在用户空间访问 I2C 从设备 | 立创开发板技术文档中心

Linux 内核提供了 i2c-dev 驱动，允许用户空间程序通过 /dev/i2c-X 字符设备节点直接访问 I2C 总线上的从设备。这对于简单的传感器读取、EEPROM 读写或设备调试非常方便，无需编写专用的内核驱动。

1. 确认环境

首先，确保内核已加载 i2c-dev 模块，并且可以看到对应的设备节点。

bash

# 查看 I2C 设备节点
ls /dev/i2c*
# 输出示例: /dev/i2c-0  /dev/i2c-1  /dev/i2c-2 ...

如果看不到节点，可能需要手动加载模块：

bash

modprobe i2c-dev

2. 编程步骤

在用户空间操作 I2C 设备主要遵循以下步骤：

打开设备：open 对应的 I2C 总线节点（如 /dev/i2c-1）。
设置从机地址：使用 ioctl 的 I2C_SLAVE 或 I2C_SLAVE_FORCE 命令。
数据传输：
- 简单读写：使用 read / write 系统调用。
- SMBus 协议：使用 i2c_smbus_* 系列函数（推荐，兼容性更好）。
- 原始 I2C 消息：使用 ioctl 的 I2C_RDWR 命令（最灵活，支持混合读写）。
关闭设备：close。

3. 示例代码：读取寄存器

以下是一个简单的 C 语言示例，演示如何读取一个 I2C 设备的寄存器。

3.1 使用 read/write 接口

这种方式适用于简单的“写地址-读数据”模式，但不如 SMBus 接口标准。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/i2c-dev.h>

#define I2C_DEV_PATH "/dev/i2c-1"
#define SLAVE_ADDR   0x50  // 示例：EEPROM 地址

int main() {
    int fd;
    char buf[10];

    // 1. 打开 I2C 总线
    if ((fd = open(I2C_DEV_PATH, O_RDWR)) < 0) {
        perror("Failed to open i2c bus");
        exit(1);
    }

    // 2. 设置从机地址
    if (ioctl(fd, I2C_SLAVE, SLAVE_ADDR) < 0) {
        perror("Failed to set slave address");
        close(fd);
        exit(1);
    }

    // 3. 写寄存器地址 (例如读取 0x10 地址的数据)
    buf[0] = 0x10;
    if (write(fd, buf, 1) != 1) {
        perror("Failed to write register address");
        close(fd);
        exit(1);
    }

    // 4. 读取数据
    if (read(fd, buf, 1) != 1) {
        perror("Failed to read data");
        close(fd);
        exit(1);
    }

    printf("Read data: 0x%02x\n", (unsigned char)buf[0]);

    close(fd);
    return 0;
}

3.2 使用 ioctl I2C_RDWR (推荐)

I2C_RDWR 允许在一个系统调用中执行多次传输（例如：先写寄存器地址，紧接着读取数据，中间不释放总线），这对于多主设备环境或对时序敏感的设备更安全。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/i2c-dev.h>

#define I2C_DEV_PATH "/dev/i2c-1"
#define SLAVE_ADDR   0x50

int main() {
    int fd;
    struct i2c_rdwr_ioctl_data packets;
    struct i2c_msg messages[2];
    unsigned char reg_addr = 0x10;
    unsigned char data;

    fd = open(I2C_DEV_PATH, O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        perror("Open");
        return -1;
    }

    // 构造消息 1: 发送寄存器地址
    messages[0].addr  = SLAVE_ADDR;
    messages[0].flags = 0; // 写
    messages[0].len   = 1;
    messages[0].buf   = &reg_addr;

    // 构造消息 2: 读取数据
    messages[1].addr  = SLAVE_ADDR;
    messages[1].flags = I2C_M_RD; // 读
    messages[1].len   = 1;
    messages[1].buf   = &data;

    // 构造 ioctl 数据包
    packets.msgs  = messages;
    packets.nmsgs = 2;

    // 发送
    if (ioctl(fd, I2C_RDWR, &packets) < 0) {
        perror("I2C_RDWR");
        close(fd);
        return -1;
    }

    printf("Read 0x%02x from reg 0x%02x\n", data, reg_addr);

    close(fd);
    return 0;
}

4. 常用工具

除了编写 C 代码，还可以使用 i2c-tools 软件包中的命令行工具进行快速调试：

i2cdetect -y <bus>：扫描总线上的设备。
i2cget -y <bus> <chip-addr> <data-addr>：读取寄存器。
i2cset -y <bus> <chip-addr> <data-addr> <value>：写入寄存器。
i2cdump -y <bus> <chip-addr>：导出所有寄存器值。

详见 I2C 调试工具。

5. 注意事项

地址格式：Linux I2C 地址通常使用 7 位地址（不包含读写位）。例如，数据手册上写读地址 0xA1、写地址 0xA0，则 Linux 下地址为 0x50 (0xA0 >> 1)。
独占访问：如果内核中已经有特定的驱动占用了该设备（probe 成功），i2c-dev 可能会被禁止访问，或者 I2C_SLAVE 设置会失败（提示 Device or resource busy）。此时可以使用 I2C_SLAVE_FORCE 强制访问，但需自行承担风险。
字节序：注意多字节数据的字节序（大小端）问题，通常 I2C 设备是 Big-Endian 或 Little-Endian，需要查阅手册。

1. 确认环境 ​

2. 编程步骤 ​

3. 示例代码：读取寄存器 ​

3.1 使用 read/write 接口 ​

3.2 使用 ioctl I2C_RDWR (推荐) ​

4. 常用工具 ​

5. 注意事项 ​