I2C是一种通信协议，最初设计用于外围设备之间的板间通信，例如处理器与系统中的EEPROM通讯。如今，它还用于与传感器的短距离通信-并非设计目的，但无论如何它都能工作。维基百科上有关于I2C的说法：
I2C（集成电路间），发音为I-squared-C，是Philips半导体公司（现为NXP Semiconductors）于1982年发明的一种同步，多主机，多从机，分组交换，单端，串行通信总线。它广泛用于在板内短距离通信中将低速外围IC连接到处理器和微控制器。或者，I2C拼写为I2C（发音为I-two-C）或IIC（发音为I-I-C）。 （感谢维基百科！）
我一直在使用一些来自SparkFun的基于I2C的传感器。它们具有QWIIC连接器，可轻松从SparkFuns OpenLog Artemis与他们交谈。 OpenLog Artemis可以将传感器数据记录到SD卡，也可以将自己显示为串行设备，在串行设备中以类似CSV的格式从传感器流式传输数据。它的效果很好，我强烈推荐整个QWIIC生态系统。
有时，我需要使用一些基于FreeBSD的系统中的QWIIC传感器之一，而无需使用OpenLog Artemis。在这种情况下，我将从12月开始使用带有FreeBSD的Raspberry PI Zero（13电流）。这很容易，因为QWIIC系统只是其下面的普通I2C，因此使用其中之一将传感器直接连接到RPI的GPIO引脚很容易。
在FreeBSD领域中，我们拥有i2c（8），这是一个用于读写I2C设备的用户空间实用程序。在学习本课程中要使用的实际传感器之前，我将首先介绍基本用法。
首先，我需要一些带有I2C总线的硬件，该硬件已在FreeBSD中公开。我正在使用Raspberry PI Zero，并且I2C总线在dmesg中如下所示：
[root @ pizero1〜]＃grep I2C /var/run/dmesg.boot iicbus0：＆lt; OFW I2C总线＆gt;在iichb0上 iic0：＆lt; I2C通用I / O＆gt;。在iicbus0上 [root @ pizero1〜]＃
我连接的第一个传感器是SparkFun TMP117温度传感器。根据连接指南，此传感器的默认I2C地址为0x48，与连接硬件并使用-s标志运行i2c（8）以使其扫描I2C总线中的设备后所看到的相符：
[root @ pizero1〜]＃i2c -s 硬件可能不支持START / STOP扫描；尝试不太可靠的读取方法。 扫描/ dev / iic0上的I2C设备：48 [root @ pizero1〜]＃
连接附加传感器后，该传感器的默认I2C地址为0x60，总线扫描也可以看到该设备：
[root @ pizero1〜]＃i2c -sv 开发人员：/ dev / iic0，地址：0x0，读/写：r，偏移量：0x00，宽度：8，计数：1 硬件可能不支持START / STOP扫描；尝试不太可靠的读取方法。 扫描/ dev / iic0上的I2C设备：48 60 [root @ pizero1〜]＃
从传感器读取很简单。我指定我要使用-d r读取（表示已读取），使用-c 2读取的数据长度（表示2个字节），以及使用-a 48读取的设备地址：
[root @ pizero1〜]＃i2c -a 48 -d r -c 2 -m tr 0天67 [root @ pizero1〜]＃为true；约会； i2c -a 48 -d r -c 2 -m tr;睡1完毕 星期日十二月20 00:51:45 UTC 2020 0天67 星期日十二月20 00:51:46世界标准时间2020 0天67 星期日十二月20 00:51:48世界标准时间2020 0天66 星期日十二月20 00:51:49 UTC 2020 0天66 ^ C [root @ pizero1〜]＃
经过一番尝试和错误之后，我还添加了-m tr来将寻址模式设置为完全传输，这是该I2C总线所需的，以便使所有工作正常。
显示的读数是一个十六进制值，正好是-c 2请求的两个字节。
从该传感器读取温度时，由于温度存储在设备的第一个寄存器中，因此我无需在i2c（8）命令中添加-o来指定偏移量。如果要读取下一个寄存器（用于TMP117的寄存器是存储配置的位置），则可以使用-o 1： [root @ pizero1〜]＃i2c -a 48 -d r -c 2 -m tr -o 1 22 20 [root @ pizero1〜]＃
TMP117中的所有寄存器均为16位（或2个字节），但是I2C命令可以读取或写入任意数量的字节，只需使用-c指定宽度即可。
尝试读取比寄存器大小更多的数据只会导致返回FF字节：
[root @ pizero1〜]＃i2c -a 48 -d r -c 2 -m tr 0c bc [root @ pizero1〜]＃i2c -a 48 -d r -c 4 -m tr 0c bc ff ff [root @ pizero1〜]＃i2c -a 48 -d r -c 40 -m tr 0c bd ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff [root @ pizero1〜]＃
i2c（8）实用程序还使将值写回到设备变得容易。 TMP117传感器在寄存器2和3中具有可编程的低阈值和高阈值。第一个传感器的默认阈值为0x6000，对其进行更改与读取非常相似，不同之处在于，我们希望将字节写入stdin：
[root @ pizero1〜]＃i2c -a 48 -d r -c 2 -m tr -o 2 60 00 [root @ pizero1〜]＃echo -en＆＃34; \ x60 \ x01＆＃34; | i2c -a 48 -d w -c 2 -m tr -o 2 [root @ pizero1〜]＃i2c -a 48 -d r -c 2 -m tr -o 2 60 01 [root @ pizero1〜]＃echo -en＆＃34; \ x60 \ x00＆＃34; | i2c -a 48 -d w -c 2 -m tr -o 2 [root @ pizero1〜]＃i2c -a 48 -d r -c 2 -m tr -o 2 60 00 [root @ pizero1〜]＃
读取TMP117传感器的数据表后，我了解到温度读数以16位值的形式存储在第一个寄存器中，这意味着我对i2c（8）使用-c 2，因此它从I2c（8）读取了两个字节（16位）。传感器。
TMP117的数据表中有关于温度存储寄存器的说法：结果寄存器中的数据为二进制补码格式，数据宽度为16位，分辨率为7.8125m°C。 。
二进制补码是一种广泛使用的便捷方式，用于处理二进制中的带符号（负）数字。基本上，最高有效位用于指示紧随其后的是正数还是负数。
下表来自TMP117数据表，它以摄氏度显示一些样品温度，这些读数以十进制，两个补码二进制和十六进制表示的含义：
我在使用补码格式方面工作不多，所以我首先在Python中熟悉了它。我从SO借用了以下函数，并通过重现上表中的值开始了它：
[root @ pizero1〜]＃cat twos.py ＃！/ usr / bin / env python3 导入系统 def twos（binary_str，bytecount）： 整数= int（binary_str，字节数） bytes = integer.to_bytes（bytecount，byteorder =＆＃34; big＆＃34;，signed = False） 返回int.from_bytes（bytes，byteorder =＆＃34; big＆＃34;，signed = True） 打印（twos（sys.argv [1]，int（sys.argv [2]））） [root @ pizero1〜]＃
[root @ pizero1〜]＃echo＆＃34; $（python twos.py 1000000000000000 2）* 0.0078125＆＃34; |公元前 -256.0000000 [root @ pizero1〜]＃echo＆＃34; $（python twos.py 1111001110000000 2）* 0.0078125＆＃34; |公元前 -25.0000000 [root @ pizero1〜]＃echo＆＃34; $（python twos.py 1111111111110000 2）* 0.0078125＆＃34; |公元前 -.1250000 [root @ pizero1〜]＃echo＆＃34; $（python twos.py 1111111111111111 2）* 0.0078125＆＃34; |公元前 -.0078125 [root @ pizero1〜]＃echo＆＃34; $（python twos.py 0000000000000000 2）* 0.0078125＆＃34; |公元前 0 [root @ pizero1〜]＃echo＆＃34; $（python twos.py 0000000000000001 2）* 0.0078125＆＃34; |公元前 .0078125 [root @ pizero1〜]＃echo＆＃34; $（python twos.py 0000000000010000 2）* 0.0078125＆＃34; |公元前 .1250000 [root @ pizero1〜]＃echo＆＃34; $（python twos.py 0000000010000000 2）* 0.0078125＆＃34; |公元前 1.0000000 [root @ pizero1〜]＃echo＆＃34; $（python twos.py 0000110010000000 2）* 0.0078125＆＃34; |公元前 25.0000000 [root @ pizero1〜]＃echo＆＃34; $（python twos.py 0011001000000000 2）* 0.0078125＆＃34; |公元前 100.0000000 [root @ pizero1〜]＃echo＆＃34; $（python twos.py 0111111111111111 2）* 0.0078125＆＃34; |公元前 255.9921875 [root @ pizero1〜]＃
看起来效果很好。从读数到摄氏也很容易，我再次测试了表中的值：
[root @ pizero1〜]＃python -c＆＃39; print（round（int.from_bytes（bytearray.fromhex（＆＃34; 8000＆＃34;），byteorder =＆＃34; big＆＃34;，signed = True ）* 0.0078125，8））＆＃39; -256.0 [root @ pizero1〜]＃python -c＆＃39; print（round（int.from_bytes（bytearray.fromhex（＆＃34; F380＆＃34;），byteorder =＆＃34; big＆＃34;，signed = True ）* 0.0078125，8））＆＃39; -25.0 [root @ pizero1〜]＃python -c＆＃39; print（round（int.from_bytes（bytearray.fromhex（＆＃34; FFF0＆＃34;），byteorder =＆＃34; big＆＃34;，signed = True ）* 0.0078125，8））＆＃39; -0.125 [root @ pizero1〜]＃python -c＆＃39; print（round（int.from_bytes（bytearray.fromhex（＆＃34; FFFF＆＃34;），byteorder =＆＃34; big＆＃34;，signed = True ）* 0.0078125，8））＆＃39; -0.0078125 [root @ pizero1〜]＃python -c＆＃39; print（round（int.from_bytes（bytearray.fromhex（＆＃34; 0000＆＃34;），byteorder =＆＃34; big＆＃34;，signed = True ）* 0.0078125，8））＆＃39; 0.0 [root @ pizero1〜]＃python -c＆＃39; print（round（int.from_bytes（bytearray.fromhex（＆＃34; 0001＆＃34;），byteorder =＆＃34; big＆＃34;，signed = True ）* 0.0078125，8））＆＃39; 0.0078125 [root @ pizero1〜]＃python -c＆＃39; print（round（int.from_bytes（bytearray.fromhex（＆＃34; 0010＆＃34;），byteorder =＆＃34; big＆＃34;，signed = True ）* 0.0078125，8））＆＃39; 0.125 [root @ pizero1〜]＃python -c＆＃39; print（round（int.from_bytes（bytearray.fromhex（＆＃34; 0080＆＃34;），byteorder =＆＃34; big＆＃34;，signed = True ）* 0.0078125，8））＆＃39; 1.0 [root @ pizero1〜]＃python -c＆＃39; print（round（int.from_bytes（bytearray.fromhex（＆＃34; 0C80＆＃34;），byteorder =＆＃34; big＆＃34;，signed = True ）* 0.0078125，8））＆＃39; 25.0 [root @ pizero1〜]＃python -c＆＃39; print（round（int.from_bytes（bytearray.fromhex（＆＃34; 3200＆＃34;），byteorder =＆＃34; big＆＃34;，signed = True ）* 0.0078125，8））＆＃39; 100.0 [root @ pizero1〜]＃python -c＆＃39; print（round（int.from_bytes（bytearray.fromhex（＆＃34; 7FFF＆＃34;），byteorder =＆＃34; big＆＃34;，signed = True ）* 0.0078125，8））＆＃39; 255.9921875 [root @ pizero1〜]＃
这意味着可以像这样从传感器获取读数并将其转换为摄氏温度：
[root @ pizero1〜]＃i2c -a 48 -d r -c 2 -m tr 0分81分 [root @ pizero1〜]＃python -c＆＃34; print（round（int.from_bytes（bytearray.fromhex（＆＃39; 0c 81＆＃39;），byteorder =＆＃39; big＆＃39;，signed =是的）* 0.0078125，8））＆＃34; 25.0078125 [root @ pizero1〜]＃
PI Zero价格便宜，并且与TMP117一起，您还可以使用基于FreeBSD的出色的高精度温度测量设置，价格约为160-丹麦克朗（仅20欧元以上）。
由于QWIIC传感器可以通过菊花链连接，因此可以通过更多传感器轻松扩展设置，以测量更多东西。如果解释数据非常棘手，则大多数传感器都具有现有的高质量Arduino库（TMP117也不例外）。
下一步是看看如何在SparkFuns Qwiic_Py Python软件包中获得FreeBSD支持，这需要在Qwiic_I2C_Py中获得FreeBSD支持，而这又取决于在smbus2中获得FreeBSD支持。 我最近注册了Github赞助商，这意味着现在可以很容易地赞助我和我的工作。如果这篇文章或我的其他著作，软件或服务对您有帮助，那么您可以考虑成为赞助商。