RT thread—iic—at24c04读写操作

at24c04介绍存储容量4 Kbits即 512 字节。内部结构为 32 页每页 16 字节。地址0x000-0x1FF通信接口标准 I2C时钟线 SCL 和数据线 SDA支持最高 400 kHz 的快速模式。想要访问512字节的地址需要9个二进制但是单片机最大只能8位。设计者把512字节的存储空间分成两个数据块每个块256字节。从i2c的设备地址借走一个位用来当做数据块的选择开关。AT24C04 的 8 位 I2C 设备寻址格式1 0 1 0 A2 A1 P0 R/W1 0 1 0EEPROM 的固定前缀。A2, A1由芯片外部的硬件引脚高低电平决定注意AT24C04 的 A0 引脚在内部是悬空的不起作用。P0Page 0这就是借来的“第 9 位地址”也叫块选择位。R/W读写方向位。第一块Block 0存储地址0x00~0xFF(前 256 字节)你需要把设备地址里的P0设为0。此时 I2C 设备地址是1010 000 0-0xA0。内部字地址正常发送0x00~0xFF。第二块Block 1存储地址0x100~0x1FF(后 256 字节)你需要把设备地址里的P0设为1。此时 I2C 设备地址变成了1010 001 0-0xA2。内部字地址依然发送0x00~0xFF但芯片知道你要操作的是后半区。at24c04由于设计与压缩成本的问题会产生卷回操作。存储芯片并不是一个连续的、毫无边界的巨大黑板。在微观晶体管层面它被划分成了一排一排的独立单元每一排被称为一个页。比如一页是 8 字节或 16 字节。 之所以这样设计是因为把数据永久“烧录”进存储单元需要极高的瞬间电压而芯片内部的高压电荷泵一次只能对齐并作用于同一页的物理线路。为了提高烧录5ms的速度加入了一个临时缓存区托盘这个托盘大小等于一个物理页大小at24c02是8字节04是16字节。数据流向数据——托盘——存储区。当托盘存满16个字节还继续给托盘发数据这时候托盘不会进行换页操作直接把托盘的最低位数据进行覆盖。比如当你的单片机执行rt_i2c_master_send时它在 I2C 总线上发送[START] - [设备地址] - [内部存储地址] - [数据1] - [数据2] ...[STOP]。这时候数据都会被存入托盘中容易造成数据覆盖。最标准且高效的修复方法是在软件驱动层引入“自动分页写入算法”通过智能切分数据包来迁就硬件的机制。在每次发起通信前程序会先计算目标地址距离当前物理页的结尾还剩多少空余位置如果待写入的数据总量大于这些空位程序只会发送刚好能填满当前页的数据随后立即停止 I2C 通信并强制延时通常 5 毫秒等待芯片安全烧录待烧录彻底完成后再将地址光标对齐到下一物理页的绝对开头继续发送剩余数据利用这种“化整为零、满页即停”的策略即可彻底避开卷回陷阱。首先在board.h把注释取消然后配置软件iic的引脚pb1跟pb2采用软件iic。在rt thread settings中设置设置之后会出现这个宏定义使用i2c设备驱动程序RT-Thread I2C 总线设备驱动框架的全局总开关是下面所有功能的前提。自动在rtconfig.h中定义RT_USING_I2C宏启用 RT-Thread 官方的 I2C 驱动框架编译器会编译 I2C 核心驱动代码提供你代码里用到的rt_i2c_master_send、rt_i2c_master_recv、rt_i2c_bus_device_register等核心 API只有开启这个总开关下面的硬件 I2C 调试、GPIO 模拟 I2C 的开关才会生效。Use I2C debug message:硬件 I2C 外设的调试日志开关,硬件 I2C 运行时会在串口自动打印详细运行信息I2C 总线初始化结果、设备地址是否 ACK 应答、发送 / 接收的字节数、通信超时、NACK 错误等。使用GPIO模拟i2c:启用软件模拟 I2C功能,自动定义RT_USING_I2C_BITOPS宏启用软件模拟 I2C 的核心驱动代码你可以在board.h里配置任意 GPIO 作为模拟 I2C 的 SCL/SDA注册成比如i2c2的总线设备和硬件 I2C1 互不影响。Use simulate I2C debug message:模拟 I2C 的专属调试日志开关,模拟 I2C 运行时会打印时序模拟细节、ACK/NACK 检测结果、引脚操作状态、发送接收日志。#include at24c04.h #define DBG_TAG I2C_soft #define DBG_LVL DBG_LOG #include rtdbg.h #include rtthread.h // 需要引入 rtthread.h 以使用 rt_malloc 和 rt_free #define I2C1_NAME i2c1 #define BASE_SLAVE_ADDR (0xA0 1) // 基础设备地址 0x50 // data_add 为16位数据地址(0x000~0x1FF)data为纯数据指针data_byte为纯数据长度 int write_i2c1reg(rt_uint16_t data_add, rt_uint8_t *data, rt_uint8_t data_byte) { rt_uint8_t i2c1_flag 0; struct rt_i2c_bus_device *i2c1_bus; rt_uint8_t slave_addr; rt_uint8_t *send_buf; i2c1_bus (struct rt_i2c_bus_device *)rt_device_find(I2C1_NAME); if(i2c1_bus RT_NULL){ LOG_D(failed to i2c1 bus find); return -1; } // 1. 动态计算设备地址提取 16位地址 的第 9 位bit 8拼接到设备地址中 slave_addr BASE_SLAVE_ADDR | ((data_add 8) 0x01); // 2. 动态分配临时缓冲区长度 1字节内部地址 实际数据长度 send_buf (rt_uint8_t *)rt_malloc(data_byte 1); if(send_buf RT_NULL){ LOG_D(failed to malloc send buffer); return -1; } // 3. 组装发送帧第 0 个字节装入低 8 位内部地址后面跟上有效数据 send_buf[0] (rt_uint8_t)(data_add 0xFF); for(int i 0; i data_byte; i){ send_buf[i 1] data[i]; } // 4. 发送数据 i2c1_flag (rt_uint8_t)rt_i2c_master_send(i2c1_bus, slave_addr, RT_NULL, send_buf, data_byte 1); // 5. 释放内存 rt_free(send_buf); if(i2c1_flag ! (data_byte 1)){ LOG_D(failed to i2c1 send); return -1; } return 0; } #define AT24C04_PAGE_SIZE 16 // AT24C04 的页大小是 16 字节 /** * brief AT24C04 自动分页写入函数 (防卷回高级封装) * param addr: 16位目标物理起始地址 (0x000 ~ 0x1FF) * param data: 要写入的数据缓冲区指针 * param len: 要写入的总字节数 (支持任意长度如 20、50、100 字节) * retval 0:成功, -1:失败 */ int at24c04_page_write(rt_uint16_t addr, rt_uint8_t *data, rt_uint16_t len) { rt_uint16_t page_offset; rt_uint16_t space_left_in_page; rt_uint16_t chunk_size; while (len 0) { // 1. 计算当前地址在物理页内的偏移量 (例如 addr 0x05偏移量就是 5) page_offset addr % AT24C04_PAGE_SIZE; // 2. 计算当前物理页还剩下多少个空位 space_left_in_page AT24C04_PAGE_SIZE - page_offset; // 3. 决定这一次要写入的数据块大小 (Chunk) // 如果剩下要写的数据量 页内剩余空间就全写进去否则只填满当前页。 if (len space_left_in_page) { chunk_size len; } else { chunk_size space_left_in_page; } // 4. 调用底层的 I2C 发送函数只发送这个计算好的 chunk_size if (write_i2c1reg(addr, data, (rt_uint8_t)chunk_size) ! 0) { LOG_E(Page write failed at addr: 0x%03X, addr); return -1; } // 5. 【极其关键】等待当前这半页或一页的数据固化到 Flash rt_thread_mdelay(5); // 6. 更新指针和剩余长度准备下一轮循环 (如果还没写完的话) addr chunk_size; // 目标地址往后推 data chunk_size; // 数据缓冲区指针往后推 len - chunk_size; // 剩余需要写入的长度减少 } return 0; } // data_add 为16位数据地址(0x000~0x1FF)data为接收缓冲区data_byte为读取长度 int read_i2c1reg(rt_uint16_t data_add, rt_uint8_t *data, rt_uint8_t data_byte) { rt_uint8_t i2c1_flag 0; struct rt_i2c_bus_device *i2c1_bus; rt_uint8_t slave_addr; rt_uint8_t word_addr; i2c1_bus (struct rt_i2c_bus_device *)rt_device_find(I2C1_NAME); if(i2c1_bus RT_NULL){ LOG_D(failed to i2c1 bus find); return -1; } // 1. 动态计算设备地址提取第 9 位 slave_addr BASE_SLAVE_ADDR | ((data_add 8) 0x01); // 2. 提取低 8 位内部地址 word_addr (rt_uint8_t)(data_add 0xFF); // 3. 伪写操作发送低 8 位内部地址定位光标 rt_i2c_master_send(i2c1_bus, slave_addr, RT_NULL, word_addr, 1); // 4. 连续读取操作 i2c1_flag (rt_uint8_t)rt_i2c_master_recv(i2c1_bus, slave_addr, RT_NULL, data, data_byte); if(i2c1_flag ! data_byte){ LOG_D(failed to i2c1 recv); return -1; } return 0; }代码详解1对slave_addr BASE_SLAVE_ADDR | ((data_add 8) 0x01)详细解析I2C 限制I2C 协议每次发“内部地址”只能发 8 个 bit。AT24C04 的办法芯片规定那多出来的第 9 位最高位不要放在内部地址里发而是塞进 I2C 的设备地址的最末尾发过来。访问前半段地址 0~255最高位是 0设备地址用0x50。访问后半段地址 256~511最高位是 1设备地址用0x51。场景 A你想访问地址0x05在前半段 Block 0data_add的值是0x0005二进制是0000 0000 0000 0101。第一步右移 8 位(data_add 8)把二进制整体向右移动 8 个格子。 原数0000 0000 0000 0101移位后0000 0000 0000 0000目的把高 8 位推到了低 8 位的位置我们真正需要的那“第 9 位”现在来到了最低位bit 0。第二步按位与 0x010x01的二进制是0000 0001。任何数和1做与运算保持原样和0做与运算变成0。 计算0000 0000 0000 00010。目的屏蔽掉其他所有干扰位只干干净净地保留最低位。此时结果为0。第三步按位或BASE_SLAVE_ADDR | ...把0x50101 0000和刚才的结果0进行或运算。 计算101 0000 | 0000 0000101 0000即0x50。 结论算出的设备地址是0x50芯片知道你要操作前半区。场景 B你想访问地址0x105在后半段 Block 1data_add的值是0x0105即十进制的 261二进制是0000 0001 0000 0101。 注意看第 9 位是 1第一步右移 8 位(data_add 8)原数0000 0001 0000 0101移位后0000 0000 0000 0001那关键的“第 9 位”被移到了最右边。第二步按位与 0x01计算0000 0001 0000 00011。成功提取出了块选标志位1。第三步按位或BASE_SLAVE_ADDR | ...把0x50101 0000和10000 0001进行或运算。 计算101 0000 | 0000 0001101 0001即0x51。 结论算出的设备地址变成了0x51完美通知芯片切换到后半区2send_buf (rt_uint8_t *)rt_malloc(data_byte 1);详细解释rt_malloc该函数将从内存堆上分配用户指定大小的内存块。rt_i2c_master_send:该函数的api调用只接受数据首地址指针然后发送连续数据流。但是有效数据data与data_add存储地址他们在单片机的内存存储区域是分离的这时候我们需要把两者进行结合。3rt_i2c_master_send(i2c1_bus, slave_addr, RT_NULL, word_addr, 1);详细解释在 AT24C04 芯片内部有一个专门的硬件寄存器叫做内部数据地址指针。你可以把它想象成电脑屏幕上闪烁的光标。芯片不管读还是写都只能在这个指针当前指向的位置进行。word_addr是8位地址数据。在at24c04中只要是一次全新的写通信收到的第 1 个字节绝对是目标地址必须把它装进的内部数据地址指针里。这时直接定位到该地址下。4rt_i2c_master_send(struct rt_i2c_bus_device *bus, rt_uint16_t addr, rt_uint16_t flags, const rt_uint8_t *buf, rt_uint32_t count);busI2C 总线设备句柄addrI2C 从设备地址flags标志位可为上文提到的除RT_I2C_WRRT_I2C_RD之外的其他标志位可以进行 “|” 操作buf待发送数据缓冲区count待发送数据大小单位字节返回——消息数组的元素个数成功错误码失败5rt_size_t rt_i2c_master_recv(struct rt_i2c_bus_device *bus, rt_uint16_t addr, rt_uint16_t flags, rt_uint8_t *buf, rt_uint32_t count);busI2C 总线设备句柄addrI2C 从设备地址flags标志位可为上文提到的除RT_I2C_WRRT_I2C_RD之外的其他标志位可以进行 “|” 操作buf数据缓冲区count缓冲区大小单位字节要大于等于最大接收到的数据长度返回——消息数组的元素个数成功错误码失败6at24c04_page_write 自动分页算法假设你要写入20 个字节不同的起始地址会导致不同的切分策略场景 A从页的首地址开始写例如addr 0x0100第一轮循环偏移量是0x0100 % 16 0。页内剩余空间是16 - 0 16。你要写 20 个字节大于 16所以本次只能写16 字节。底层发送 16 字节然后延时 5ms。更新状态地址变成0x0110剩余要写4字节。第二轮循环偏移量是0x0110 % 16 0。页内剩余空间是 16。你还剩 4 个字节小于 16。所以本次将剩下的4 字节一次性写入。延时 5ms结束。结果20 字节被切分成了 [16] [4] 两次发送完美避开卷回。场景 B从页的中间开始写例如addr 0x0105第一轮循环偏移量是0x0105 % 16 5。页内剩余空间是16 - 5 11。要写 20 字节大于 11。所以先把当前页填满写11 字节一直写到0x010F边界。延时 5ms。更新状态地址变成0x0110精准落入下一页开头剩余9字节。第二轮循环偏移量是0剩余空间是 16。要写 9 字节全部写入。延时 5ms结束。结果20 字节被切分成了 [11] [9] 两次发送完美避开卷回。main.c#include rtthread.h #define DBG_TAG main #define DBG_LVL DBG_LOG #include rtdbg.h // 引入我们刚才写好的 AT24C04 驱动头文件 #include at24c04.h int main(void) { // 1. 准备要写入的测试数据 (5个字节) rt_uint8_t write_buf[20] { 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x0A, 0x0B, 0x0C, 0x0D, 0x0E, 0x0F, 0x10, 0x11, 0x12, 0x13, 0x14 }; // 2. 准备接收缓冲区 (注意长度必须大于等于要读取的长度这里设为 5) rt_uint8_t read_buf[20] {0}; // 3. 设定测试的物理地址 // 我们故意选 0x105 (十进制的 261)测试底层驱动是否能自动切换到设备地址 0x51 rt_uint16_t test_addr 0x0105; LOG_D( AT24C04 Read/Write Test Start ); // -------------------------------------------------------- // 第一步执行写入操作 // -------------------------------------------------------- LOG_D(Writing 5 bytes to address 0x%03X..., test_addr); //write_i2c1reg(test_addr, write_buf, 20) at24c04_page_write(test_addr, write_buf, 20); // 【极度重要】每次写完必须延时留给 EEPROM 内部 5ms 的 Flash 烧写时间。 // 这里给 50ms 比较宽裕保证绝对稳定。 rt_thread_mdelay(50); // -------------------------------------------------------- // 第二步执行读取操作 // -------------------------------------------------------- LOG_D(Reading 5 bytes from address 0x%03X..., test_addr); if (read_i2c1reg(test_addr, read_buf, 20) 0) { LOG_D(Read command successful. Data is:); // 将读回来的数据打印到串口终端 for(int i 0; i 20; i) { rt_kprintf( - read_buf[%d]: 0x%02X\n, i, read_buf[i]); } } else { LOG_E(Read command failed!); } // -------------------------------------------------------- // 第三步数据自动校验 // -------------------------------------------------------- int is_match 1; for(int i 0; i 20; i) { if(write_buf[i] ! read_buf[i]) { is_match 0; break; // 只要有一个字节对不上就判为失败 } } if(is_match) { LOG_D( Test PASS! Data matched perfectly. ); } else { LOG_E( Test FAIL! Data mismatch detected. ); } // -------------------------------------------------------- // 第四步线程挂起 (RTOS 规范) // -------------------------------------------------------- // main 本质上也是一个线程不能让它执行完退出。 // 用死循环配合延时交出 CPU 控制权给其他任务。 while (1) { rt_thread_mdelay(1000); } return RT_EOK; }采用了自动分页算法没采用自动分页前4个数据会被覆盖。如果我现在要使用硬件iic如何操作关闭软件iic进入cubemx里面配置iic配置成功之后会自动取消注释配置成功之后把void HAL_I2C_MspInit(I2C_HandleTypeDef* i2cHandle)完整的函数全部复制到board.c里面。这个函数的作用是开启 I2C1 外设时钟、配置 PB8/PB9 的复用功能为 I2C1、开启上拉电阻正好补全 RT-Thread 硬件 I2C 驱动需要的底层引脚初始化。打开board.h进行引脚修改最后一步点击清空项目然后重新编译