CH34X-MPHSI高速Master扩展应用—I2C设备调试

一、前言 

本文介绍，基于USB2.0高速USB转接芯片CH347，配合厂商提供的USB转MPHSI（Multi Protocol High-Speed Serial Interface）Master总线驱动（CH34X-MPHSI-Master）为系统扩展I2C总线的用法，除此之外，还可以扩展SPI总线和GPIO等资源。

驱动软件正常工作后，会在系统下创建新的I2C Master，拥有独立的bus num，原I2C器件的设备驱动可直接通过DTS配置文件或者sysfs节点挂载到该总线上，原有设备驱动无需任何修改。

项目地址：GitHub - WCHSoftGroup/ch34x_mphsi_master_linux

 二、应用框图

​​

三、CH347 I2C接口特点

CH347F 的I2C接口

CH347T 的I2C接口

CH347F/T支持至少4种I2C时钟：20kHz，100kHz，400kHz和750kHz。驱动配置的默认I2C时钟为100KHz，当前不支持动态修改该时钟频率，若需要修改可以在ch34x_mphsi_i2c_init函数中修改。

此外，芯片支持时钟延展功能（I2C Clock Stretching），如果需要开启，也可以在ch34x_mphsi_i2c_init 函数中开启。

四、驱动使用与确认SPI总线信息

本文基于树莓派4B平台，使用CH347F/T芯片通过树莓派的USB接口扩展I2C总线接口，介绍不同的I2C设备的应用实例。

1. 编译驱动

root@raspberrypi:/home/wch/ch34x_mphsi_master_linux_V1.1/driver # make
make -C /lib/modules/6.1.21-v8+/build M=/home/wch/ch34x_mphsi_master_linux_V1.1/driver modules
make[1]: 进入目录“/usr/src/linux-headers-6.1.21-v8+”
  CC [M]  /home/wch/ch34x_mphsi_master_linux_V1.1/driver/ch34x_mphsi_master_usb.o
  CC [M]  /home/wch/ch34x_mphsi_master_linux_V1.1/driver/ch34x_mphsi_master_spi.o
  CC [M]  /home/wch/ch34x_mphsi_master_linux_V1.1/driver/ch34x_mphsi_master_i2c.o
  CC [M]  /home/wch/ch34x_mphsi_master_linux_V1.1/driver/ch34x_mphsi_master_gpio.o
  LD [M]  /home/wch/ch34x_mphsi_master_linux_V1.1/driver/ch34x_mphsi_master.o
  MODPOST /home/wch/ch34x_mphsi_master_linux_V1.1/driver/Module.symvers
  CC [M]  /home/wch/ch34x_mphsi_master_linux_V1.1/driver/ch34x_mphsi_master.mod.o
  LD [M]  /home/wch/ch34x_mphsi_master_linux_V1.1/driver/ch34x_mphsi_master.ko
make[1]: 离开目录“/usr/src/linux-headers-6.1.21-v8+”

2. 加载驱动

root@raspberrypi:/home/wch/ch34x_mphsi_master_linux_V1.1/driver # make load
insmod ch34x_mphsi_master.ko

3、确认I2C总线信息

将CH347F/T 设备通过USB连接至树莓派，查看系统日志，可看到扩展的I2C总线号为I2C bus 22

[  218.193644] ch34x_mphsi_master: loading out-of-tree module taints kernel.
[  218.194619] mphsi-ch34x 1-1.2:1.2: ch34x_cfg_probe: output SPI slave with CS0
[  218.194633] mphsi-ch34x 1-1.2:1.2: ch34x_cfg_probe: output SPI slave with CS1
[  218.195050] mphsi-ch34x 1-1.2:1.2: ch34x_spi_probe: SPI master connected to SPI bus 7
[  218.195323] mphsi-ch34x 1-1.2:1.2: ch34x_mphsi_i2c_probe: I2C master connected to I2C bus 22
[  218.195645] mphsi-ch34x 1-1.2:1.2: ch34x_mphsi_gpio_probe: registered GPIOs from 501 to 503
[  218.195663] mphsi-ch34x 1-1.2:1.2: ch34x_usb_probe: USB to SPI/I2C/GPIO adapter ch34x now attached.
[  218.195778] usbcore: registered new interface driver mphsi-ch34x

也可使用 i2c-tools 工具查看系统所有I2C总线。

root@raspberrypi:~ # i2cdetect -l
i2c-20  i2c             fef04500.i2c                            I2C adapter
i2c-1   i2c             bcm2835 (i2c@7e804000)                  I2C adapter
i2c-21  i2c             fef09500.i2c                            I2C adapter
i2c-22  i2c             ch34x-mphsi-i2c at bus 001 device 003   I2C adapter

将SHT3X-DIS模块连接到CH347的I2C接口，然后扫描I2C总线下的I2C设备，设备(UU)地址为0x44（如果未加载对应设备驱动，UU位置显示为44）

root@raspberrypi:~ # i2cdetect -y -a 22
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00: 00 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- UU -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

五、24C02 EEPROM模块调试

24C02是一个2Kbit的串行EEPROM存储芯片，可存储256个字节数据。

root@raspberrypi:~ # i2cdetect -y -a 22
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: 50 51 52 53 54 55 56 57 -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

读写EEPROM

root@raspberrypi:~ # i2cset -y 22 0x50 0 0x11
root@raspberrypi:~ # i2cset -y 22 0x50 1 0x11
root@raspberrypi:~ # i2cset -y 22 0x50 2 0x22
root@raspberrypi:~ #
root@raspberrypi:~ # i2cget -y 22 0x50 0
0x11
root@raspberrypi:~ # i2cget -y 22 0x50 1
0x11
root@raspberrypi:~ # i2cget -y 22 0x50 2
0x22
root@raspberrypi:~ #
root@raspberrypi:~ # i2ctransfer 22 w8@0x50 0x00 0xff-
WARNING! This program can confuse your I2C bus, cause data loss and worse!
I will send the following messages to device file /dev/i2c-22:
msg 0: addr 0x50, write, len 8, buf 0x00 0xff 0xfe 0xfd 0xfc 0xfb 0xfa 0xf9
Continue? [y/N] y
root@raspberrypi:~ #
root@raspberrypi:~ # i2ctransfer 22 w1@0x50 0x00 r7
WARNING! This program can confuse your I2C bus, cause data loss and worse!
I will send the following messages to device file /dev/i2c-22:
msg 0: addr 0x50, write, len 1, buf 0x00
msg 1: addr 0x50, read, len 7
Continue? [y/N] y
0xff 0xfe 0xfd 0xfc 0xfb 0xfa 0xf9
root@raspberrypi:~ #

六、SHT3X-DIS温湿度传感器模块调试

SHT3x-DIS是Sensirion新一代的温湿度传感器芯片，精度为±2%RH和±0.3℃，输入电压范围从2.4V到5.5V，采用IIC总线接口，速率可达1MHz。测量温湿度范围分别为是-40℃ ~ 125℃和0 ~ 100%。

加载sht3x驱动

root@raspberrypi:~ # insmod sht3x.ko

将 i2c_client 设备名挂载到 I2C 总线

root@raspberrypi:~ # echo "sht3x 0x44" > /sys/bus/i2c/devices/i2c-22/new_device
[ 1594.345331] i2c i2c-22: new_device: Instantiated device sht3x at 0x44

运行测试程序，获取当前温度和湿度信息

root@raspberrypi:~ # ./sht3x_test_app
temperature: 27.14  humidity: 62.28

七、MPU6050功能测试

MPU6050 是 InvenSense 公司推出的整合性 6 轴运动处理组件，其内部整合了 3 轴陀螺仪和 3 轴加速度传感器，并且含有一个IIC 接口， 可用于连接外部磁力传感器，并利用自带的数字运动处理器（DMP: Digital Motion Processor） 硬件加速引擎，通过主 I2C接口，向应用端输出完整的 9 轴融合演算数据。

参考资料MPU-6050 | TDK InvenSense

加载 mpu6050 驱动

root@raspberrypi:~ # insmod mpu6050.ko

将 i2c_client 设备名挂载到 I2C 总线

root@raspberrypi:~ # echo "mpu6050 0x68" > /sys/bus/i2c/devices/i2c-22/new_device
[  188.063732] i2c i2c-22: new_device: Instantiated device i2c_mpu6050 at 0x68

运行测试程序，可获取当前位置信息（原始数据）

root@raspberrypi:/home/wch/mpu6050_test # ./test_app
AX=1112, AY=-574, AZ=16212  GX=-252, GY=-16, GZ=-38
AX=1054, AY=-578, AZ=16220  GX=-259, GY=-17, GZ=-41
AX=1066, AY=-584, AZ=16260  GX=-163, GY=-26, GZ=-41