在Linux系统中，IIC开发通常涉及到驱动开发，课程中不讲驱动开发，因为驱动开发是基于Linux系统开发之上的，没个三五年的Linux应用开发，直接去研究驱动开发是不合适的，就算能学会，写出的驱动也是很残疾的。而对于有三五年嵌入式Linux系统开发经验的人来说，学习IIC驱动开发也没必要用学这节课程。所以，这节课的目标是教会大家在Linux C++环境中编程实现IIC通信和读写外设寄存器。2，使用C++编程进行IIC通信，读写时钟芯片寄存器。I2C在硬件上的接法如下所示，主控芯片引出两条线SCL,SDA线，在一条I2C总线上可以接很多I2C设备。I2C协议中数据传输的单位是字节，也就是8位。但是要用到9个时钟：前面8个时钟用来传输8数据，第9个时钟用来传输回应信号。传输时，先传输最高位(MSB)。
开始信号（S）：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号（P）：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
响应信号(ACK)：接收器在接收到8位数据后，在第9个时钟周期，拉低SDA。
SDA上传输的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定，SDA上的数据只能在SCL为低电平期间变化。
协议简单介绍，理论知识太多，大家自己查阅，而且在Linux系统中对IIC编程也无需那么多理论，驱动都帮我们做好了。但是为了面试的时候显得我们非常很专业，建议大家有空看一看IIC的理论知识。从原理图上我们可以看到 8563 芯片挂载在IIC3上。而在系统中时钟设备通常命名为RTC，从RTC0开始依次多个时钟设备命名依次递增。不带数字的rtc是总节点，一个带数字的就是一个设备节点，比如我们的系统中有一个rtc0就代表有一个时钟模块。但是我们要学习IIC通信，这个rtc0的意义是能帮我们确定有一个时钟模块，并且在IIC3上成功挂载。实际用不到这个rtc0，而且它还碍事。我们Linux C++ 编程操作IIC设备用的是i2c-3设备。根据上图的rtc0可以确认时钟模块成功挂载，结合原理图确定它在IIC3上，所以接下来我们编程使用 i2c-3 这个设备。
I2C读写通用流程就像你要寄信给大楼里的某个房间（Slave Device），并且要在房间里存/取东西（Register）
无论读写什么寄存器，前几步都是固定的：
打开I2C总线设备文件 (open)
指定从设备地址 (ioctl)
发起通信（组合使用 write/ read）
第一步：打开I2C总线设备文件 (open)
int i2c_fd;// O_RDWR 表示以读写方式打开i2c_fd = open("/dev/i2c-2", O_RDWR);if (i2c_fd < 0) { perror("open failed"); return -1;}
第二步：指定从设备地址 (ioctl)
因为IIC是总线型的，可以挂多个设备，通过设备地址区分，有点像一个路由器下连了4台电脑，每台电脑通过IP地址最后的主机号区分彼此一样。这里有个条件就是从设备地址，而IIC设备的地址是模块厂商提供的，一般网上可以查到，手册中也可以查到。我们百度一下PCF8563的设备地址：
百度提供了 0x51，我们再到系统中确认一下是不是有0x51这个设备，而且是在I2C3这个总线上。
现在我们已经确定I2C-3上挂了两个模块。一个rtc-pcf8563时钟模块，根据rtc@51 可以知道地址是51。另一个设备 qmi8658 地址是6b，一个姿态传感器，也就是陀螺仪和加速器。
再用一个魔性点的方法：i2cdetect -y 3
行列的交叉点就是设备地址，同样可以得到 51 、6b两个设备地址。
设备地址确认完毕，写代码：
// PCF8563_I2C_ADDR = 0x51if (ioctl(i2c_fd, I2C_SLAVE, PCF8563_I2C_ADDR) < 0) { perror("ioctl I2C_SLAVE failed"); close(i2c_fd); return -1;}
第三步：读写操作
I2C设备的寄存器访问模型通常是：先写寄存器地址，再读/写数据。
写寄存器（例如设置时间）我们需要告诉芯片“往哪个寄存器（Register Address）里写什么值”。
逻辑流程：
发送一个字节：目标寄存器地址（例如 0x02是秒寄存器）。
紧接着发送一个或多个字节：要写入的数据。
uint8_t buffer[2];buffer[0] = 0x02; // 寄存器地址：Secondsbuffer[1] = 0x58; // 数据：假设设置秒为58（BCD码）// write函数会发送：S -> Addr+W -> 0x02 -> 0x58 -> Pif (write(i2c_fd, buffer, 2) != 2) { perror("write failed");}
write调用触发了如下的I2C时序：
1.Start (S)：主机拉低SDA。
2.Address + Write (Addr+W)：主机发送 0x51 << 1 | 0(即 0xA2)。
3.ACK：PCF8563回复ACK。
4.Register Address：主机发送 0x02（告诉芯片我要操作秒寄存器）。
5.ACK：PCF8563回复ACK。
6.Data：主机发送 0x58（写入数据）。
7.ACK：PCF8563回复ACK。
8.Stop (P)：主机发出停止信号。
这里有人会有疑问，串口、网络等等的通信都是write，都这么触发吗？不会的，write函数会根据fd的特征来判断如何写的，所以这个fd看似一个简单的int型，实际不简单。
读取一个寄存器也是这样先打招呼的形式，先write一个地址告诉对方我要读谁，读多少，然后再读。
原理大概就介绍这么多，上代码：
创建一个C++项目 cpp_i2cRTC，添加一个类 Class_i2cRTC。
class_i2crtc.h
#ifndef CLASS_I2CRTC_H#define CLASS_I2CRTC_H#include<linux/i2c-dev.h>#include<fcntl.h>#include<unistd.h>#include<cstdint>#include<cstring>// PCF8563 的 I2C 器件地址（7bit）#define PCF8563_ADDR 0x51// 寄存器地址#define REG_SECONDS 0x02#define REG_MINUTES 0x03#define REG_HOURS 0x04#define REG_DAYS 0x05#define REG_MONTHS 0x07#define REG_YEARS 0x08class Class_i2cRTC{public: Class_i2cRTC(); ~Class_i2cRTC() { if (fd >= 0) close(fd); } // 打开 I2C 总线并设置从机地址 intiniti2cRTC(constchar* dev); // 设置时间：年(2000~2099)、月、日、时、分、秒 intsetTime(uint8_t year, uint8_t month, uint8_t day, uint8_t hour, uint8_t minute, uint8_t second ); // 读取时间 intgetTime(uint8_t &year, uint8_t &month, uint8_t &day, uint8_t &hour, uint8_t &minute, uint8_t &second );private: int fd; // I2C 设备文件描述符};#endif// CLASS_I2CRTC_H
class_i2crtc.cpp
#include"class_i2crtc.h"#include<iostream>#include<unistd.h>#include<sys/ioctl.h>using namespace std;// 十进制转 BCD（PCF8563 使用 BCD 格式）uint8_tdec2bcd(uint8_t d){ return ((d / 10) << 4) | (d % 10);}// BCD 转十进制uint8_tbcd2dec(uint8_t b){ return ((b >> 4) * 10) + (b & 0x0F);}Class_i2cRTC::Class_i2cRTC() { fd = -1;}intClass_i2cRTC::initi2cRTC(constchar* dev){ // 1. 打开 I2C 总线设备 fd = open(dev, O_RDWR); if (fd < 0){ std::cerr << "打开 I2C 总线设备失败" << std::endl; return -1; } // 2. 设置 PCF8563 的 I2C 从地址 if (ioctl(fd, I2C_SLAVE, PCF8563_ADDR) < 0) { std::cerr << "设置 PCF8563 的 I2C 从地址失败" << std::endl; close(fd); return -1; } return 1;}intClass_i2cRTC::setTime(uint8_t year, uint8_t month, uint8_t day, uint8_t hour, uint8_t minute, uint8_t second){ uint8_t buf[8]; //第一个字节：寄存器起始地址（秒寄存器） buf[0] = REG_SECONDS; //依次填充时间数据（BCD 格式） buf[1] = dec2bcd(second) & 0x7F; // VL 位清 0 buf[2] = dec2bcd(minute) & 0x7F; buf[3] = dec2bcd(hour) & 0x3F; // 24小时制 buf[4] = dec2bcd(day) & 0x3F; buf[5] = 0x00; // 星期，不使用 buf[6] = dec2bcd(month) & 0x1F; // 世纪位默认 20xx buf[7] = dec2bcd(year); //一次性写入：START → ADDR → REG → DATA... → STOP if (write(fd, buf, sizeof(buf)) != sizeof(buf)) { cout<<"write time to rtc faild"<<endl; return -1; } else { std::cout << "设置时间成功哦" << std::endl; } return 1;}intClass_i2cRTC::getTime(uint8_t &year, uint8_t &month, uint8_t &day, uint8_t &hour, uint8_t &minute, uint8_t &second){ uint8_t reg = REG_SECONDS; //先写寄存器地址（告诉芯片从秒寄存器开始读） if (write(fd, ®, 1) != 1) { return -1; } uint8_t buf[7]; //连续读取 7 个寄存器（秒~年） if (read(fd, buf, 7) != 7) { return -1; } //BCD 转十进制 second = bcd2dec(buf[0] & 0x7F); minute = bcd2dec(buf[1] & 0x7F); hour = bcd2dec(buf[2] & 0x3F); day = bcd2dec(buf[3] & 0x3F); month = bcd2dec(buf[5] & 0x1F); year = bcd2dec(buf[6]); return 1;}
main.cpp
#include<iostream>#include<iomanip>#include"class_i2crtc.h"using namespace std;intmain(){ cout << "Hello i2c RTC !" << endl; Class_i2cRTC i2crtc; if (i2crtc.initi2cRTC("/dev/i2c-3") < 0) { std::cerr << "无法打开 /dev/i2c-3" << std::endl; return -1; } else { // 设置时间（2036-12-31 13:14:21） i2crtc.setTime( 36, // 年（2000~2099） 12, // 月 31, // 日 13, // 时 14, // 分 21 // 秒 ); } // 3. 读取时间 uint8_t year, month, day, hour, minute, second; if (i2crtc.getTime(year, month, day, hour, minute, second) < 0) { std::cerr << "读取时间失败" << std::endl; return -1; } else { std::cout << "读取到的 RTC 时间：" << std::endl; std::cout << "20" << std::setw(2) << std::setfill('0') << (int)year << "-" << std::setw(2) << (int)month << "-" << std::setw(2) << (int)day << " " << std::setw(2) << (int)hour << ":" << std::setw(2) << (int)minute << ":" << std::setw(2) << (int)second <<endl<<endl; } std::cout <<endl; return 0;}
在上面的截图中我们看到了 /dev/rtc0说明内核中驱动使用了时钟芯片并为它生成了设备节点，我们用户态的代码会因此没有权限操作这个模块，所以需要临时解除占用：echo 3-0051 | tee /sys/bus/i2c/drivers/rtc-pcf8563/unbind
echo 3-0051 | tee /sys/bus/i2c/drivers/rtc-pcf8563/bind
😊这节课是为了学习IIC通信才这么折腾时钟芯片，正常在C++编程的时候，时间操作还是用time相关的函数。时钟操作还是要用系统的 hwclock命令。课程都要写完了，还不关注一下？马上开实训班了哦 👨🎓👨🏫👨🎓
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