cannot use rtcounter in high I2C SCL frequency

[Tiryoh]

特定の条件下ではrtcounterが使用できない場合があります。詳しくは以下の「考えられる原因と対処方法」に書いていますが、CPUのgovernorをpowersaveに指定し、CPUクロックを下げることでエラーを回避してrtcounterを使用することができるようになります。

環境

Raspberry Pi 3 Model B

OS

$ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Ubuntu
Description:    Ubuntu 18.04.1 LTS
Release:        18.04
Codename:       bionic

$ uname -a
Linux ubuntu 4.15.0-1027-raspi2 #29-Ubuntu SMP PREEMPT Wed Oct 24 08:56:30 UTC 2018 aarch64 aarch64 aarch64 GNU/Linux

rt-net/RaspberryPiMouse のバージョン

$ git log -n 1
commit 864acceef45eac90b0c7f8342e0371468ea67e62

現象

i2c-toolsでデバイスに直接アクセスしようとしてもRead faildとなる

$ sudo i2cdetect -y 1
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: 10 11 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --

$ sudo i2cget -y 1 0x10 0x10 w
Error: Read failed

デバイスドライバをインストールする際にrtcounterがnot found, or wrongとなる

$ cd RaspberryPiMouse/src/drivers/
$ make
$ sudo insmod rtmouse.ko
$ dmesg
[   70.775579] rtmouse: loading driver...
[   70.776570] rtmouse: rtcounter not found, or wrong i2c device probed
[   70.777546] rtmouse: rtcounter not found, or wrong i2c device probed
[   70.886544] rtmouse: mcp3204 probed
[   70.886606] rtmouse: 15 devices loaded.
[   70.886610] rtmouse: module installed at 4294910017

I2Cの波形

エラーが出る場合のI2Cの波形

エラーが出ない場合のI2Cの波形

• モータのスイッチのオン/オフ切り替えを繰り返すとエラーが出ず、rtcounterにアクセスできる場合があります。
  

考えられる原因と対処方法

今回使用した環境では、デフォルトでI2Cのbaudrateは100kHzですが、CPUのクロックが600MHzまで下がるとI2Cのbaudrateが62.5kHzまで下がるようです。
I2Cのbaudrateを62.5kHzまで下げるとrtcounterへのアクセスに失敗しません。以下の方法でCPUのクロックを下げ、I2Cのbaudrateを62.5kHzにすることができます。

$ sudo apt install cpufrequtils
$ sudo cpufreq-set -g powersave

参考

• I2Cのbaudrate
  • https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?t=155756
• CPUのクロック設定について
  • https://dbpro.xyz/1400

[Tiryoh]

今回は一時的にCPUのクロックを下げる方法でデバイスドライバをインストールできることを確認しましたが、

• CPUクロックを固定
• I2Cのbaudrateを固定

などの対処方法もあるようです。
https://qiita.com/7of9/items/bc9054567c1f657243e3
今後、追って確認していきます。

• CPUクロックを固定
  /boot/firmware/config.txtに設定を書くことでCPUのクロックを固定することもできるようです。
  https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?f=66&t=138123

• I2Cのbaudrateを固定
  dtparam=i2c_baudrateを/boot/firmware/config.txtに設定することでI2Cのbaudrateを固定することもできるようです。
  https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?t=155756

[Tiryoh]

/boot/firmware/config.txt に以下の1行を追加することでI2Cのbaudrateを固定することができます。

dtparam=i2c_baudrate=62500

以下の3つの環境にて確認しました。

環境A

ubuntu-18.04.1-preinstalled-server-armhf+raspi2.img.xz を64bit版にアップデートしたものです。

• Raspberry Pi 3 Model B

OS

$ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Ubuntu
Description:    Ubuntu 18.04.1 LTS
Release:        18.04
Codename:       bionic

$ uname -a
Linux ubuntu 4.15.0-1027-raspi2 #29-Ubuntu SMP PREEMPT Wed Oct 24 08:56:30 UTC 2018 aarch64 aarch64 aarch64 GNU/Linux

環境B

ubuntu-18.04.2-preinstalled-server-arm64+raspi3.img.xz のカーネルを4.15.0-1027-raspi2にダウングレードしたものです。

• Raspberry Pi 3 Model B

OS

$ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Ubuntu
Description:    Ubuntu 18.04.2 LTS
Release:        18.04
Codename:       bionic

$ uname -a
Linux ubuntu 4.15.0-1027-raspi2 #29-Ubuntu SMP PREEMPT Wed Oct 24 08:56:30 UTC 2018 aarch64 aarch64 aarch64 GNU/Linux

環境C

ubuntu-18.04.2-preinstalled-server-arm64+raspi3.img.xz そのままです。

• Raspberry Pi 3 Model B

OS

$ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Ubuntu
Description:    Ubuntu 18.04.2 LTS
Release:        18.04
Codename:       bionic

$ uname -a
Linux ubuntu 4.15.0-1031-raspi2 #33-Ubuntu SMP PREEMPT Wed Jan 16 09:52:45 UTC 2019 aarch64 aarch64 aarch64 GNU/Linux