Linux下AT24C256 EEPROM的驱动配置与数据读写如何实现？

at24c256是一款广泛使用的串行EEPROM（电可擦可编程只读存储器）芯片，采用I2C通信接口，具有256Kbit（32KB）的存储容量，常用于嵌入式系统中需要非易失性数据存储的场景，如设备配置参数保存、日志记录、用户数据备份等，在Linux系统中，对at24c256的操作依赖于内核提供的I2C驱动框架，用户可通过多种方式读写其存储内容，实现灵活的数据管理。

芯片基本特性

at24c256由Atmel（现Microchip）公司推出，采用2线式I2C总线协议，支持从机地址可配置（通过地址引脚A0、A1、A2，默认7位地址为0x50），工作电压范围为1.8V至5.5V，兼容3.3V和5V系统，其核心特性包括：32KB存储空间（组织为32768个8位字节），页写入功能（每页64字节，写入时需分页操作），数据保存时间可达100年（55℃条件下），擦写次数约10万次，支持双向数据传输模式（标准模式100kHz，快速模式400kHz），这些特性使其在低功耗、小容量存储需求的嵌入式设备中具有广泛应用。

Linux内核支持

Linux内核通过I2C子系统为at24c256提供了完善的驱动支持,驱动模块为at24（位于drivers/misc/eeprom/at24.c），该驱动支持多种容量的AT24系列EEPROM（如at24c02、at24c64等），通过设备树或平台设备描述进行初始化，驱动加载后，内核会自动识别at24c256的设备信息，包括I2C地址、存储容量、页大小等，并在/sys/bus/i2c/devices/下创建对应的设备节点（如i2c-1/1-0050），同时生成eeprom虚拟文件，供用户空间直接访问。

内核驱动还支持设备属性配置,如通过at24,byte_len指定存储容量，at24,page_size指定页大小，at24,flags设置只读模式等，这些参数通常在设备树中定义，

eeprom@50 {  
    compatible = "atmel,at24c256";  
    reg = <0x50>;  
    pagesize = <64>;  
    size = <32768>;  
};  

若设备树未配置,驱动也可根据默认参数自动识别常见容量芯片。

设备树配置

在基于Linux的嵌入式系统中,设备树是描述硬件信息的关键文档，对于at24c256，需在设备树的I2C总线节点下添加子节点，指定兼容字符串、I2C地址及存储参数，若at24c256连接在I2C1总线上，地址为0x50，设备树配置如下：

&i2c1 {  
    status = "okay";  
    clock-frequency = <100000>;  
    eeprom@50 {  
        compatible = "atmel,at24c256";  
        reg = <0x50>;  
        pagesize = <64>;  
        size = <32768>;  
        read-only;  /* 若为只存芯片，可添加此属性 */  
    };  
};  

配置完成后,需重新编译设备树并加载到内核，驱动即可正确识别芯片，可通过i2cdetect -y 1（假设I2C1总线号为1）检测设备是否在线，若返回50，则表示识别成功。

用户空间访问

Linux提供了多种方式供用户空间访问at24c256的数据,包括命令行工具、系统调用及编程接口。

使用i2c-tools工具

i2c-tools是Linux下常用的I2C设备调试工具集，包含i2cdetect、i2cget、i2cset、i2cdump等命令，读取at24c256地址0x0000处的1字节数据：

i2cget -y 1 0x50 0x00  

连续读取64字节数据（1页）并保存到文件：

i2cdump -y 1 0x00 | tail -n +2 | cut -d' ' -f2-9 > page_data.txt  

写入数据时需注意分页限制,例如写入前32字节到0x0000地址：

i2cset -y 1 0x50 0x00 0x01 0x02 0x03 ... 0x20  # 逐字节写入  

通过sysfs接口

内核驱动会在/sys/class/i2c-dev/i2c-1/device/1-0050/下创建eeprom文件，可直接读取或写入（需root权限）：

# 读取全部数据  
dd if=/sys/class/i2c-dev/i2c-1/device/1-0050/eeprom of=eeprom_dump.bin bs=32768 count=1  
# 写入数据（需提前擦除，EEPROM需先写1再写0）  
echo -n "test data" | dd of=/sys/class/i2c-dev/i2c-1/device/1-0050/eeprom bs=64 seek=0 count=1 conv=notrunc  

注意：直接写入可能因未分页导致失败，建议结合编程接口实现可靠写入。

编程接口（C语言示例）

通过/dev/i2c-X设备文件，使用ioctl系统调用操作I2C设备，结合i2c_smbus读写函数实现分页写入：

#include <linux/i2c-dev.h>  
#include <fcntl.h>  
#include <unistd.h>  
int main() {  
    int fd = open("/dev/i2c-1", O_RDWR);  
    if (fd < 0) { /* 错误处理 */ }  
    ioctl(fd, I2C_SLAVE, 0x50);  // 设置从机地址  
    // 写入示例：将"Hello"写入0x0000地址  
    char buf[64] = {0x00, 'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};  // 首字节为地址  
    write(fd, buf, 6);  
    // 读取示例：读取0x0000处的5字节  
    char read_buf[5];  
    lseek(fd, 0x00, SEEK_SET);  // 定位到地址  
    read(fd, read_buf, 5);  
    close(fd);  
    return 0;  
}  

实际应用中需注意页写入边界（如跨页写入需分多次操作）及数据擦除逻辑（EEPROM需先写1才能改写为0）。

应用场景

at24c256在Linux嵌入式系统中常用于：

• 设备配置存储：保存网络参数、校准数据、用户偏好设置等，断电不丢失；
• 日志记录：存储系统运行日志、传感器数据等，避免频繁写入闪存；
• 固件更新辅助：暂存固件镜像或更新标志，配合引导程序完成固件升级；
• 数据备份：备份关键数据，如设备唯一ID、密钥等，支持系统恢复。

注意事项

1. 写入限制：at24c256页写入大小为64字节，连续写入超过64字节会导致地址回卷，覆盖之前数据；
2. 擦写次数：避免频繁单字节写入，建议批量操作以延长芯片寿命；
3. 权限问题：访问/dev/i2c-X需root权限或用户加入i2c组；
4. 地址冲突：确保I2C总线上无其他设备使用0x50地址（可通过地址引脚调整）。

相关问答FAQs

Q1: 如何在Linux中确认at24c256是否被正确识别？
A1: 可通过以下步骤确认：

1. 使用i2cdetect -y <总线号>（如i2cdetect -y 1）扫描I2C设备，若在0x50地址显示”UU”或”50″，则表示设备已连接并被驱动识别；
2. 检查/sys/bus/i2c/devices/下是否存在对应的设备节点（如1-0050），并查看eeprom文件是否可访问；
3. 使用dmesg | grep at24查看内核日志，确认驱动加载是否成功。

Q2: 为什么使用i2c-tools写入at24c256时数据未保存？
A2: 可能原因及解决方法：

1. 未分页写入：超过64字节的连续写入会导致数据错乱，需将数据分拆为64字节以内的块，逐块写入；
2. 权限不足：i2cset命令需root权限，可通过sudo执行或确保用户在i2c组中；
3. 芯片只读模式：若设备树中配置了read-only属性，或芯片硬件引脚被拉高，芯片将拒绝写入，需检查硬件连接和设备树配置；
4. 未等待写入完成：EEPROM写入需耗时（约5ms/页），写入后需通过读取确认数据是否成功，避免连续操作导致写入未完成。