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bmp280的压力数据采集（i2c设备驱动+设备树编写）

news 2025/7/27 12:20:53

i2c时序

1. bmp280传感器基本控制寄存器

（1）测量控制寄存器（0xF4）

功能：配置温度/压力采样精度和工作模式。
位定义：
- bit 7:5 (osrs_t)：温度过采样设置（0-5对应关闭/1x/2x/4x/8x/16x）
- bit 4:2 (osrs_p压力过采样设置（同上）
- bit 1:0 (mode)：工作模式（00=休眠，01=强制模式，11=正常模式）

（2）配置寄存器（0xF5）

功能：设置滤波器和数据输出速率。
位定义：
- bit 7:5 (t_sb)：待机时间（0-7对应0.5ms-4000ms）
- bit 4:2 (filter)：IIR滤波系数（0-4对应关闭/2/4/8/16）
- bit 0 (spi3w_en)：SPI三线模式使能（I2C模式下保持0）

2. 状态与识别寄存器

（3）状态寄存器（0xF3）

功能：指示传感器当前状态。
位定义：
- bit 3 (measuring)：1表示正在测量（数据未就绪）
- bit 0 (im_update)：1表示校准参数正在更新

（4）芯片ID寄存器（0xD0）

功能：验证设备型号，固定值为0x58（BMP280标识符）

（5）复位寄存器（0xE0）

功能：写入0xB6触发软复位，恢复默认配置

3. 数据寄存器

（6）压力数据寄存器（0xF7-0xF9）

地址：0xF7（MSB）、0xF8（LSB）、0xF9（XLSB）
功能：存储20位原始压力数据（需左移4位对齐）

（7）温度数据寄存器（0xFA-0xFC）

地址：0xFA（MSB）、0xFB（LSB）、0xFC（XLSB）
功能：存储20位原始温度数据（需左移4位对齐）

4. 校准参数寄存器（0x88-0xA1）

功能：存储出厂校准系数（共26个寄存器），用于温度和压力数据的补偿计算。
关键参数：
- dig_T1-T3：温度补偿系数（无符号16位/有符号16位）
- dig_P1-P9：压力补偿系数（混合类型）

I2C时序控制要点

地址选择：
- SDO引脚电平决定I2C地址：低电平为0x76，高电平为0x77。
读写时序：
- 写操作：发送设备地址（写模式）+寄存器地址+数据。
- 读操作：先发送寄存器地址，再启动重复起始条件读取数据。
典型流程：
- 复位 → 读取校准参数 → 配置采样模式 → 轮询状态寄存器 → 读取数据。

数据处理代码：主要读取原始数据包括3字节压力数据（20位）、3字节温度数据（20位）还有26字节校准数据：

手册数据处理代码

BMP280的数据寄存器结构

BMP280的温度和压力ADC值均为20位数据，存储格式如下：

温度数据寄存器（0xFA-0xFC）：
- 0xFA（MSB）：高8位
- 0xFB（LSB）：中8位
- 0xFC（XLSB）：低4位（有效位在bit7-4，其余位无效）
压力数据寄存器（0xF7-0xF9）：
- 类似温度寄存器，但压力值的XLSB在0xF9中。

2. 原始数据组合方法

假设通过I2C读取的3字节数据为 [msb, lsb, xlsb]，需按以下步骤处理：

// 组合成20位原始值（左对齐，低4位无效）
uint32_t raw_data = ((uint32_t)msb << 12) | ((uint32_t)lsb << 4) | (xlsb >> 4);

左对齐特性：BMP280的ADC值默认左对齐（即高20位有效），因此无需右移补零。
低4位处理：xlsb的低4位是无效数据，需右移4位丢弃。

3. 调用函数时的传参

正确做法：传入组合后的20位原始值（直接传raw_data）：

int32_t adc_T = (int32_t)raw_data;  // 转换为有符号整数
int32_t compensated_temp = bmp280_compensate_T_int32(adc_T);

错误做法：直接传入未处理的字节数组首地址（函数内部无法解析3字节分散数据）。

4. 为什么函数内部还需要移位？

函数内移位（如adc_T >> 3）是补偿算法的要求，用于对齐校准公式的位宽。
传参前移位是为了将3字节数据合并为完整的20位原始值，二者目的不同。

示例代码（完整流程）

// 从传感器读取3字节温度数据（假设已通过I2C读取）
uint8_t temp_data[3] = {0x12, 0x34, 0x50}; // msb, lsb, xlsb// 组合成20位原始值（左对齐）
uint32_t raw_temp = ((uint32_t)temp_data[0] << 12) | ((uint32_t)temp_data[1] << 4) | (temp_data[2] >> 4);// 转换为有符号整数并传入补偿函数
int32_t adc_T = (int32_t)raw_temp;
int32_t temperature = bmp280_compensate_T_int32(adc_T);  // 单位：0.01°C

关键总结

必须组合数据：调用函数前需将3字节合并为20位原始值（左对齐）。
无需额外移位：传入的是完整20位值，函数内部会处理校准所需的移位。
数据有效性：确保丢弃xlsb的低4位无效数据。

代码分析总结

1. 代码功能

这段代码实现了BMP280传感器的温度和压力数据补偿计算，主要包含两个函数：

bmp280_compensate_T_int32：计算温度值（单位：0.01°C）
bmp280_compensate_P_int64：计算压力值（单位：Pa，Q24.8格式）

2. 关键实现细节

温度计算：

输入：ADC原始温度值（adc_T）
输出：补偿后的温度值（分辨率0.01°C）

核心算法：

var1 = (((adc_T>>3) - (t_fine_dig_T1<<1)) * t_fine_dig_T2) >> 11;
var2 = ((((adc_T>>4) - t_fine_dig_T1)^2 >> 12) * t_fine_dig_T3) >> 14;
t_fine = var1 + var2;  // 存储到全局变量
T = (t_fine * 5 + 128) >> 8;  // 最终温度

压力计算：

输入：ADC原始压力值（adc_P）
输出：补偿后的压力值（Q24.8格式）

核心算法：

// 多阶段多项式补偿计算
var1 = t_fine - 128000;
var2 = var1^2 * t_fine_dig_P6 + (var1*t_fine_dig_P5<<17) + (t_fine_dig_P4<<35);
var1 = (var1^2*t_fine_dig_P3>>8) + (var1*t_fine_dig_P2<<12);
var1 = ((1<<47)+var1)*t_fine_dig_P1>>33;p = 1048576 - adc_P;
p = (((p<<31)-var2)*3125)/var1;  // 注意防除零处理// 二次补偿
p += ((t_fine_dig_P9*(p>>13)^2)>>25) + ((t_fine_dig_P8*p)>>19);
p = (p>>8) + (t_fine_dig_P7<<4);

3. 技术亮点

定点数优化：
- 全程使用整数运算（无浮点）
- 通过移位操作（>>/<<）实现2的幂次乘除
- Q24.8格式处理压力值（24位整数+8位小数）
校准参数应用：
- 使用t_fine_dig_T1-T3和t_fine_dig_P1-P9等传感器校准参数
- 温度补偿结果t_fine会用于压力计算
异常处理：
- 压力计算中对var1==0的情况进行了保护

4. 典型输出示例

温度：输出5123表示51.23°C
压力：输出24674867表示96386.2 Pa（963.862 hPa）

1. 温度计算函数 `bmp280_compensate_T_int32`

参数与变量解析

名称	类型（实际）	意义	数据来源
`adc_T`	`BMP280_S32_t`（32位有符号整数）	ADC原始温度值（20位数据左对齐，需右移4位使用）	传感器寄存器`0xFA-0xFC`
`dig_T1`	`uint16_t`	温度校准系数1（无符号，用于线性补偿）	校准寄存器`0x88-0x89`
`dig_T2`	`int16_t`	温度校准系数2（有符号，用于一阶非线性补偿）	校准寄存器`0x8A-0x8B`
`dig_T3`	`int16_t`	温度校准系数3（有符号，用于二阶非线性补偿）	校准寄存器`0x8C-0x8D`
`var1/var2`	`BMP280_S32_t`	中间计算变量，存储补偿公式的中间结果	代码内部计算
`t_fine`	`BMP280_S32_t`	全局变量，存储精细温度值，用于压力补偿计算	代码内部计算
返回值	`BMP280_S32_t`	补偿后温度值（单位：0.01°C，如`5123`表示51.23°C）	公式计算

关键操作

位运算优化：通过右移操作（>>3/>>4）对齐ADC数据位，避免浮点运算。

校准公式：

t_fine = var1 + var2;  // var1为线性补偿项，var2为非线性补偿项
T = (t_fine * 5 + 128) >> 8;  // 转换为0.01°C分辨率

2. 压力计算函数 `bmp280_compensate_P_int64`

参数与变量解析

名称	类型（实际）	意义	数据来源
`adc_P`	`BMP280_S32_t`（32位有符号整数）	ADC原始压力值（20位数据左对齐，需右移4位使用）	传感器寄存器`0xF7-0xF9`
`dig_P1-P9`	混合类型（`uint16_t`/`int16_t`）	压力校准系数（P1无符号，P2-P9有符号），用于多阶段多项式补偿	校准寄存器`0x8E-0x9F`
`var1/var2`	`BMP280_S64_t`（64位有符号整数）	中间计算变量，处理大数运算以避免溢出	代码内部计算
`p`	`BMP280_S64_t`	补偿过程中的压力中间值，最终转换为Q24.8格式	代码内部计算
返回值	`BMP280_U32_t`（32位无符号整数）	补偿后压力值（Q24.8格式，如`24674867`表示96386.2 Pa）	公式计算

关键操作

64位整数运算：处理大范围数值（如<<35）和防止溢出。

Q24.8格式转换：通过移位和除法实现定点数小数部分保留：

p = ((p + var1 + var2) >> 8) + (dig_P7 << 4);  // 最终转换为24.8格式

防除零保护：检查var1==0避免异常。

3. 校准参数的意义与作用

参数组	功能	寄存器地址范围
`dig_T1-T3`	补偿温度传感器的非线性误差，包括偏移量、灵敏度漂移等	`0x88-0x8D`
`dig_P1-P9`	补偿压力传感器的温度漂移和非线性特性，通过多项式拟合提高精度	`0x8E-0x9F`

设备树编写：

直接在i2c设备节点下加入我们的设备子节点，主要写上设备地值和compatible属性，地址根据sdo接线判断，接地0x76，接vcc 0x77。

驱动编写:

#include <asm/io.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/string.h>static struct i2c_client *bmp280_client;static ssize_t bmp280_read(struct file *fp, char __user *puser, size_t n,loff_t *off)
{int ret;int i;struct i2c_msg msg;char data[2];char buf1[6] = {0};//存温度压力char buf2[26] = {0};//存校准参数char buf[32] = {0};
//传感器复位data[0] = 0xE0;//复位寄存器地址data[1] = 0xB6;//要写的数据msg.addr = bmp280_client->addr;//从机地址msg.flags = 0;//0写，1读msg.buf = data;msg.len = 2;//长度2个字节，表示把data数组的前两个数据写入bmp280_client->adapter->algo->master_xfer(bmp280_client->adapter, &msg, 1);//调用函数接口传输msg消息//启动测量data[0] = 0xF4;//测量控制寄存器（0xF4）data[1] = 0x27;//要写的数据msg.addr = bmp280_client->addr;//从机地址msg.flags = 0;//0写，1读msg.buf = data;msg.len = 2;//长度2个字节，表示把data数组的前两个数据写入bmp280_client->adapter->algo->master_xfer(bmp280_client->adapter, &msg, 1);//调用函数接口传输msg消息msleep(10);
//读取传感器校准参数data[0] = 0x88;//校准参数寄存器（0x88-0xA1）,总共26个msg.addr = bmp280_client->addr;//从机地址msg.flags = 0;//0写msg.buf = data;msg.len = 1;//长度2个字节，表示把data数组的前两个数据写入bmp280_client->adapter->algo->master_xfer(bmp280_client->adapter, &msg, 1);//调用函数接口传输msg消息msg.addr = bmp280_client->addr;msg.flags = I2C_M_RD;msg.buf = buf2;//把校准参数读到datamsg.len = 26;bmp280_client->adapter->algo->master_xfer(bmp280_client->adapter, &msg, 1);//读取温度、压强数据data[0] = 0xF7;//压力数据寄存器（0xF7-0xF9）温度数据寄存器（0xFA-0xFC）msg.addr = bmp280_client->addr;//从机地址msg.flags = 0;//0写，1读msg.buf = data;msg.len = 1;bmp280_client->adapter->algo->master_xfer(bmp280_client->adapter, &msg, 1);//调用函数接口传输msg消息msg.addr = bmp280_client->addr;msg.flags = I2C_M_RD;msg.buf = buf1;msg.len = 6;bmp280_client->adapter->algo->master_xfer(bmp280_client->adapter, &msg, 1);//buf1[6] + buf2[26] -->buf[32]for(i = 0;i < 6;++i){buf[i] = buf1[i];}for(i = 6;i < 32;++i){buf[i] = buf2[i - 6];}ret = copy_to_user(puser, buf, sizeof(buf));return sizeof(buf);
}//文件开关/////////////////
static int bmp280_open(struct inode *node, struct file *fp)
{pr_info("open success\n");return 0;
}
static int bmp280_release(struct inode *node, struct file *fp)
{pr_info("release success\n");return 0;
}
///////////////////////////OK//文件操作函数结构体//////
static struct file_operations fops = {.owner = THIS_MODULE,  //计数，表示有几个模块调用文件操作.open = bmp280_open,.release = bmp280_release,.read = bmp280_read,
};
//////////////OK///注册混杂设备////////////////
static struct miscdevice misc_device = {.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,  //次设备号申请.name = "misc_bmp280",          //设备节点名.fops = &fops,                //绑定文件操作函数结构体
};
///////////////////OK///////////probe///////////
static int bmp280_probe(struct i2c_client *pclient,const struct i2c_device_id *pdevice)
{misc_register(&misc_device);bmp280_client = pclient;pr_info("bmp280_probe ok!\n");return 0;
}
/////////////////////NO/////////remove///////
static int bmp280_remove(struct i2c_client *pclient)
{misc_deregister(&misc_device);pr_info("bmp280_remove ok!\n");return 0;
}
/////////////////////OK// i2c设备驱动匹配////////////////
static struct of_device_id bmp280_of_match_table[] = {{.compatible = "pute,bmp280"},{},
};
static struct i2c_device_id bmp280_id_table[] = {{.name = "bmp280"},{},
};
static struct i2c_driver bmp280_i2c_drv = {.driver ={.name = "bmp280",.of_match_table = bmp280_of_match_table,},.id_table = bmp280_id_table,.probe = bmp280_probe,.remove = bmp280_remove,
};
//////////////////////////////OK//驱动入口内调函数//////////
static int __init bmp280_init(void)
{//注册i2c设备驱动i2c_register_driver(THIS_MODULE, &bmp280_i2c_drv);pr_info("bmp280 init success\n");return 0;
}//驱动出口内调函数
static void __exit bmp280_exit(void)
{//销毁i2c设备驱动i2c_del_driver(&bmp280_i2c_drv);pr_info("bmp280 exit success\n");return;
}
/////////////////OK//驱动入口
module_init(bmp280_init);
//驱动出口
module_exit(bmp280_exit);MODULE_LICENSE("GPL");

驱动的读时序遇到的大问题：

以前的传感器都是直接读写寄存器，发指令，没加延时等待，但这次的bmp280传感器启动测量后必须加延时等待测量完成再采集数据，否则只会采集的0x80000 等无效数据，切记，以后要仔细查看传感器手册相关时序要求。

已经采集到原始数据了，接下来根据前面手册提供的数据处理函数进行自己的测试程序编写：

必须利用校验数据结合原始数据进行计算才能得到准确压强值。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>typedef struct {uint16_t dig_T1;int16_t dig_T2;int16_t dig_T3;uint16_t dig_P1;int16_t dig_P2;int16_t dig_P3;int16_t dig_P4;int16_t dig_P5;int16_t dig_P6;int16_t dig_P7;int16_t dig_P8;int16_t dig_P9;
} BMP280_CalibData;float process_bmp280_data(unsigned char *buf) {// 1. 解析温度和气压原始数据uint32_t press_raw = ((uint32_t)buf[0] << 12) | ((uint32_t)buf[1] << 4) | ((uint32_t)buf[2] >> 4);uint32_t temp_raw = ((uint32_t)buf[3] << 12) | ((uint32_t)buf[4] << 4) | ((uint32_t)buf[5] >> 4);// 2. 解析校准参数BMP280_CalibData calib;calib.dig_T1 = (uint16_t)(buf[6] | (buf[7] << 8));calib.dig_T2 = (int16_t)(buf[8] | (buf[9] << 8));calib.dig_T3 = (int16_t)(buf[10] | (buf[11] << 8));calib.dig_P1 = (uint16_t)(buf[12] | (buf[13] << 8));calib.dig_P2 = (int16_t)(buf[14] | (buf[15] << 8));calib.dig_P3 = (int16_t)(buf[16] | (buf[17] << 8));calib.dig_P4 = (int16_t)(buf[18] | (buf[19] << 8));calib.dig_P5 = (int16_t)(buf[20] | (buf[21] << 8));calib.dig_P6 = (int16_t)(buf[22] | (buf[23] << 8));calib.dig_P7 = (int16_t)(buf[24] | (buf[25] << 8));calib.dig_P8 = (int16_t)(buf[26] | (buf[27] << 8));calib.dig_P9 = (int16_t)(buf[28] | (buf[29] << 8));// 3. 计算温度int32_t var1, var2, t_fine;var1 = ((((temp_raw >> 3) - ((int32_t)calib.dig_T1 << 1))) * ((int32_t)calib.dig_T2)) >> 11;var2 = (((((temp_raw >> 4) - ((int32_t)calib.dig_T1)) * ((temp_raw >> 4) - ((int32_t)calib.dig_T1))) >> 12) * ((int32_t)calib.dig_T3)) >> 14;t_fine = var1 + var2;float temperature = (float)((t_fine * 5 + 128) >> 8) / 100.0f;// 4. 计算气压int64_t var1_p, var2_p, p;var1_p = ((int64_t)t_fine) - 128000;var2_p = var1_p * var1_p * (int64_t)calib.dig_P6;var2_p = var2_p + ((var1_p * (int64_t)calib.dig_P5) << 17);var2_p = var2_p + (((int64_t)calib.dig_P4) << 35);var1_p = ((var1_p * var1_p * (int64_t)calib.dig_P3) >> 8) + ((var1_p * (int64_t)calib.dig_P2) << 12);var1_p = ((((int64_t)1) << 47) + var1_p) * ((int64_t)calib.dig_P1) >> 33;if (var1_p == 0) {return 1; // 避免除以0}p = 1048576 - press_raw;p = (((p << 31) - var2_p) * 3125) / var1_p;var1_p = (((int64_t)calib.dig_P9) * (p >> 13) * (p >> 13)) >> 25;var2_p = (((int64_t)calib.dig_P8) * p) >> 19;p = ((p + var1_p + var2_p) >> 8) + (((int64_t)calib.dig_P7) << 4);float pressure = (float)p / 25600.0f;// 5. 输出结果return pressure;
}int main(void)
{int fd = 0;unsigned char buf[32];//存放原始数据int temp,press,i;short cal[12];fd = open("/dev/misc_bmp280", O_RDWR);if (-1 == fd){perror("fail to open");return -1;}while (1){read(fd, &buf, sizeof(buf));//接收传来的温度压力buf[0]-buf[5],校准参数buf[6]-buf[31];printf("press:%fhpa\n",process_bmp280_data(buf));sleep(1);}close(fd);return 0;
}

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