JAVA操作英創(chuàng)主板I2C接口簡介
2017年9月，英創(chuàng)在Linux的文件系統(tǒng)中移植了針對嵌入式Linux的JRE（Java Runtime Environment），能夠支持Java應(yīng)用程序的運行。由于Java語言不能直接訪問硬件資源，英創(chuàng)提供了Java硬件支持包，主要支持的工控接口有：以太網(wǎng)、串口、CAN、GPIO、SPI、I2C、RTC等。本文主要介紹使用Java語言調(diào)用英創(chuàng)Java硬件支持包，操作英創(chuàng)主板I2C接口的過程。
1、I2C簡介
I2C（Inter-Integrated Circuit）總線是一種2線制（串行數(shù)據(jù)SDA、串行時鐘頻率SCL）的主從通訊協(xié)議，主要運用于器件之間的數(shù)據(jù)通訊。SDA和SCL雙向漏極開路（Open Drain）并利用電阻將電位上拉，同一個I2C總線上可以掛載多個I2C設(shè)備，如下圖所示。
圖1 I2C掛載設(shè)備示意圖
圖2 I2C時序圖
I2C總線是電平有效，在SCL信號為高電平的時候采樣SDA信號。如上圖所示，其通信過程為：SDA從1變動到0，而SCL還是1時，表示開始數(shù)據(jù)傳輸。接下來的7位，就是設(shè)備的地址。緊接著的是讀寫標(biāo)志，其為1時是讀取，為0則是寫。如果I2C總線上存在著和請求的地址相對應(yīng)的設(shè)備，則從設(shè)備會發(fā)送一個ACK信號通知主設(shè)備，可以發(fā)送數(shù)據(jù)了。接到ACK信號后，主設(shè)備則發(fā)送一個8位的數(shù)據(jù)，然后等待ACK。當(dāng)傳輸完畢之后，SCL保持為1，SDA從0變換到1時，表明傳輸結(jié)束。
2、I2C傳輸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
英創(chuàng)提供的I2C傳輸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)源文件為emtronix.hardware.I2CParam.java。每一個I2CParam類實例代表一次I2C通信，其主要成員變量如下所示：
public class I2CParam {
public byte SlaveAddr; //I2C從設(shè)備地址
public char RegAddr; //要訪問的I2C從設(shè)備寄存器地址
public byte[] Databuf; //寫入/讀出的數(shù)據(jù)緩存
}
其中，SlavaAddr是要訪問的從設(shè)備的地址，RegAddr是要訪問的從設(shè)備的寄存器地址，Databuf是用戶申請好的緩存區(qū)域，讀寫的長度由此緩存區(qū)域的長度（Databuf.length）決定。
3、I2C傳輸接口函數(shù)
英創(chuàng)提供的I2C傳輸接口源文件為emtronix.hardware.I2C.java。用戶在實例化I2C類后可以調(diào)用Open、Read、Write、Close對I2C硬件接口進行操作。I2C類的具體信息如下，其中mFd為設(shè)備描述符，用戶不用設(shè)置，由接口函數(shù)自動修改。
public class I2C {
private int mFd;
public I2C() {
mFd = -1;
}
public void info() {
System.out.println("mfd " + mFd);
}
/**
* 打開/dev/i2c-0設(shè)備
* @return 成功返回非負設(shè)備描述符；失敗返回-1
*/
public native int Open();
/**
* 從I2C總線發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，從設(shè)備的地址和寄存器地址由i2cparam指定
* @param i2cparam 指定發(fā)送從設(shè)備的地址和寄存器地址，以及攜帶的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)長度由i2cParam.DataBuf.length決定
* @return 成功返回非負；失敗返回-1
*/
public native int Write(I2CParam i2cparam);
/**
* 從I2C總線讀一幀數(shù)據(jù)，從設(shè)備地址和寄存器地址由i2cparam指定
* @param i2cparam 指定發(fā)送從設(shè)備的地址和寄存器地址，以及攜帶的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)長度由i2cParam.DataBuf.length決定
* @return 成功返回非負；失敗返回-1
*/
public native int Read(I2CParam i2cparam);
/**
* 關(guān)閉I2C設(shè)備
* @return 成功返回0；失敗返回-1
*/
public native int Close();
}
4、I2C從設(shè)備（鍵盤）程序
測試SPI接口的時候可以直接將MISO和MOSI短接就可以測試發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，但I2C的測試不能，需要連接到真正的I2C從設(shè)備，根據(jù)其工作時序，完成I2C通信的測試。這里選擇英創(chuàng)ETA202 I2C鍵盤擴展模塊。英創(chuàng)已經(jīng)封裝好了一個I2CKeypad.java類，對外提供OpenKeypad、ReadKeypad、CloseKeypad等接口來操作I2C鍵盤。這些接口的內(nèi)部實現(xiàn)是通過I2C類的接口函數(shù)來完成對I2C鍵盤的操作。I2CKeyPad類的OpenKeypad接口主要內(nèi)容如下：
public int OpenKeypad()
{
I2CParam i2cparam = new I2CParam();
......
mI2C = new I2C();
mIrq = new IRQ();
//1. open i2c bus
if(mI2C.Open() < 0)
{
System.out.println("I2C open failed\n");
return -1;
}
// 2. config tca8418
i2cparam.SlaveAddr = TCA8418_ADDR;
for(i=0;i<TCA8418Config.length;i++) {
i2cparam.RegAddr = (char) (TCA8418Config[i].ControlReg & 0x0ffff);
i2cparam.Databuf = new byte[1];
i2cparam.Databuf[0] = TCA8418Config[i].Command;
if(mI2C.Write(i2cparam) < 0) {
System.out.println("I2C write failed\n");
return -1;
}
}
//3. open irq1
if(mIrq.Open("/dev/esm6800_irq1") < 0) {
System.out.println("can not open irq");
return -1;
}
...
//4. 開啟中斷處理線程
scanThread = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
mIrq.setTimeout(1000);
while(!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
if(mIrq.WaitForIrq()>0) {
KeyScan();
}
}
System.out.println("scanThread exit");
}
});
scanThread.start();
}
I2CKeypad類在OpenKeyPad接口中使用I2C的Write接口對鍵盤掃描芯片tca8418進行了初始化設(shè)置，并開啟了監(jiān)聽中斷處理線程。中斷處理線程中的KeyScan函數(shù)調(diào)用了I2C的Read接口去讀取事件信息，更新按鍵值。tca8418的各個寄存器功能，請參考模塊ETA202中的數(shù)據(jù)手冊。I2CKeypad類具體實現(xiàn)請結(jié)合tca8418的數(shù)據(jù)手冊參考源碼。
5、I2C鍵盤測試程序
I2C傳輸接口中操作I2C的接口函數(shù)聲明都有native的前綴，表明其實現(xiàn)部分在本地的庫當(dāng)中。英創(chuàng)將所有英創(chuàng)主板的硬件接口訪問函數(shù)的實現(xiàn)部分編譯成了動態(tài)鏈接庫libemtronixhardware.so，放在了文件系統(tǒng)/lib目錄下。
在編寫I2C傳輸主程序的時候，首先需要加載該庫，如下所示：
public class testI2CMain {
static {
System.loadLibrary("emtronixhardware");
}
public static void main(String[] args) {
...
}
}
然后，就可以在main函數(shù)中實例化I2CKeypad類，先調(diào)用OpenKeypad接口初始化鍵盤，接著可調(diào)用I2CKeypad的ReadKeypad接口讀取按鍵信息：
public static void main(String[] args) {
I2CKeypad pad = new I2CKeypad();
int i1 = pad.OpenKeypad();
int key;
if(i1 < 0)
{
System.out.println("open keypad failed");
return;
}
for(i1 = 0; i1 < 10; ) {
key = pad.ReadKeypad();
if(key > 0) {
i1++;
System.out.println("-----key: 0x" + Integer.toHexString(key));
}
}
pad.CloseKeypad();
return ;
}
6、I2C鍵盤測試程序運行結(jié)果
運行I2C傳輸Java主程序需要把編譯結(jié)果bin文件中的所有目錄文件拷貝到主板/mnt/nandflash，或者通過nfs掛載到主板/mnt/nfs目錄下。然后，使用“java 包名.類名”運行，如下圖所示：
圖2 運行I2C鍵盤測試程序
以上就是使用Java操作英創(chuàng)主板I2C接口的介紹，感興趣的客戶可以通過電話或者郵件聯(lián)系英創(chuàng)工程師。我們將提供Java示例程序源碼供客戶參考。