I²C je velmi rozšířená sběrnice vhodná pro připojování nejrůznějších čidel na krátké vzdálenosti. Avšak není obvyklé, aby byla vyvedena na běžných počítačích a dostupná tak k přímému použití. ¹⁾

Modul se proto snaží řešit tento problém použitím obvodu Silicon Labs CP2112, který je přímým převodníkem mezi USB a SMBus resp. I2C.

Modul se po připojení k USB chová, jako standardní HID zařízení. Toto chování má výhodu, že teoreticky nepotřebuje žádné speciální ovladače. A s modulem lze komunikovat přímo přes standardní USB HID rozhraní. Některé operační systémy však obsahují programové vybavení pro použití sběrnice I2C/SMBus. V takových případech je výhodné nahradit generický USB HID ovladač speciálním driverem, který tento modul zapojí do systémové sběrnice I2C.

HIDAPI je platforma, přes kterou se dá k převodníku přistupovat z Linuxu, Windows nebo MAC OS na různých procesorových platformách. Podmínkou je, že na dané platformě je nainstalováno libusb-1.0.

Na počítač, ke kterému převodník připojíme, musíme nejdříve nainstalovat hidapi a některé další balíky. Od Ubuntu 14.04 to jde jednoduše pomocí:

sudo apt-get install libudev-dev libusb-1.0-0-dev libhidapi-dev python-setuptools python-smbus cython 

Dále pak potřebujeme pouze balík Pymlab, jak je zmíněno na stránce i2c.

sudo pip install pymlab

import hid
import time

try:
    print "Opening device"
    h = hid.device()
    h.open(0x10C4, 0xEA90)

    print "Manufacturer: %s" % h.get_manufacturer_string()
    print "Product: %s" % h.get_product_string()
    print "Serial No: %s" % h.get_serial_number_string()

    h.write([0x02, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00])    
    time.sleep(0.1)
    for k in range(10):
        h.write([0x04, 0xFF, 0xFF])
        time.sleep(0.1)
        h.write([0x04, 0x00, 0xFF])
        time.sleep(0.1)

    print "Closing device"
    h.close()

except IOError, ex:
    print ex

print "Done"

Příklad je nutné spustit s oprávněním správce.

Aby se skript nemusel spouštět s právy roota, je třeba vytvořit v adresáři /etc/udev/rules.d soubor SiliconLabs.rules s obsahem:

SUBSYSTEM=="usb", ATTRS{idVendor}=="10c4", MODE="0666"
SUBSYSTEM=="usb_device", ATTRS{idVendor}=="10c4", MODE="0666"

Linux je případem operačního systému, kde existuje systémové řešení komunikace se sběrnicí I2C, takže je výhodné generický HID ovladač vyměnit za jiný. Zatím ale neexistuje vhodný ovladač integrovaný v jádře, ale vyvíjí se mimo něj. Podle současného vývoje by driver měl být stabilně integrován v jádře 3.15. Je proto třeba jej doplnit zavedením softwarového modulu hid-cp2112.

To lze udělat buď kompilací nového modulu do aktuálního jádra které používáme, nebo kompilací celého kernelu s aplikovaným patchem po kterém nový kernel bude ovladač rovnou obsahovat.

Nejdříve zkompilujeme modul hid-cp2112

git clone https://github.com/MLAB-project/hid-cp2112.git
cd hid-cp2112
make

Kdyby jsme se v této chvíli pokusili modul vložit do jádra pomocí insmod, tak se modul sice do jádra vloží. Ale nic se nestane, neboť k modulu USBI2C01A se mezitím přilepí generický driver usbhid. Následně musíme zjistit USB identifikaci zařízení na USB. To je možné například příkazem dmesg spuštěným po zapojení modulu USBI2C01A do USB.

[34842.853142] usb 3-4: new full-speed USB device number 3 using xhci_hcd
[34842.870424] usb 3-4: New USB device found, idVendor=10c4, idProduct=ea90
[34842.870427] usb 3-4: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
[34842.870428] usb 3-4: Product: CP2112 HID USB-to-SMBus Bridge
[34842.870429] usb 3-4: Manufacturer: Silicon Laboratories
[34842.870430] usb 3-4: SerialNumber: 00338B73
[34842.874171] hid-generic 0003:10C4:EA90.0003: hiddev0,hidraw1: USB HID v1.01 Device [Silicon Laboratories CP2112 HID USB-to-SMBus Bridge] on usb-0000:00:14.0-4/input0

Na poslední řádce vidíme, že přidělený identifikátor je v tomto případě 0003:10C4:EA90.0003. Následně tuto identifikaci použijeme k „odpojení“ generického ovladače od USBI2C01A:

sudo su
echo -n "0003:10C4:EA90.0003" > /sys/bus/hid/drivers/hid-generic/unbind

A připojíme na něj náš nově přeložený ovladač:

insmod ./hid-cp2112.ko
echo -n "0003:10C4:EA90.0003" > /sys/bus/hid/drivers/cp2112/bind

Následně ověříme, že v systému vidíme novou sběrnici I²C.

i2cdetect -l
i2c-0	i2c       	i915 gmbus ssc                  	I2C adapter
i2c-1	i2c       	i915 gmbus vga                  	I2C adapter
i2c-2	i2c       	i915 gmbus panel                	I2C adapter
i2c-3	i2c       	i915 gmbus dpc                  	I2C adapter
i2c-4	i2c       	i915 gmbus dpb                  	I2C adapter
i2c-5	i2c       	i915 gmbus dpd                  	I2C adapter
i2c-6	i2c       	DPDDC-C                         	I2C adapter
i2c-7	i2c       	DPDDC-D                         	I2C adapter
i2c-8	smbus     	CP2112 SMBus Bridge on hiddev0  	SMBus adapter

root@UST-vyvoj:/home/kaklik/git/hid-cp2112# i2cdetect -y -r 7
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
70: -- -- -- -- -- -- -- --                         
root@UST-vyvoj:/home/kaklik/git/hid-cp2112#

V terminálu se přepneme do složky ve které chceme kernel zkompilovat. Následně stáhneme zdrojový balíček aktuálně běžícího kernelu:

apt-get source linux-image-$(uname -r)

Následně nainstalujeme nástroje potřebné pro kompilaci.

sudo apt-get install kernel-package libncurses5 libncurses5-dev
sudo apt-get build-dep linux-image-$(uname -r)

V této fázi by již měl být k dispozici nový adresář obsahující zdrojové kódy jádra. V našem případě linux-3.11.0. Přepneme se do něj a vytvoříme konfiguraci jádra identickou s aktuálně běžícím jádrem.

cd linux-3.11.0 
make oldconfig

Následně aplikujeme patch který do kernelu přidá nový modul pro CP2112.

patch -Np1  --ignore-whitespace  < hid-cp2112.patch

Pravděpodobně se stane, že některé soubory nebude možné automaticky upravit. Proto je potřeba to udělat ručně Takto najdeme odmítnuté změny.

find . -name "*.rej"

A postupně je upravíme ručně. A násdne spustíme menuconfig ve kterém nový modul zapneme. Na cestě: > Device Drivers > HID support > Special HID drivers;Silicon Labs CP2112 HID USB-to-SMBus Bridge support

make menuconfig

Ukončíme menuconfig a zapneme kompilaci kernelu

sudo make-kpkg -j 8 --initrd --append-to-version=i2c-test kernel-image

Ta bude chvíli trvat a spotřebuje cca 10 GB místa pro vytvoření objektových souborů.. Po skončení operace by se v nadřazeném adresáři měl objevit .deb balíček, který můžeme naistalovat pomocí:

sudo dpkg -i  linux-image-3.11.10i2c-test_3.11.10i2c-test-10.00.Custom_amd64.deb
sudo reboot

Pokud k převodníku máme připojené nějaké I²C zařízení, tak můžeme jednoduše otestovat komunikaci:

kaklik@popelnice:~$ sudo i2cdetect -y -r 8
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
50: -- -- -- -- -- 55 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
70: -- -- -- -- -- -- -- --                         
kaklik@popelnice:~$

V tomto případě je k modulu USBI2C01A připojen modul CLKGEN01B s adresou 0x55.

• I²C AVR USB
• I²C PIC USB
• Sběrnice I²C ve stavebnici MLAB

• I2C bus interface
• Python SMBus and I²C library
• I2C Device Library
• Ubuntu stock kernel build
• How to use Linux kernel driver bind/unbind interface for USB-HID devices