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1.開發(fā)環(huán)境
操作系統(tǒng):SylixOS
編程環(huán)境:RealEvo-IDE3.1.5
硬件平臺:SAMA5D2 Xplained開發(fā)板
2.EEPROM簡介
EEPROM,或寫作E2PROM,全稱電子抹除式可復寫只讀存儲器 (英語:Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory),是一種可以通過電子方式多次復寫的半導體存儲設備。相比EPROM,EEPROM不需要用紫外線照射,也不需取下,就可以用特定的電壓,來抹除芯片上的信息,以便寫入新的數(shù)據(jù)。
2.1 存儲結構及設備地址
本篇使用的EEPROM芯片型號是AT24MAC402,該芯片提供2Kbit串行電可擦除可編程的存儲單元,即256 bytes,并可通過I2C兼容的串行接口(TWI)進行讀寫操作。此外,AT24MAC402可用來存放全球唯一的MAC或EUI地址(EUI-48)。其內部存儲組織結構如圖 2-1所示。
圖 2-1 AT24MAC402內部存儲結構
由圖 2-1可知,AT24MAC402提供了128-bit Serial Number和48-bit(9Ah-9Fh)的擴展存儲部分用來存儲序列號和全球唯一的MAC或EUI地址。作為I2C從設備,可通過兩個不同的設備地址訪問EEPROM的這兩部分(標準和擴展)的內部存儲地址。AT24MAC402的芯片手冊對這兩部分的編址如圖 2-2所示。
圖 2-2 設備地址
其中Bit[3:1]由硬件引腳電平?jīng)Q定,在沒有設置寫保護的情況下,對于標準EEPROM可進行讀寫操作,而擴展部分僅支持讀操作。SAMA5D2開發(fā)板EEPROM的電路圖如圖 2-3所示。
圖 2-3 EEPROM電路圖連線
結合圖 2-2可知EEPROM標準部分的設備地址是‘1010100’,即0x54;擴展部分的設備地址是‘1011100’,即0x5C。
2.2 操作模式
2.2.1 讀操作
標準EEPROM部分和擴展部分均支持讀操作,EEPROM支持以下三種類型的讀操作:
當前地址讀:在當前地址讀操作方式時無需發(fā)送讀字節(jié)地址,每次只將當前地址所存數(shù)據(jù)讀出,片內地址始終保持自加,直到讀完整個EEPROM后又回到0地址。
隨機地址讀:主設備發(fā)送有效從設備內部地址,并且從設備發(fā)送響應信號后將會將該內部地址處的數(shù)據(jù)通過I2C發(fā)送給主設備。
順序讀:多字節(jié)連續(xù)讀操作既可以是當前地址讀,也可以是隨機地址讀,每次處理器接收到一字節(jié)數(shù)據(jù)都返回一個ACK,EEPROM接收到此ACK后會自動地址加1,接著輸出下一個字節(jié)數(shù)據(jù),直到處理器返回NO ACK時,讀過程結束。
2.2.2 寫操作
標準EEPROM部分,在寫保護被禁止的情況下提供寫操作,并且支持以下兩種寫操作:
字節(jié)寫:按字節(jié)寫時通常在向EEPROM發(fā)送設備地址并收到應答信號后,發(fā)送寫字節(jié)地址再次收到ACK后開始寫數(shù)據(jù),最后發(fā)送停止位結束寫操作。
頁寫:寫頁時EEPROM可一次連續(xù)寫入整頁數(shù)據(jù)(一頁為16字節(jié))。其發(fā)地址過程與寫字節(jié)時完全相同。不同的是,當寫完一個數(shù)據(jù)字節(jié)后,處理器發(fā)不發(fā)停止狀態(tài),而是在應答信號后繼續(xù)寫入數(shù)據(jù),每一個字節(jié)接收完畢后,EEPROM都返回一個ACK,一直到寫完整頁。如果頁寫時寫入數(shù)超出該物理頁邊界,則超出數(shù)據(jù)將重新寫入頁首地址覆蓋之前所寫數(shù)據(jù)。
3.技術實現(xiàn)
本篇通過內核模塊的方式實現(xiàn)EEPROM的設備驅動。
EEPROM驅動的編寫同樣是實現(xiàn)設備文件操作控制塊結構體file_operations的成員函數(shù),在EEPROM設備驅動中主要實現(xiàn)了__e2promOpen、__e2promClose、__e2promRead、__e2promWrite、__e2promIoctl函數(shù)功能,__e2promIoctl函數(shù)用來設置待訪問的EEPROM的內部地址。
應用程序可以通過訪問標準文件I/O函數(shù)來讀寫EEPROM設備,在讀寫EEPROM設備前,可調用lseek函數(shù)設置要讀/寫的eeprom內部寄存器地址,然后調用標準文件I/O對該內部地址進行讀/寫操作。
EEPROM的讀寫功能,實質上是調用I2C設備發(fā)送接口的方式實現(xiàn)的。這里使用字符驅動的框架來實現(xiàn)EEPROM的讀寫操作。由于標準EEPROM和擴展部分的設備地址不同,但是對這兩部分的操作是一樣的,因此本篇僅給出標準EEPROM設備的驅動實現(xiàn)。
標準EEPROM設備文件操作結構體如程序清單 3-1所示。
程序清單 3-1 e2prom設備文件操作集
/********************************************************************************************************* ** e2prom設備文件操作集 *********************************************************************************************************/ struct file_operations GfileOperate = { .fo_open = __e2promOpen, .fo_close = __e2promClose, .fo_read = __e2promRead, .fo_write = __e2promWrite, .fo_ioctl = __e2promIoctl };
通過調用標準I/O函數(shù),可最終調用到file_operations結構體中的對應的成員函數(shù)。
3.1 讀操作
__e2promRead讀取EEPROM內部數(shù)據(jù),其實現(xiàn)如程序清單 3-2所示。
程序清單 3-2 __e2promRead實現(xiàn)
/********************************************************************************************************* ** 函數(shù)名稱: __e2promRead ** 功能描述: 讀取eeprom設備 ** 輸 入 : pvArg 版本類型選擇參數(shù) ** pcBuffer 緩沖區(qū) ** stMaxByte 緩沖區(qū)大小 ** 輸 出 : ERROR *********************************************************************************************************/ static ssize_t __e2promRead(PVOID pvArg, PCHAR pcBuffer, size_t stMaxByte) { UINT32 uiRet; if(!pcBuffer) { return PX_ERROR; } uiRet = __at24xxRead(Gi2cDev, Goffset, (UINT8 *)pcBuffer, stMaxByte); Goffset = (Goffset + stMaxByte) % EEPROM_MEM_SIZE; /* 內部地址計數(shù)器保存值 */ return (uiRet == ERROR_NONE) ? stMaxByte:PX_ERROR; }
__e2promRead將會調用at24xxRead函數(shù)實現(xiàn)讀操作,at24xxRead實現(xiàn)如程序清單 3-3所示。
程序清單 3-3 at24xxRead實現(xiàn)
/********************************************************************************************************* ** 函數(shù)名稱: __at24xxRead ** 功能描述: AT24xx 寄存器讀函數(shù) ** 輸 入 : pI2cDev i2c設備 ** RegAddress 寄存器地址 ** buf 數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū) ** len 需要讀取的數(shù)據(jù)長度 ** 輸 出 : 返回 0 表示函數(shù)執(zhí)行成功 *********************************************************************************************************/ static int __at24xxRead (PLW_I2C_DEVICE pI2cDev, UINT8 ucRegAddress, UINT8 *ucBuf, UINT uiLen) { INT iError; LW_I2C_MESSAGE i2cMsgs[2] = { { .I2CMSG_usAddr = pI2cDev->I2CDEV_usAddr, .I2CMSG_usFlag = 0, /* 0表示寫操作 */ .I2CMSG_usLen = sizeof(ucRegAddress), .I2CMSG_pucBuffer = &ucRegAddress, /* 先寫要讀的寄存器地址 */ }, { .I2CMSG_usAddr = pI2cDev->I2CDEV_usAddr, .I2CMSG_usFlag = LW_I2C_M_RD, /* 表示讀操作 */ .I2CMSG_usLen = uiLen, .I2CMSG_pucBuffer = ucBuf, /* 接著讀操作 */ } }; iError = API_I2cDeviceTransfer(pI2cDev, i2cMsgs, 2); if (iError < 0) { return (PX_ERROR); } return (ERROR_NONE); }
實質上,應用層調用read函數(shù),最終是調用的API_I2cDeviceTransfer函數(shù)實現(xiàn)接收與發(fā)送操作。
3.2 寫操作
__e2promWrite向EEPROM寫入數(shù)據(jù),其實現(xiàn)如程序清單 3-4所示。
程序清單 3-4 e2promWrite實現(xiàn)
/********************************************************************************************************* ** 函數(shù)名稱: __e2promWrite ** 功能描述: 寫eeprom設備 ** 輸 入 : pvArg 版本類型選擇參數(shù) ** pcBuffer 緩沖區(qū) ** stMaxByte 緩沖區(qū)大小 ** 輸 出 : ERROR *********************************************************************************************************/ static ssize_t __e2promWrite(PVOID pvArg, PCHAR pcBuffer, size_t stMaxByte) { UINT32 uiRet; if(!pcBuffer) { return PX_ERROR; } uiRet = __at24xxWrite (Gi2cDev, Goffset, (UINT8 *)pcBuffer, stMaxByte); Goffset = (Goffset + stMaxByte) % EEPROM_MEM_SIZE; /* 內部地址計數(shù)器保存值 */ return (uiRet == ERROR_NONE) ? stMaxByte:PX_ERROR; }
__e2promWrite將會調用at24xxWrite函數(shù)實現(xiàn)EEPROM的寫操作,at24xxWrite實現(xiàn)如程序清單 3-5所示。
程序清單 3-5 at24xxWrite實現(xiàn)
/********************************************************************************************************* ** 函數(shù)名稱: __at24xxWrite ** 功能描述: AT24xx 寄存器寫函數(shù) ** 輸 入 : pI2cDev i2c設備 ** RegAddress 寄存器地址 ** buf 需要寫入寄存器的數(shù)據(jù) ** len 寫入數(shù)據(jù)長度 ** 輸 出 : 返回 0 表示函數(shù)執(zhí)行成功 *********************************************************************************************************/ static int __at24xxWrite (PLW_I2C_DEVICE pI2cDev, UINT8 ucRegAddress, UINT8 *ucBuf, UINT uiLen) { INT iError; if(!pI2cDev) { return PX_ERROR; } /* * 發(fā)送緩存大小:至少為(數(shù)據(jù)+地址)字節(jié)數(shù) */ UINT8 *pui2cBuf = (UINT8 *)malloc(uiLen+1); LW_I2C_MESSAGE i2cMsgs[1] = { { .I2CMSG_usAddr = pI2cDev->I2CDEV_usAddr, .I2CMSG_usFlag = 0, /* 0表示寫操作 */ .I2CMSG_usLen = uiLen + sizeof(ucRegAddress), /* (數(shù)據(jù)+地址)字節(jié)數(shù) */ .I2CMSG_pucBuffer = pui2cBuf, }, }; /* * 發(fā)送緩存開頭存放的是地址信息,然后才是數(shù)據(jù) */ pui2cBuf[0] = ucRegAddress; memcpy(&pui2cBuf[1], &ucBuf[0], uiLen); iError = API_I2cDeviceTransfer(pI2cDev, i2cMsgs, 1); if (iError < 0) { free(pui2cBuf); printk(KERN_ERR "__at24xxWrite(): failed to i2c transfer!\n"); return (PX_ERROR); } free(pui2cBuf); return (ERROR_NONE); }
實質上,應用層調用write函數(shù),最終是調用的API_I2cDeviceTransfer函數(shù)實現(xiàn)接收與發(fā)送操作。
3.3 設置讀寫地址
通過實現(xiàn)__e2promIoctl函數(shù),完成設置待讀/寫的EEPROM的內部寄存器地址,其實現(xiàn)如程序清單 3-6所示。
程序清單 3-6 __e2promIoctl實現(xiàn)
/********************************************************************************************************* ** 函數(shù)名稱: __e2promIoctl ** 功能描述: 控制eeprom設備 ** 輸 入 : pdevhdrHdr 設備頭 ** iCmd 命令 ** lArg 命令參數(shù) ** 輸 出 : ERROR *********************************************************************************************************/ static INT __e2promIoctl(PLW_DEV_HDR pdevhdrHdr, INT iCmd, LONG lArg) { INT iError; struct stat *pstat; switch(iCmd) { case FIOSEEK: /* 獲取e2prom內部地址偏移 */ Goffset = *(off_t *)lArg; break; case FIOFSTATGET: /* 獲得文件屬性 */ pstat = (struct stat *)lArg; pstat->st_dev = (dev_t)pdevhdrHdr; pstat->st_ino = (ino_t)0; /* 相當于唯一節(jié)點 */ pstat->st_mode = 0644 | S_IFCHR; /* 默認屬性 */ pstat->st_nlink = 1; pstat->st_uid = 0; pstat->st_gid = 0; pstat->st_rdev = 1; pstat->st_size = 0; pstat->st_blksize = 0; pstat->st_blocks = 0; pstat->st_atime = API_RootFsTime(LW_NULL); /* 默認使用 root fs 基準時間 */ pstat->st_mtime = API_RootFsTime(LW_NULL); pstat->st_ctime = API_RootFsTime(LW_NULL); break; default: errno = ENOSYS; iError = PX_ERROR; break; } return ERROR_NONE; }
通過在應用層調用lseek,可以調用到底層的__e2promIoctl函數(shù),在__e2promIoctl函數(shù)中通過給全局變量Goffset賦值,在調用read/write函數(shù)時,底層相應的__e2promRead/ __e2promWrite便可獲得Goffset的偏移值,進而讀取/寫入到EEPROM內部寄存器中。
3.4 驅動模塊初始化及卸載
驅動模塊初始化實現(xiàn)如程序清單 3-7所示。
程序清單 3-7 模塊初始化
/********************************************************************************************************* ** 函數(shù)名稱: module_init ** 功能描述: 驅動加載模塊 ** 輸 入 : NONE ** 輸 出 : ERROR_CODE *********************************************************************************************************/ int module_init (void) { printk("hello_module init!\n"); INT iDrvNum = API_IosDrvInstallEx(&GfileOperate); /* 安裝驅動程序 */ API_IosDevAdd (&GdevhdrHdr, "/dev/eeprom", iDrvNum); /* 安裝設備 */ Gi2cDev = API_I2cDeviceCreate("/bus/i2c/1", "/dev/eeprom", DEVICE_ADDR, 0); return ERROR_NONE; }
模塊卸載實現(xiàn)如程序清單 3-8所示。
程序清單 3-8 模塊卸載
/********************************************************************************************************* ** 函數(shù)名稱: module_exit ** 功能描述: 驅動卸載模塊 ** 輸 入 : NONE ** 輸 出 : NONE *********************************************************************************************************/ void module_exit (void) { printk("hello_module exit!\n"); API_IosDevDelete(&GdevhdrHdr); /* 刪除設備 */ API_I2cDeviceDelete(Gi2cDev); /* 刪除指定的 i2c 設備 */ return ; }
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