ARM-I2C 驱动优化与 LM75 温度传感器读取实践

1. 引言

本文围绕嵌入式开发中 I2C 驱动的两个典型优化点展开：一是兼容多字节寄存器地址的读写逻辑，二是基于 LM75 温度传感器的数据读取实现。同时补充了 ARM 平台下 FPU 使能的汇编配置，帮助读者在底层驱动开发中快速定位并解决问题。

2. 代码优化：兼容多字节寄存器地址

在 I2C 通信中，部分传感器或外设的寄存器地址不止一个字节。若驱动只按单字节地址处理，会导致高位地址丢失，从而无法正确访问目标寄存器。下面这段代码通过循环逐字节发送寄存器地址，实现多字节地址兼容。

c 复制代码

// 3. 发送要读取的内存地址
int i = reg_len - 1;
for (; i >= 0; i--)
{
    base->I2DR = (reg_addr >> (8 * i)) & 0XFF;
    status = i2c_wait_iif(base);
    if (status != 0) goto stop;
}

上述实现从最高字节开始，依次将寄存器地址的每个字节写入 I2C 数据寄存器，并在每次写入后等待传输完成。这样无论寄存器地址是 8 位、16 位还是 32 位，都能按序完整发送。

3. LM75 温度传感器读取

LM75 是一款常见的 I2C 接口数字温度传感器，温度数据存放在寄存器 0x00 中，共 2 个字节。下面给出基于 I2C 消息结构体的读取实现。

c 复制代码

float get_temp_value(void)
{
    unsigned short t = 0;
    struct I2C_Msg msg = {
        .dev_addr = 0x48,
        .reg_addr = 0x00,
        .reg_len = 1,
        .data = rcv_buffer,
        .len = 2,
        .dir = I2C_read
    };
    i2c_transfer(I2C1, &msg);
    //i2c_read(I2C1, 0x48, 0x00, 1, rcv_buffer, 2);
    t |= (rcv_buffer[0] << 8) | (rcv_buffer[1] << 0);
    t = t >> 7;
    return t * 0.5;
}

读取流程说明：

设备地址为 0x48，寄存器地址为 0x00，读取长度为 2 字节。
通过 i2c_transfer 完成一次完整的读事务。
将两个字节拼成 16 位数据后右移 7 位，得到 9 位有效温度值。
每个 LSB 对应 0.5 摄氏度，因此乘以 0.5 得到实际温度。

4. ARM 平台 FPU 使能配置

在 ARM Cortex-A 系列处理器上，若需要使用浮点运算单元（FPU），必须先完成寄存器配置。下面是一段典型的 FPU 使能汇编代码。

arm 复制代码

enable_fpu:
    // 1. 设置CPACR寄存器使能FPU访问
    mrc     p15, 0, r0, c1, c0, 2   // 读取CPACR
    orr     r0, r0, #(0xF << 20)    // 设置CP10和CP11为完全访问
    mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 2   // 写回CPACR
    // 2. 使能FPU
    mov     r0, #0x40000000         // 设置FPEXC的EN位
    vmsr    fpexc, r0               // 写入FPEXC
    // 3. 配置FPSCR
    mov     r0, #0x00000000         // 清除所有标志位
    vmsr    fpscr, r0               // 写入FPSCR
    bx      lr                      // 返回

配置步骤说明：

第一步通过 CPACR 寄存器开放 CP10 和 CP11 协处理器的完全访问权限。
第二步设置 FPEXC 的 EN 位，正式启用 FPU。
第三步清零 FPSCR 标志位，确保浮点运算从干净状态开始。

5. ADC 模拟量采集

ADC（Analog-to-Digital Converter，模拟到数字转换器）是一种电子设备或模块，用于将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，以便数字系统（如微处理器、微控制器等）能够对其进行处理和分析。这里的模拟信号是狭义的模拟信号，一般指模拟电压信号转换为数字信号。

6. 原理图与参考手册分析

IMX6ULL 的 ADC 模块集成于 SoC 内部，参考电压引脚为 ADC_VREFH。在 Mini 底板原理图中，GPIO_1 的 7 号引脚用于 ADC 输入。参考手册中 ADC1 的输入通道与 GPIO 引脚的对应关系如下：

Signal	Description	Pad	Mode	Direction
ADC_VREFH	Voltage reference high	ADC_VREFH	-	I
ADC1_IN0	Analog channel 1 input 0	GPIO1_IO00	-	I
ADC1_IN1	Analog channel 1 input 1	GPIO1_IO01	-	I
ADC1_IN2	Analog channel 1 input 2	GPIO1_IO02	-	I
ADC1_IN3	Analog channel 1 input 3	GPIO1_IO03	-	I
ADC1_IN4	Analog channel 1 input 4	GPIO1_IO04	-	I
ADC1_IN5	Analog channel 1 input 5	GPIO1_IO05	-	I
ADC1_IN6	Analog channel 1 input 6	GPIO1_IO06	-	I
ADC1_IN7	Analog channel 1 input 7	GPIO1_IO07	-	I
ADC1_IN8	Analog channel 1 input 8	GPIO1_IO08	-	I
ADC1_IN9	Analog channel 1 input 9	GPIO1_IO09	-	I

时钟源选择（ADICLK）说明：

00：IPG clock
01：IPG clock divided by 2
10：Reserved
11：Asynchronous clock（ADACK）

ADC 模块还支持自动校准功能，具体原理可阅读参考手册对应章节。

7. ADC 寄存器配置

IMX6ULL 的 ADC 相关寄存器配置要点如下：

寄存器	位域	说明	默认值
ADCx_HC0	$AIEN$ b7	转换完成中断启用/禁用控制	0
ADCx_HC0	$ADCH$ b0-b4	选择 ADC 通道，每次切换通道时会引发一次 ADC 转换	1
ADCx_HS	$COCO0$ b0	判断 ADC 转换是否完成，读 1 表示转换完成，为 0 则未完成	-
ADCx_R0	$CDATA$ b0-b11	ADC 转换完的最终结果，读低十二位	-
ADCx_CFG	$OVWREN$ b16	数据覆盖使能	0
ADCx_CFG	$AVGS$ b15-b14	硬件平均选择	00
ADCx_CFG	$ADTRG$ b13	转换触发选择	0
ADCx_CFG	$REFSEL$ b12-b11	电压参考源选择	00
ADCx_CFG	$ADHSC$ b10	高速配置	0
ADCx_CFG	$ADSTS$ b9-b8	采样时间选择	00
ADCx_CFG	$ADLPC$ b7	低功耗配置	0
ADCx_CFG	$ADIV$ b6-b5	时钟分频选择	00
ADCx_CFG	$ADLSMP$ b4	长采样时间配置	0
ADCx_CFG	$MODE$ b3-b2	转换模式选择（分辨率）	10
ADCx_CFG	$ADICLK$ b1-b0	输入时钟源选择	11
ADCx_GC	$CAL$ b7	校准启动，写 1 启动，读 0 校准完成	-
ADCx_GC	$ADCO$ b6	连续转换使能	0
ADCx_GC	$AVGE$ b5	硬件平均使能	0
ADCx_GC	$ACFE$ b4	比较功能使能	0
ADCx_GC	$ACFGT$ b3	比较功能"大于"使能	0
ADCx_GC	$ACREN$ b2	比较功能范围使能	0
ADCx_GC	$DMAEN$ b1	DMA 使能	0
ADCx_GC	$ADACKEN$ b0	异步时钟输出使能	1
ADCx_GS	$CALF$ b1	校准失败标志，0 校准成功，1 校准失败，需要写 1 清零	-

8. 光敏传感器与代码编写

光敏传感器的原理图可参考 SmartDraw 图。代码编写主要包含三个步骤：ADC 校准、采样和均值滤波。

在编写代码前，需要理解以下几个核心问题：

什么是 ADC？
什么是 ADC 的基准电压？
ADC 的工作原理是什么？
什么是 ADC 的分辨率？常见的分辨率有哪些？
假设采用 12 位分辨率，基准电压为 3.3V，量化结果为 n 时的实际电压应该如何计算？

对于最后一个问题，12 位分辨率下量化结果为 n 时，实际电压的计算公式为：实际电压 = n × 3.3V / 4096。

5. 总结

本文介绍了 I2C 驱动中多字节寄存器地址的兼容写法、LM75 温度传感器的读取流程，以及 ARM 平台 FPU 的使能方法。这些代码片段可直接用于实际驱动开发，也可作为底层调试的参考。建议读者结合具体芯片手册，进一步验证寄存器地址长度和时序配置。