1.2.1　pcDuino部分硬件功能介紹

1.I2C

I2C（Inter-Integrated Circuit）總線是由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備，產(chǎn)生于20世紀80年代，最初的目的是進行音頻和視頻設備開發(fā)，現(xiàn)在主要應用于服務器管理，包括單個組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對各個組件進行查詢，以管理系統(tǒng)的配置和掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風扇，可隨時監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡、系統(tǒng)溫度等多個參數(shù)，增加了系統(tǒng)安全性，方便管理。由于接口直接在組件之上，因此I2C總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本，集中體現(xiàn)了I2C總線最主要的優(yōu)點——簡單和有效。

具體地說，I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構成的串行總線，各種被控制器件均并聯(lián)在這條總線上，每個器件都有唯一的地址識別，可以作為總線上的一個發(fā)送器件或接收器件（具體由器件的功能決定）。I2C總線的接口電路結構如圖1-8所示。

I2C總線的幾種信號狀態(tài)具體分為以下幾種。

·空閑狀態(tài)：SDA和SCL都為高電平。

·開始條件（S）：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。

·結束條件（P）：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數(shù)據(jù)。

·數(shù)據(jù)有效：在SCL的高電平期間，SDA保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)有效。SDA的改變只發(fā)生在SCL的低電平期間。

·ACK信號：數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，接收器件每接收一個字節(jié)數(shù)據(jù)要產(chǎn)生一個ACK信號，向發(fā)送器件發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已經(jīng)收到數(shù)據(jù)。

針對I2C總線的基本操作主要包括讀、寫及控制。主器件（通常為微控制器）控制I2C總線，產(chǎn)生串行時鐘（SCL）、控制總線的傳輸方向、產(chǎn)生開始和停止條件。數(shù)據(jù)傳輸過程中，主器件產(chǎn)生開始條件，隨后是器件的控制字節(jié)（前7位是從器件的地址，最后一位為讀寫位），接下來是讀寫操作的數(shù)據(jù)，以及ACK響應信號。數(shù)據(jù)傳輸結束時，主器件產(chǎn)生停止條件。具體的過程如圖1-9所示。

通過分析I2C源碼可知，在drivers/I2C/目錄下，包含以下幾個重要文件和目錄。

1）文件I2C-core.c：I2C子系統(tǒng)核心功能的實現(xiàn)。

2）文件I2C-dev.c：通用的從設備驅(qū)動實現(xiàn)。

3）目錄busses：里面包括基于不同平臺實現(xiàn)的I2C總線控制器驅(qū)動，A20使用的源文件為I2C-sun7i.c。

在sys_config.fex中有5組I2C總線可供使用，分別是twi0、twi1、twi2、twi3和twi4。配置如下：

[twi0_para]
twi0_used=1
twi0_scl=port :PB0<2> <default>  <default> <default>
   twi0 _sda=port :PB1<2> <default> <default>  <default>
[twi1_para]
   twi1_used=1
   twi1_scl=port :PB18<2> <default> <default> <default>
   twi1_sda=port :PB19<2> <default> <default> <default>
[twi2_para]
    twi2_used=1
    twi2_scl=port :PB20<2> <default> <default> <default>
    twi2_sda=port :PB21<2> <default> <default> <default>
......

其中常用的為twi0、twi1、twi2，twi3與twi4使用時按照twi0等格式進行添加即可。

若使用哪一組I2C總線，將對應的twiX_used置為1即可。通常情況下，twi0、twi1、twi2均設置為1。

對于I2C總線控制器的配置，可通過命令make ARCH＝arm menuconfig進入配置主界面，并按以下步驟操作：

1）選擇Device Drivers選項，進入下一級配置。

2）選擇I2C support選項，進入下一級配置。

3）選擇I2C HardWare Bus support選項，進入下一級配置。

4）選擇Allwinner Technology SUN7I I2C interface選項，可選擇直接編譯進內(nèi)核中，也可以選擇編譯成模塊，如圖1-10所示。

此外，若需要獲取指定I2C總線控制器相關的調(diào)試打印信息，可選擇sun7i i2c print transfer information選項，并在bus num id選項中指定對應的I2C總線控制器編號，可輸入0、1、2和3、4，如圖1-11所示。

2.I2C體系結構描述

位于drivers/I2C/busses目錄下的文件I2C-sun7i.c，是基于SUN7I平臺實現(xiàn)的I2C總線控制器驅(qū)動，功能是為系統(tǒng)中5條I2C總線實現(xiàn)相應的讀寫方法。控制器驅(qū)動自身不會進行任何的通信，而是等待其他設備驅(qū)動調(diào)用其函數(shù)。

如圖1-12所示是基于SUN7I平臺的I2C驅(qū)動層次架構圖，其中有5塊I2C adapter，分別對應SUN7I平臺上的5塊I2C控制器。

系統(tǒng)開機時，I2C控制器驅(qū)動首先被裝載，I2C控制器驅(qū)動用于支持I2C總線的讀寫。在I2C_sun7i_algorithm結構體中定義了I2C總線通信方法函數(shù)I2C_sun7i_xfer（），該函數(shù)實現(xiàn)了對I2C總線訪問的具體方法。設備驅(qū)動通過調(diào)用這個函數(shù)，實現(xiàn)對I2C總線的訪問；而在函數(shù)I2C_sun7i_probe（）中完成了對I2C adapter的初始化。

I2C_adapter對應一個控制器。一個I2C控制器需要I2C_algorithm中提供的通信函數(shù)來控制控制器上產(chǎn)生特定的訪問周期。I2C_algorithm中的關鍵函數(shù)master_xfer（）用于產(chǎn)生I2C訪問周期需要的信號，以I2C_msg（即I2C消息）為單位。I2C_msg是I2C傳輸?shù)幕締挝唬瑥脑O備的具體地址、消息的類型以及要傳輸?shù)木唧w數(shù)據(jù)信息。每個I2C消息傳輸前，都會產(chǎn)生一個開始位，緊接著傳送從設備。I2C_client對應于真實的物理設備，每個I2C設備都需要一個I2C_client來描述。I2C_driver對應一套驅(qū)動方法，其主要成員函數(shù)是probe（）、remove（）、suspend（）、resume（）等，另外id_table是該驅(qū)動所支持的I2C設備的ID表。I2C_driver與I2C_client的關系是一對多，一個I2C_driver上可以支持多個同等類型的I2C_client。

I2C常用接口如下所示：

·I2C_add_driver

·I2C_del_driver

·I2C_set_clientdata

·I2C_get_clientdata

·I2C_master_send

·I2C_master_send

·I2C_master_resv

·I2C_transfer

3.A20與LCD

A20有兩路顯示系統(tǒng)，支持雙屏輸出，支持LCD屏的接口形式及最大分辨率如表1-1所示。

HVRGB接口和CPU/I80接口用于并行數(shù)據(jù)輸出，是TTL電平的屏接口，其中LCD0從PD口輸出，LCD1從PA口輸出。

LVDS接口用于串行輸出，是差分信號的屏接口，LVDS0從PD0~PD9輸出，LVDS1從PD10~PD19口輸出。

DSI接口使用A20+SSD2828的方式，通過A20的HV RGB接口輸出，由轉換IC轉成DSI接口。

如果一路輸出使用Dual Link LVDS，占用了LVDS的所有引腳，另外一路只能使用其他接口形式輸出。其他接口形式任意組合的雙屏輸出都支持。

以LVDS屏為例，LVDS屏接口分為Single Link和Dual Link兩種。LVDS屏使用LVDS差分信號，LVDS Single Link具有1組時鐘對和3組或4組數(shù)據(jù)對。

如圖1-13所示是一個典型LVDS Single Link屏的模組規(guī)格書的引腳定義。A20與該LCD屏的引腳連接如表1-2所示。

該LCD屏有3組數(shù)據(jù)對，顯示要求為18bit色深，且不區(qū)分模式。故

lcd_lvds_colordepth＝1，lcd_lvds_mode＝0

該LCD屏參數(shù)如表1-3所示。時序參數(shù)配置與HVparallelRGB類似。區(qū)別于HVparallelRGB，該LCD屏參數(shù)沒有指定BackPorch和SyncWidth。根據(jù)A20時序要求，LCD控制器配置如下：

·lcd_ht>lcd_x×cycle+lcd_hbp，得lcd_hbp<64。

·取lcd_hbp＝20；lcd_hbp>lcd_hspw，取lcd_hspw＝10。

·lcd_vbp＝20，lcd_vspw＝10。

LCD I/O必須配置為LVDS。

（1）LCD硬件參數(shù)

1）lcd_if為LCD接口選擇，參數(shù)值所對應的含義如下：

0——HVRGB接口；1——CPU/I80接口；2——Reserved；3——LVDS接口；4——DSI接口。

2）lcd_hv_if，這個參數(shù)只有在lcd_if＝0時才有效，定義RGB同步屏下的幾種接口類型。設置相應值的對應含義如下：

0——ParallelRGB；8——SerialRGB；10——DummyRGB；11——RGBDummy。

3）lcd_hv_s888_if，這個參數(shù)只有在lcd_if＝0且lcd_hv_if＝1（SerialRGB）時才有效。定義奇數(shù)行RGB輸出的順序如下。

0: OddlinesR→G→B：EvenlineR→G→B
1: OddlinesB→R→G
2: EvenlineR→G→B OddlinesG→B→R
4: EvenlineR→G→B OddlinesR→G→B
5: EvenlineB→R→G OddlinesB→R→G
6: EvenlineB→R→G OddlinesG→B→R
8: EvenlineB→R→G OddlinesR→G→B
9: EvenlineG→B→R OddlinesB→R→G
10:OddlinesG→B→R：EvenlineG→B→R

4）lcd_hv_syuv_if，這個參數(shù)用來設置YUV輸出順序的，只有在lcd_if＝0且lcd_hv_if＝2（SerialYUV）時才有效。定義YUV輸出格式如下：

0——YUYV；1——YVYU；2——UYVY；3——VYUY。

5）lcd_cpu_if，只有在lcd_if＝1時，即設置為CPU/180類型的接口，這個參數(shù)才有效。設置相應值的對應含義如下：

0——18bit/1cycle parallel（RGB666）；4——16bit/1cycle parallel（RGB565）；6——18bit/3cycle parallel（RGB666）；7——16bit/2cycle parallel（RGB565）。

6）lcd_lvds_ch，設置相應值的對應含義如下：

0——Single Link；1——Dual Link。

LVDS接口的LCD屏，定義1組時鐘對+3/4組數(shù)據(jù)對，為1個link。若有2組時鐘對，則為兩個link。

7）lcd_lvds_bitwidth，設置相應值對應含義如下：

0——8bit per color；1——6bit per color。

8）lcd_lvds_mode，這個參數(shù)只有在lcd_lvds_bitwidth＝0時才有效。設置相應值對應含義如下：

0——NS mode；1——JEDIA mode。

NS mode和JEDIA mode的定義如圖1-14所示。

9）lcd_pin。

示例：lcdd0＝port：PD00<3><0><default><default>

含義：lcdd0這個引腳，即PD0，配置為LVDS輸出。

第一個尖括號表示功能分配：0為輸入，1為輸出，2為LCD輸出，3為LVDS接口輸出，7為disable。

第二個尖括號表示內(nèi)置電阻：0表示內(nèi)部電阻高阻態(tài)，如果是1則內(nèi)部電阻上拉，2代表內(nèi)部電阻下拉。使用default代表默認狀態(tài)，即電阻上拉。其他數(shù)據(jù)無效。

第三個尖括號表示驅(qū)動能力：default表示驅(qū)動能力是等級1。

第四個尖括號表示默認值：即是當設置為輸出時，該引腳輸出的電平，0為低電平，1為高電平。

LCD PIN的配置如下：

LCD為HVRGB或DSI屏，CPU/I80屏時，必須定義相應的I/O口為LCD輸出（如果是0路輸出，第一個尖括號為2；如果是1路輸出，第一個尖括號為3）。

LCD為LVDS屏時，必須定義PD口對應的I/O口為LVDS輸出（即第一個尖括號為3）。

LCD PIN的所有I/O均可通過注釋方式去掉其定義，顯示驅(qū)動對注釋I/O不進行初始化操作。

10）lcd_gpI/O_x。

示例：lcd_gpI/O_0＝port：PA06<0><0><default><default>

含義：lcd_gpI/O_0引腳為PA06。

第一個尖括號表示功能分配：0為輸入，1為輸出。

第二個尖括號表示內(nèi)置電阻：0內(nèi)部電阻高阻態(tài)，如果是1則內(nèi)部電阻上拉，2就代表內(nèi)部電阻下拉。使用default代表默認狀態(tài)，即電阻上拉。其他數(shù)據(jù)無效。

第三個尖括號表示驅(qū)動能力：default表示驅(qū)動能力是等級1。

第四個尖括號表示默認值：即是當設置為輸出時，該引腳輸出的電平，0為低電平，1為高電平。

A20配置中，共有6個可選的lcd_gpI/O引腳，lcd_gpI/O_0、lcd_gpI/O_1，lcd_gpI/O_2、lcd_gpI/O_3、lcd_gpI/O_4、lcd_gpI/O_5。

11）lcd_bl_en。

示例：lcd_bl_en＝port：PH07<1><0><default><1>

含義：lcd_power引腳為PH07，PH07輸出高電平時打開LCD背光：上下拉不使能。

第一個尖括號表示功能分配：1為輸出。

第二個尖括號表示內(nèi)置電阻：0內(nèi)部電阻高阻態(tài)，如果是1則內(nèi)部電阻上拉，2就代表內(nèi)部電阻下拉。使用default代表默認狀態(tài)，即電阻上拉。其他數(shù)據(jù)無效。

第三個尖括號表示驅(qū)動能力：default表示驅(qū)動能力是等級1。

第四個尖括號表示輸出有效所需電平：LCD背光工作時的電平，0為低電平，1為高電平。

12）lcd_power。

示例：lcd_power＝port：power2<1><0><default><1>

含義：LCD的供電定義gpI/O控制。

13）lcd_pwm。

示例：lcd_pwm＝port：PB02<2><0><default><default>

含義：PB02輸出PWM信號。

A20方案固定PB02為PWM信號輸出引腳。建議使用此默認配置。

4.PWM

PWM（Pulse Width ModulatI/On，脈沖寬度調(diào)制）即脈寬調(diào)制，是一種脈沖編碼技術。一般PWM信號的周期不變，用占空比（有效電平在整個信號周期中的時間比率，為0%~100%）來表示編碼數(shù)值。PWM可以用于對模擬信號電平進行數(shù)字編碼方法，也可以通過控制高電平（或低電平）在整個周期中的時間來控制輸出的能量，從而控制電機轉速或LED亮度。

PWM控制技術以其控制簡單靈活和動態(tài)響應好的優(yōu)點成為電力電子技術中最廣泛應用的控制方式，也成為研究的熱點。當今科學技術的發(fā)展已經(jīng)模糊了學科界限，結合現(xiàn)代控制理論思想或無諧振波開關技術將會成為PWM控制技術發(fā)展的主要方向之一。如圖1-15所示為典型的PWM波形。

PWM信號一般由計數(shù)器和比較器產(chǎn)生。計數(shù)器以一定的頻率自加，比較器中設定了一個閾值，當計數(shù)器中的數(shù)字小于這個閾值時，輸出一種電平狀態(tài)（如高電平）；當數(shù)字大于這個閾值時，輸出另一種電平狀態(tài)（如低電平）；當計數(shù)器計滿后清零，又回到最初的電平狀態(tài)。這樣通過I/O引腳的周期翻轉，就形成了PWM波形，如圖1-16所示。

pcDuino上的PWM信號如圖1-17所示。

可用于輸出PWM信號的GPIO共有6個，其中GPIO3、9、10、11的PWM頻率為125Hz~2kHz，GPIO5、6的PWM頻率只能設置為195Hz、260Hz、390Hz、520Hz、781Hz中的某個特定值。Arduino庫中提供了analogWrite（）函數(shù)來設置PWM占空比，增加了pwmfreq_set（）函數(shù)，用于設置PWM信號周期。5、6引腳為復用引腳。

5.G-Sensor

在人機交互過程中，G-Sensor起著非常重要的作用，G-Sensor作為輸入設備，能感知當前其所處的空間狀態(tài)，將它附著在終端上配合使用，能測量出終端在空間上的坐標狀態(tài)，從而獲知終端用戶的操作意圖，如橫豎屏切換、轉彎變向等。

通常G-Sensor通過4個引腳與主機連接，分別為VCC、GND、SDA、SCL。引腳正常工作時候的高電平均為3.3V。

在G-Sensor的硬件調(diào)試過程中，需要確認下列項：

1）各個引腳與HOST正確連接。

2）電源電壓是否正常，即VCC接入電壓為3.3V，GND電壓為0V。

3）I2C引腳電平是否匹配。

4）設備使用的I2C地址，特別是對一臺設備進行多個地址設置時。

（1）G-Sensor的體系結構（如圖1-18所示）

G-Sensor設備為使用I2C總線進行通信的輸入設備，G-Sensor driver通過調(diào)用I2C驅(qū)動的相應接口來實現(xiàn)對G-Sensor設備的控制與通信，如G-Sensor driver對G-Sensor設備硬件和各寄存器的讀寫訪問等。

G-Sensor driver將底層硬件對用戶輸入訪問的響應轉換為標準的輸入事件，再通過核心層（Input Core）提交給事件處理層；核心層向下提供了G-Sensor driver的編程接口，向上又提供了事件處理層的編程接口。事件處理層（Input Event Drivers）為用戶空間的應用程序提供了統(tǒng)一訪問設備的接口，并對驅(qū)動層提交的事件進行處理；用戶空間（User space）將根據(jù)設備的節(jié)點進行數(shù)據(jù)的讀取以及相應的處理。

（2）模塊數(shù)據(jù)結構描述

1）struct I2C_driver bma250_driver：該變量會注冊到I2C_driver中，driver.name為匹配設備名，probe為設備的偵測函數(shù)，address_list為I2C的偵測地址，suspend為休眠喚醒函數(shù)。

代碼清單1-1：bma250_driver注冊

static struct I2C_driver bma250_driver = {
.class = I2C_CLASS_HWMON,
.driver = {
.owner   = THIS_MODULE,
.name= SENSOR_NAME,
},
.id_table= bma250_id,
.probe= bma250_probe,
.remove= bma250_remove,
#ifdef CONFIG_HAS_EARLYSUSPEND
#else
#ifdef CONFIG_PM
.suspend = bma250_suspend,
.resume = bma250_resume,
#endif
#endif
.address_list = normal_I2C,
};

2）struct bma250_data：代表了G-Sensor驅(qū)動所需要的信息的集合，用于幫助實現(xiàn)對采樣信息的處理。

代碼清單1-2：struct bma250_data注冊

struct bma250_data {
struct I2C_client *bma250_client; 
atomic_t delay;
atomic_t enable;
unsigned char mode; 
struct input_dev *input; 
struct bma250acc value;
struct mutex value_mutex;
struct mutex enable_mutex; 
struct mutex mode_mutex;
struct delayed_work work;
struct work_struct irq_work;
#ifdef CONFIG_HAS_EARLYSUSPEND
struct early_suspend early_suspend;
unsigned char range_state;
unsigned char bandwidth_state;
#endif
};

3）struct bma250acc：用于記錄采樣時獲得的x軸、y軸、z軸的坐標信息。

代碼清單1-3：struct bma250acc注冊

struct bma250acc{ s16 x,
y,
z;
} ;