Physical Computing (特に Intel Edison) における I2C による通信について（その3）

　前回 Physical Computing (特に Intel Edison) における I2C による通信について（その2）として，Linux での I2C 通信の例について書いた。 今回はその続きで，mraa ライブラリでの I2C 通信について書いてみよう。
　項目番号は前回からの続きということで (7) から始まる。

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(7) mraa ライブラリでの I2C 通信：Linux の実装における SMBus 通信を使った I2C 通信（書込み）
　　次に mraa ライブラリでの I2C 通信の処理について見てみよう。 mraa ライブラリでは I2C 通信は，mraa/src/i2c/i2c.c に記載されている。 そこでは，SMBus 通信を使って I2C 通信を行っている。以下具体的に見てみよう。

　まずは書込みルーチンについて見てみよう。 下記に mraa/src/i2c/i2c.c の中の書込みルーチンのうちの2個を載せておく。

mraa_result_t mraa_i2c_write_byte(mraa_i2c_context dev, const uint8_t data)
{
  if (mraa_i2c_smbus_access(dev->fh, I2C_SMBUS_WRITE, data, I2C_SMBUS_BYTE, NULL) < 0) {
    syslog(LOG_ERR, "i2c: Failed to write");
    return MRAA_ERROR_INVALID_HANDLE;
  }
  return MRAA_SUCCESS;
}

mraa_result_t mraa_i2c_write_byte_data(mraa_i2c_context dev, const uint8_t data, const uint8_t command)
{
  i2c_smbus_data_t d;
  d.byte = data;
  if (mraa_i2c_smbus_access(dev->fh, I2C_SMBUS_WRITE, command, I2C_SMBUS_BYTE_DATA, &d) < 0) {
    syslog(LOG_ERR, "i2c: Failed to write");
    return MRAA_ERROR_INVALID_HANDLE;
  }
  return MRAA_SUCCESS;
}

　これらは共に SMBus を使った I2C 機器への書込み処理を表している。 どちらも mraa_i2c_smbus_access ルーチンを使っている。 違いは，mraa_i2c_write_byte_data ルーチンの方は command と &d の2つある部分が，mraa_i2c_write_byte ルーチンの方は command の代わりに data 1個のみになり，&d の部分は NULL となっている。 また，第4引数が「I2C_SMBUS_BYTE」と「I2C_SMBUS_BYTE_DATA」で異なっている。 これは含まれるデータの数を表しており，/usr/include/linux/i2c-dev-user.h の中で定義されている。

　そこで，上記2ルーチンの中で使われている mraa_i2c_smbus_access ルーチンについて見てみよう。 これは mraa/src/i2c/i2c.c の中のはじめの方に記載がある。 ここでは mraa_i2c_smbus_access ルーチン内で使われる i2c_smbus_ioctl_data_t 型についての定義も載せておく。

typedef struct i2c_smbus_ioctl_data_struct
{
  uint8_t read_write;     ///< operation direction
  uint8_t command;        ///< ioctl command
  int size;               ///< data size
  i2c_smbus_data_t *data; ///< data
} i2c_smbus_ioctl_data_t;

int mraa_i2c_smbus_access(int fh, uint8_t read_write, uint8_t command, int size, i2c_smbus_data_t *data)
{
  i2c_smbus_ioctl_data_t args;

  args.read_write = read_write;
  args.command = command;
  args.size = size;
  args.data = data;

  return ioctl(fh, I2C_SMBUS, &args);
}

　mraa_i2c_smbus_access ルーチンでは，最後に ioctl を呼び出しているが，第2引数が I2C_SMBUS となっており，SMBus を使った書込みということを示している。 また，送り出すデータの構造体は，I2C_RDWR を使う場合とは異なってる。 その構造体 i2c_smbus_ioctl_data_t は，
　　　・read_write
　　　・command
　　　・size
　　　・*data
から成っている。 read_write は書込みか，読込みかの方向を表している。 command はスレーブ機器へのコマンドであり，内部レジスタがある場合は内部レジスタを示すと考えれば良い。 もし内部レジスタの指定がなく，1バイトのみを書込みたい時には，この command の部分にデータを入れれば良い事になる。 size はデータサイズであり，最後に書込みデータがある。

　ここで気になるのが，この i2c_smbus_ioctl_data_t 型の中にはスレーブアドレスを入れる部分がない，という点である。 実は，スレーブアドレスの指定は，この mraa_i2c_smbus_access ルーチンを呼び出す直前に別ルーチンを呼び出すことで行う。具体的には，以下のようにして書込みを行う。

mraa_i2c_address(i2c, HMC5883L_I2C_ADDR);     // スレーブアドレス指定
mraa_i2c_write_byte(i2c, HMC5883L_DATA_REG);  // 書込み処理

　ここで，mraa_i2c_address ルーチンがスレーブアドレスの指定を行うルーチンである。 つまり SMBus を使う手順では，まず，受け取るスレーブ機器のアドレスを指定し， その直後に対象となるスレーブ機器に対してデータのやりとりをする，という感じである。
　言い換えると，I2C では送受信するデータの先頭にアドレスをくっつけるが， Linux の実装の SMBus 通信では受取側アドレスの指定とデータの送受信が別個になっている。

　せっかくなので，mraa/src/i2c/i2c.c の中の別の書込みチールンを書いておこう。

mraa_result_t mraa_i2c_write(mraa_i2c_context dev, const uint8_t* data, int length)
{
  i2c_smbus_data_t d;
  int i;
  uint8_t command = data[0];

  data = &data[1];
  length = length-1;
  if (length > I2C_SMBUS_I2C_BLOCK_MAX) {
    length = I2C_SMBUS_I2C_BLOCK_MAX;
  }

  for (i=1; i<=length; i++) {
    d.block[i] = data[i-1];
  }
  d.block[0] = length;

  return mraa_i2c_smbus_access(dev->fh, I2C_SMBUS_WRITE, command, I2C_SMBUS_I2C_BLOCK_DATA, &d);
}

　このルーチンは data 配列を書き込むのだが，内部レジスタがある場合は，data 配列の先頭 data[0] に内部レジスタを入れ，その後に書き込むデータを入れたものを data として渡すようになっている。 しかし，ルーチンの中ではわざわざ data[0] を取り出して，mraa_i2c_smbus_access ルーチンに渡している…。 なんかいまいちな感じやなぁ…。

　このルーチンを使った例は以下のようになる。

mraa_i2c_address(i2c, HMC5883L_I2C_ADDR);  // スレーブアドレス指定
rx_tx_buf[0] = HMC5883L_MODE_REG;   // 内部レジスタの指定
rx_tx_buf[1] = HMC5883L_CONT_MODE;  // 書込みたいデータ
mraa_i2c_write(i2c, rx_tx_buf, 2);  // 書込み処理

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(8) mraa ライブラリでの I2C 通信（読込み）
　　mraa ライブラリでの I2C の読込みルーチンは書込みルーチンとほぼ同じであり， 特に説明の必要はないと思う。 是非，自分で mraa/src/i2c/i2c.c を読んでみて欲しい。 例えば，
　　　・mraa_i2c_read_byte(mraa_i2c_context dev)：dev というファイルハンドラを持つデバイスから1バイト読み込む
　　　・mraa_i2c_read_byte_data(mraa_i2c_context dev, uint8_t command)：dev に command を書き込んでから1バイト読み出す。
　　　　　　　　　　　内部レジスタがある場合は，command の部分に内部レジスタ番号を書き込めばよい。
　　　・mraa_i2c_read_word_data(mraa_i2c_context dev, uint8_t command)：command の後に dev から2バイト（1ワード）読み込む。
などがある。

　多少，趣きが異なる読込みルーチンとして，
　　　・mraa_i2c_read_bytes_data(mraa_i2c_context dev, uint8_t command, uint8_t* data, int length)
がある。これは，I2C_RDWR を使った読み書きのところに書いた「読込みルーチン」とほぼ同じ処理をしている。 つまり，内部レジスタ指定のために1バイトのデータを書込み，通信を切らないままデータを読込む，というルーチンである。 上記に示したルーチンとの違いは，1バイトや1ワードにかぎらず，もっと長いデータも読み込めるルーチン，という点である。

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（注意）libmraa0 の ver. 0.6.1には，この mraa_i2c_read_bytes_data ルーチンは含まれていない。 github の mraa の commmit 情報を見ると，このルーチンは 2015/3/4 に追加されている。 しかし libmraa0 の v 0.6.1 のリリースは 2015/2/27 であり，この追加はまだ反映されていない。 今後のリリースで反映されるものと思われる。

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（追記） 2015/4/14 付で libmraa0 が ver. 0.6.2 にバージョンアップされていた。 この ver. 0.6.2 には上記の mraa_i2c_read_bytes_data ルーチンが含まれている。

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