<그림 1>에서 보듯이 I2C 버스는 SDA(Serial DAta Line) 신호선과 SCL(Serial Clock Line) 신호선으로 통신의 주체가 되는 마스터인 MCU와 통신 대상이 되는 주변 장치인 슬레이브(slave) 간에 데이터를 전달하고 받는다.

◆ 마스터가 슬레이브에 전송을 시작한다는 표현 - Start
◆ 전송 목적지의 주소 표현 - Address
◆ 전송 목적 표현(읽기용인가 또는 쓰기용인가) - R/W
◆ 전송 데이터 표현 - Data
◆ 슬레이브가 정상적으로 데이터를 수신했다는 응답 표현 - Ack
◆ 전송 종료 표현 - Stop

START 표현
Start는 마스터가 슬레이브에 전송 시작을 알리기 위한 것으로 I2C 버스를 사용하겠다는 신호의 시작이다. 이 신호는 1비트 형태로 구현되며 SCL이 HIGH 상태가 유지될 때 SDA가 HIGH에서 LOW로 변화되면 START 신호로 해석된다. <그림 3>은 START의 신호 변화이다. START 신호는 STOP 이전에 여러 번 나올 수도 있다. 첫 번째 START와 달리 두 번째 START 신호는 REPEAT START 신호라고 하는데 보통 디바이스 안에 내부적인 주소가 있어서 이 주소를 지정하고 데이터를 읽을 경우에 사용된다.

DATA 1비트 신호 표현
마스터에서 슬레이브에 전달하거나 슬레이브에서 데이터를 읽어 올 때 데이터의 1비트를 표현하기 위해서는 SCL 신호선을 LOW 상태에서 전송하고자 하는 비트 데이터를 SDA 신호선에 결정하고 SCL 신호선을 HIGH 상태로 만든다. 슬레이브 또는 마스터는 SCL이 HIGH 상태일 때의 SDA 신호 상태를 보고 SDA 신호가 HIGH면 1로 LOW면 0으로 판단한다(<그림 5>).

EEPROM
EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)이란 사용자가 메모리 내의 내용을 수정할 수 있는 롬이다. 정상보다 더 높은 전압을 이용하여 반복적으로 지우거나 다시 프로그램(기록)할 수 있다. 일반적인 롬인 EPROM 칩과는 달리, EEPRO M은 기록된 내용을 수정하기 위해 컴퓨터에서 빼낼 필요가 없다. 그러나 사용할 수 있는 수명에도 제한이 있는데, 다시 프로그램할 수 있는 횟수가 10만회 미만으로 제한될 수 있다. 컴퓨터가 사용되는 동안 자주 다시 프로그래밍되는 EEPROM에서는 EEPROM의 수명이 아주 중요한 설계 고려사항이 될 수 있다. EEPROM의 특별한 형태가 플래시 메모리이다.

i2c-dev 디바이스 파일은 주번호가 89이고 부번호가 0부터 시작하는 문자형 디바이스 파일이다. 부번호는 시스템에 존재하는 i2c 버스를 구별하는데 i2c 버스는 시스템에 하나 이상 존재할 수 있기 때문에 각 버스마다 0, 1과 같은 식으로 순서에 입각하여 부여한다. 보통 하나의 i2c 버스가 존재하는 경우가 대부분이기 때문에 /dev/i2c-0 라는 디바이스 파일만 있으면 된다.

# mkdev c /dev/i2c-0 c 89 0
# mkdev c /dev/i2c-1 c 89 1
…

#define I2C_DEV_FILENAME   “/dev/i2c-0”

 

if( access(  I2C_DEV_FILENAME , F_OK ) != 0 )
  mknod( I2C_DEV_FILENAME, S_IRWXU|S_IRWXG|S_IFCHR,(89<<8|(0)));

    int fd;

 

    fd = open( I2C_DEV_FILENAME, O_RDWR );
    if( fd >= 0 )
    {
         :
         :
        close( fd );
    }

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/poll.h>
#include <termios.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

 

#include <linux/i2c.h>
#include <linux/i2c-dev.h>

i2c-dev 디바이스 드라이버를 이용하여 EEPROM에 데이터 쓰기
i2c-dev 디바이스 드라이버를 사용하기 위한 /dev/i2c-0 디바이스 파일을 열었다면 정상적으로 i2c-dev 디바이스 드라이버를 이용하여 I2C 버스에 연결된 디바이스 드라이버에 데이터를 써 넣을 수 있다. i2c-dev를 이용하여 eeprom에 데이터를 쓰기 위해서는 전달 포맷을 알아야 한다.

unsigned char  eeprom_data[32];  // EEPROM 읽기 쓰기 데이터 버퍼

ioctl( fd, I2C_SLAVE, 0x50 );    // 슬레이브 주소

i2c-dev는 read 함수와 write 함수를 기본적으로 함수 호출시 START와 STOP을 발생시킨다. 그래서 START … START … STOP 형식을 사용하고자 한다면 read, write 함수를 사용할 수 없다. 이 때 사용하는 것이 ioctl 함수에 I2C_RDWR 명령을 사용하는 방법이다. 이런 형식으로 사용할 경우에 형식은 다음과 같다.

ioctl( fd, I2C_RDWR, (struct i2c_rdwr_ioctl_data *) msgs );

struct i2c_rdwr_ioctl_data

struct i2c_rdwr_ioctl_data {
 struct i2c_msg __user *msgs; /* pointers to i2c_msgs */
 __u32 nmsgs;   /* number of i2c_msgs */
};

struct i2c_msg

이 구조체가 실제로 전달해야 하는 데이터의 각 블럭을 표현한다.

struct i2c_msg {
 __u16 addr; /* slave address   */
  __u16 flags;  
 __u16 len;  /* msg length  */
  __u8 *buf;  /* pointer to msg data  */
};

◆ I2C_M_TEN : 주소가 10비트이다.
◆ I2C_M_RD : 이 값이 지정되면 읽기 명령을 I2C 버스상에서 수행한다.
◆ I2C_M_NOSTART : START가 발생하면 안되는 패킷임을 표시한다. 가장 첫 번째 msg 블럭에는 사용할 수 없다.
◆ I2C_M_REV_DIR_ADDR : R/W가 반전된 처리를 해야 한다.
◆ I2C_M_IGNORE_NAK : NAK 응답 즉 ACK가 없더라도 에러 처리하지 않는다.
◆ I2C_M_NO_RD_ACK : 읽기에 따른 ACK가 없더라도 에러 처리하지 않는다.

struct i2c_msg                i2c_msgs[2];
struct i2c_rdwr_ioctl_data    i2c_rwctl;

 

unsigned char  eeprom_data_addres[2];   // EEPROM 데이터 주소 설정용 버퍼
unsigned char  eeprom_data[32];         // EEPROM 읽기 쓰기 데이터 버퍼

I2C 버스와 커널
지금까지 응용 프로그램에서 커널에 제공된 i2c-dev 디바이스 드라이버를 이용하여 어떻게 I2C 버스에 연결된 디바이스를 다루는지 알아보았다. 실제 사용법을 보면 간단한 I2C 버스의 구조만큼이나 쉬운 인터페이스를 가지고 있다. 그렇다면 이렇게 응용 프로그램에서 i2c-dev 디바이스 드라이버를 지원하기 위해 커널을 수정하려면 어떻게 해야 하는가? PC 시스템의 경우라면 I2C 버스를 사용할 기회는 그리 많지 않다. 비디오 for 리눅스와 관련된 영상 처리 시스템이나 몇몇의 RTC와 관련이 있는 정도이다. 하지만 임베디드 시스템에서 I2C는 의외로 많은 사용도를 가진다. 영상과 관련된 시스템은 반드시라고 할 정도로 포함된다.

linux/drivers/i2c/busses/

linux/drivers/i2c/algos/

static int iic_xxx_xfer(struct i2c_adapter *i2c_adap, struct i2c_msg msgs[], int num)
{
    // I2C 버스 제어를 위한 구현 루틴
    return ret;
}
static struct i2c_algorithm iic_xxx_algo =
{
       .name          = “Sample IIC algorithm”,
       .id            = I2C_ALGO_SAMPLE,
       .master_xfer   = iic_xxx_xfer,
};
static struct i2c_adapter iic_xxx_adapter =
{
       .owner      = THIS_MODULE,
       .name       = “Sample IIC adapter”,
       .algo       = &iic_xxx_algo,
};
static int __init iic_xxx_init(void)
{
       iic_xxx_hw_init();                   // I2C 버스를 제어하기 위한 하드웨어 초기화 루틴 메모리 할당, 인터럽트 등록 처리
       i2c_add_adapter( &iic_xxx_adapter ); // 어댑터 등록
       return 0;
}
static void iic_xxx_exit(void)
{
        i2c_del_adapter(&iic_xxx_adapter);  // 어댑터 등록 해제
        iic_xxx_hw_release ();              // I2C 버스를 종료하기 위한 하드웨어 셧다운 루틴 메모리 해제, 인터럽트 제거 처리
}

 

module_init(iic_xxx_init);
module_exit(iic_xxx_exit);

 

MODULE_AUTHOR(“you young-change <frog@falinux.com>”);
MODULE_DEscRIPTION(“I2C-Bus adapter sample routines”);
MODULE_LICENSE(“GPL”);

int iic_xxx_xfer(struct i2c_adapter *i2c_adap, struct i2c_msg msgs[], int num)

◆ i2c-algo-bit.c : GPIO 를 이용하여 구현하는 경우에 사용한다.
◆ i2c-algo-pcf.c : 전용 컨트롤러를 사용하여 구현하는 경우 참조할 수 있는 소스
◆ i2c-algo-ite.c : 전용 컨트롤러를 사용하여 구현하는 경우 참조할 수 있는 소스