧数据后的操作true表示不会发出Stop信号而是马上发出Start信号——这样可以一直霸占I2C总线false表示发出Stop信号大家重新竞争I2C总线
开发者可以参考如下代码来进行I2C的数据发送
fsp_err_t err g_i2c_master2.p_api-write(g_i2c_master2.p_ctrl, tmpbuf, 2, 0);
if (FSP_SUCCESS ! err)
{printf(%s %d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);return;
}15.2 Common I2C驱动触摸屏实验
15.2.1 硬件连接
本章使用的是外接触摸屏使用FPC排线与主板相连FPC的I2C原理图如下图所示 使用的引脚是P409和P410。
15.2.2 GT911驱动解析
GT911是一款拥有5点电容触摸点位、拥有26个驱动通道和14个感应通道的触控芯片可以同时识别5个触摸点位的实时准确位置、移动轨迹和触摸面积并且根据主控需要读取相应点为的触摸信息。
GT911的通信是标准的I2C通信协议主机在和GT911进行I2C通信的时候需要满足I2C总线的标准协议。GT911的I2C从机设备地址定义如下图所示 它支持两种地址使用哪个地址取决于GT911发生复位后INT引脚的电平。如果复位时INT引脚是高电平则地址是0x14/0x28/0x29否则就是0x5D,0xBA/0xBB。
本章实验设计选择的是地址0x14。
通过发送指令和读写数据来驱动GT911不同的指令支持的数据个数不同一个指令对应一个寄存器的数据也可能一个指令对应N个寄存器的数据。以读取点位数据指令0x8157为例用户发送0x8157指令后可以连续读取7个字节的数据触控点位ID和触控位置信息 15.2.3 GT911驱动程序
本章实验仅仅是简单地获取触点的位置信息。对于触摸设备因对它的基本要求无非就是获取触摸点位信息因而本章将抽象为“触摸设备”在drv_touch.h中用一个结构体来描述这一类触摸设备
typedef struct TouchDev{char *name;void (*Init)(struct TouchDev *ptDev);bool (*Read)(struct TouchDev *ptDev, unsigned short *pX, unsigned short *pY);
}TouchDev, *PTouchDev;对于这一类触摸设备应用层对它的操作只涉及初始化、读取触摸位置。因而TouchDev结构体里只有Init、Read两个函数指针。
而对于具体的触摸驱动芯片需要实现自己的TouchDev结构体。本章在drv_gt911.c中进行了实现TouchDev结构体接下来对它的函数进行一一说明。
中断回调函数
在I2C通信过程中需要上一次的传输完成后才能开始下一次传输因而需要通过I2C的中断触发事件来判断上一次传输是否已经完成代码如下
static volatile bool gI2C2TxCplt false;
static volatile bool gI2C2RxCplt false;
void i2c2_callback(i2c_master_callback_args_t * p_args)
{switch (p_args-event){case I2C_MASTER_EVENT_TX_COMPLETE:{gI2C2TxCplt true;break;}case I2C_MASTER_EVENT_RX_COMPLETE:{gI2C2RxCplt true;break;}default:{gI2C2TxCplt gI2C2RxCplt false;break;}}
}第07~11行如果触发中断的事件类型是发送完成事件则将发送完成标志位置true第12~16行如果触发中断的事件类型是接收完成事件则将接收完成标志位置true
收发超时等待函数
本章实现了2个等待函数里面加入了超时机制代码如下
static void I2C2WaitTxCplt(void)
{uint16_t wTimeOut 100;while(!gI2C2TxCplt wTimeOut){HAL_Delay(1);wTimeOut--;}gI2C2TxCplt false;
}static void I2C2WaitRxCplt(void)
{uint16_t wTimeOut 100;while(!gI2C2RxCplt wTimeOut){HAL_Delay(1);wTimeOut--;}gI2C2RxCplt false;
}写GT911寄存器函数
写GT911的寄存器时要发出寄存器地址、寄存器数据。数据个数可能各有不同函数里动态分配内存用来保存寄存器地址、寄存器数据然后一次性发送出去。参考如下代码
static void GT911DrvWriteReg(uint16_t reg, uint8_t *buf, uint8_t len)
{uint8_t regl (uint8_t)(reg 0xff);uint8_t regh (uint8_t)(reg8);uint8_t * write_package (uint8_t*)malloc((len 2) * sizeof(uint8_t));memcpy(write_package, regh, 1);memcpy(write_package 1, regl, 1);memcpy(write_package 2, buf, len);fsp_err_t err g_i2c_master2.p_api-write(g_i2c_master2.p_ctrl, write_package, len 2, 0);if (FSP_SUCCESS ! err){printf(%s %d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);return;}I2C2WaitTxCplt();free(write_package);
}第05~08行根据传入的数据长度动态分配数据包并将指令和数据进行打包组合以便调用I2C的write函数一次性发送出去第09行调用write函数发送数据包发送完之后不再接着发送数据因而最后一个参数restart0
读GT911寄存器函数
读寄存器时要先发出寄存器地址再读入数据。代码如下
static void GT911DrvReadReg(uint16_t reg, uint8_t *buf, uint8_t len)
{uint8_t tmpbuf[2];tmpbuf[0] (uint8_t)(reg 8);tmpbuf[1] (uint8_t)(reg 0xff);fsp_err_t err g_i2c_master2.p_api-write(g_i2c_master2.p_ctrl, tmpbuf, 2, 0);if (FSP_SUCCESS ! err){printf(%s %d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);return;}I2C2WaitTxCplt();err g_i2c_master2.p_api-read(g_i2c_master2.p_ctrl, buf, len, 0);if (FSP_SUCCESS ! err){printf(%s %d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);return;}I2C2WaitRxCplt();
}各类ID读取函数
GT911有多种ID供用户获取以获取GT911的生产ID为例它需要主机发送寄存器指令0x8140给GT911然后读取4个字节的ID数据代码如下
static uint32_t GT911DrvReadProductID(void)
{uint32_t id 0;GT911DrvReadReg(GT911_PRODUCT_ID_REG, (uint8_t*)id ,4);return id;
}其它的ID也可以参考这样的写法实现本章的工程1501_i2c_touch为读者封装了这几个ID读取函数
static uint32_t GT911DrvReadProductID(void);
static uint32_t GT911DrvReadVendorID(void);
static uint8_t GT911DrvReadVersion(void);
static uint8_t GT911DrvGetGSTID(void);清除点位寄存器
在每次读取了触摸点位寄存器的数据后需要将寄存器的数据清除掉以便下一次触摸时更新寄存器的数据。如果不清除坐标寄存器的数据的话每次读取都会得到一个固定值0x7F。
清除坐标寄存器的地址是0x814E用户只需要往这个寄存器写入一个零即可代码如下
static void GT911DrvClearBuf(void)
{uint8_t data {0};GT911DrvWriteReg(GT911_CLEARBUF_REG, (uint8_t*)data, 1);
}抽象GT911触摸屏设备对象
对于GT911触摸设备本章根据其参数特性进行了封装来表示GT911的触摸区域和触摸点位参考以下在drv_gt911.h中的代码设计
typedef enum{TP_ROT_NONE 0,TP_ROT_90,TP_ROT_180,TP_ROT_270
} TouchRotation_t;/**用于存放每一个触控点的id坐标大小**/
typedef struct TouchPointInfo{unsigned char id;unsigned short x;unsigned short y;unsigned short size;
}TouchPointInfo_t;/**类结构体**/
typedef struct TouchDrv{unsigned char ucAddr;unsigned short wHeight;unsigned short wWidth;TouchRotation_t tRotation;TouchPointInfo_t tPointsInfo[TOUCH_POINT_TOTAL]; //用于存储五个触控点的坐标
}TouchDrv_t;在后续的设计中通过定义结构体TouchDrv_t变量来表示一个GT911设备
static struct TouchDrv gTP;读取GT911触摸点位函数
在分析GT911的数据读写时曾以读取某一个点位的数据为例了解了一个点位拥有7个数据信息。而GT911共有5个点位信息可以获取对应的寄存器地址在drv_gt911.h中以宏定义的形式体现
#define GT_TP1_REG 0X814F //第一个触摸点数据地址
#define GT_TP2_REG 0X8157 //第二个触摸点数据地址
#define GT_TP3_REG 0X815F //第三个触摸点数据地址
#define GT_TP4_REG 0X8167 //第四个触摸点数据地址
#define GT_TP5_REG 0X816F //第五个触摸点数据地址什么情况下才需要去读取点位信息呢有触摸事件发生的时候。而用户该如何获知GT911是否有被触摸呢它用一个寄存器来表示 Bit-7:buffer_status1-有触摸数据等待主机读取0-没有数据Bit-6:large detect,1-表示有大片区域被触摸了Bit-4:HaveKey,1-正在被触摸0-没有被触摸或者松开触摸了Bit-[3:0]:触摸的点数
用户可以根据这6个寄存器指令来获取每次触摸的点位信息了参考如下代码
static bool GT911DrvIsTouched(TouchDrv_t * tp)
{uint8_t touched_state, touch_num, buffer_status;touched_state GT911DrvGetGSTID();touch_num touched_state 0xf; //触点数量buffer_status (touched_state 7) 1; // 帧状态if(buffer_status 1 (touch_num TOUCH_POINT_TOTAL) (touch_num 0)){uint16_t pointers_regs[TOUCH_POINT_TOTAL] {GT_TP1_REG, GT_TP2_REG, GT_TP3_REG, GT_TP4_REG, GT_TP5_REG};// 获取每个触控点的坐标值并保存for (int i 0; i touch_num; i){uint8_t point_info_per_size 7;uint8_t * point_info_p malloc(point_info_per_size * sizeof(uint8_t ));GT911DrvReadReg(pointers_regs[i], point_info_p, point_info_per_size);tp-tPointsInfo[i].id point_info_p[0];tp-tPointsInfo[i].x (unsigned short)(point_info_p[1] (point_info_p[2] 8));tp-tPointsInfo[i].y (unsigned short)(point_info_p[3] (point_info_p[4] 8));tp-tPointsInfo[i].size (unsigned short)(point_info_p[5] (point_info_p[6] 8));free(point_info_p);//旋转方向uint16_t temp;switch (tp-tRotation){case TP_ROT_NONE:tp-tPointsInfo[i].x tp-wWidth - tp-tPointsInfo[i].x;tp-tPointsInfo[i].y tp-wHeight - tp-tPointsInfo[i].y;break;case TP_ROT_270:temp tp-tPointsInfo[i].x;tp-tPointsInfo[i].x tp-wWidth - tp-tPointsInfo[i].y;tp-tPointsInfo[i].y temp;break;case TP_ROT_180:
// tp-tPointsInfo[i].x tp-tPointsInfo[i].x;
// tp-tPointsInfo[i].y tp-tPointsInfo[i].y;break;case TP_ROT_90:temp tp-tPointsInfo[i].x;tp-tPointsInfo[i].x tp-tPointsInfo[i].y;tp-tPointsInfo[i].y tp-wHeight - temp;break;default:break;}}GT911DrvClearBuf();return true;}//必须给GT911_POINT_INFO缓冲区置0,不然读取的数据一直为128GT911DrvClearBuf();return false;
}另外为了和之前抽象出来的触摸设备TouchDev相匹配还要在此基础上封装一个Read函数
static bool GT911DrvRead(struct TouchDev *ptDev, unsigned short *pX, unsigned short *pY)
{if(NULL ptDev-name) return false;if(GT911DrvIsTouched(gTP)){*pX gTP.tPointsInfo[0].x;*pY gTP.tPointsInfo[0].y;return true;}return false;
}GT911初始化函数
本章实验并未对GT911进行更精细的设置因而并不没有修改它的寄存器。
本章的初始化函数仅仅初始化I2C设备、读取GT911的ID和触摸范围参考如下代码
static void GT911DrvInit(struct TouchDev *ptDev)
{if(NULL ptDev-name) return;uint8_t buf[4];gTP.ucAddr (uint8_t)g_i2c_master2.p_cfg-slave;gTP.tRotation TP_ROT_NONE;/* 初始化I2C驱动 */fsp_err_t err g_i2c_master2.p_api-open(g_i2c_master2.p_ctrl, g_i2c_master2.p_cfg);if (FSP_SUCCESS ! err){printf(%s %d\r\n, __FUNCTION__, __LINE__);return;}/* 读ID */uint32_t nVendorID GT911DrvReadVendorID();printf(gt911 vendor id: 0x%.4x\r\n, (int)nVendorID);uint32_t nProductID GT911DrvReadProductID();printf(gt911 product id: 0x%.4x\r\n, (int)nProductID);uint8_t nVersion GT911DrvReadVersion();printf(version 0x%x\r\n, nVersion);GT911DrvReadReg(0x8048, buf, 2);gTP.wWidth (unsigned short)((buf[1] 8) | buf[0]);GT911DrvReadReg(0x804A, buf, 2);gTP.wHeight (unsigned short)((buf[1] 8) | buf[0]);
}触摸设备的注册和获取
以面向对象的思想构造了一个TouchDev结构体gTouchDev代码如下
static struct TouchDev gTouchDev {.name GT911,.Init GT911DrvInit,.Read GT911DrvRead
};然后再以一个函数将此设备返回给上层应用
struct TouchDev* TouchDevGet(void)
{return gTouchDev;
}15.2.4 测试程序
app_test.c是测试程序它会打印触摸点的信息代码如下
void TouchAppTest(void)
{TouchDev *ptDev TouchDevGet();if(NULL ptDev){printf(Error. Not Found Touch Device!\r\n);return;}ptDev-Init(ptDev);uint16_t x 0, y 0;while(1){if(ptDev-Read(ptDev, x, y) true){printf(Touch-Position: (%d,%d)\r\n, x, y);}}
}15.2.5 上机实验
在hal_entry.c中的hal_entry()函数中初始化滴答定时器、初始化调试串口然后调用TouchAppTest函数进行测试。
当触摸屏幕的时候串口助手就会打印例如下图这样的点位坐标信息 本章完
