i2c通信的詳細講解

　　什么是I2C 通信

　?。?）I2C屬于串行通信，所有的數據以位為單位在SDA上串行傳輸

　　（2）同步通信就是通信雙方工作在同一個時鐘下面，一般是通信的A方通過一根CLK線傳輸A自己的時鐘給B，B工作在A傳輸的時鐘下。所以通信的顯著特征就是：通信中有CLK

　?。?）非差分：因為I2C的通信速率不高，所以使用電平信號通信，而且通信雙方距離很近，所以使用電平信號通信

　?。?）低速率：I2C一般是用在同一個板子上的兩個IC之間的通信，而且用來傳輸的數據量也不大，所以本身通信速率很低（一般幾百KHz，不同的I2C芯片的通信速率可能不同，具體編程的時候要看自己所使用的設備所允許I2C的最高通信速率，不能超過這個速率）

　　突出特征1：主設備+從設備

　　（1）I2C通信的時候，通信雙方地位是不對等的，而是分為主設備和從設備。通信由主設備發起，由主設備主導，從設備只是按照I2C協議被動的接收主設備的通信，并及時響應。

　?。?）誰是主設備，誰是從設備是由我們通信雙方來定的，I2C協議并沒有規定，一般來說一個芯片可以只做主設備，也可以只做從設備，也可以既當主設備，也當從設備。

　　突出設備2：可以多個設備同時掛在一條總線上（從設備地址）

　　（1）I2C通信可以一對一（一個主設備對應一個從設備），也可以一對多（一個主設備對應多個從設備）

　?。?）主設備來負責調度總線，決定某一時間和哪個設備從設備通信，注意：同一時間內，I2C總線只能傳輸一對設備的通用信息。所以同一時間內，只能有一個從設備和主設備通信，而其他從設備處于“”“冬眠”狀態，不能出來搗亂，否則通信就會亂套。

　　（3）每一個I2C從設備在通信中都會有一個I2C設備地址，這個設備地址是從設備本身固有的屬性，然后通信時，主設備需要知道自己將要通信的那個設備的地址，然后在通信中通過地址來甄別是不是自己要找的那個從設備。（這個地址是一個電路板上唯一的，不是全球唯一的）

　　主要用途：SoC和周邊設外設之間的通信（典型的如EEPROM、電容式觸摸屏、各種sensor）

　　由I2C學通信時序

　　什么是時序？

　　時序：字面意思，時序就是時間順序，實際上通信中的時序就是通信線上按照時間順序發生的電平變化，以及這些變化對通信的意義就叫做時序。

　　I2C的總線空閑狀態、起始位、結束位？

　?。?）I2C總線上有一個主設備，n（n》=1）個從設備。I2C總線上有兩種狀態，空閑態（所有設備都未和主設備通信，此時總線空閑）和忙狀態（其中一個從設備在和主設備通信，此時總線被這一對占用，其他從設備必須歇著

　?。?）整個通信周期分為一個周期一個周期的，兩個相鄰的通信周期是空閑態。每一個通信周期由起始位開始，一個結束位結束，中間是本周期的通信數據。

　?。?）起始位不是一個時間點，而是一個時間段。這段時間的總線狀態的變化情況是：SCL線維持高電平，同時SDA線發生一個從高到低的下降沿。

　?。?）與起始位相似，結束位是一個時間段，在這段時間內總線的變化情況是：SCL線維持高電平，同時SDA線發生一個低到高的上升沿。

　　I2C數據傳輸格式（數據位&ACK）：

　　（1）每一個通信周期的發起和結束都是由主設備來做，從設備只有被動的相應主設備，沒法自己自發的去做任何事情。

　?。?）主設備在每個通信周期會先發8位的從設備地址（其實8位中只有7位是從設備地址，還有一位表示主設備下面是要寫入還是讀出）到總線（主設備是以廣播的形式發送，總線上的所有的從設備都能收到這個廣播），然后總線上的每個從設備都能收到這個地址，并且收到這個地址后，和自己的設備地址相比較看是否相等。如果相等說明主設備本次通信就是給我說話，如果不想等就說明本次通信與我無關，不用聽不同管了。

　?。?）發送方在發送了一段數據后，接收方需要回應一個bit位，不能攜帶有效信息。只能表示2個意思（要么表示收到數據，即有效響應，要么表示未接到數據，即無效響應）

　?。?）在某一個通信時刻，主設備和從設備只能有一個在發（占用總線，向總線寫），另一個一個在收（從總線讀），如果主設備和從設備都試圖向總線寫，那就完蛋了，通信就亂套了。

　　數據在總線上的傳輸協議：

　?。?）I2C通信時的基本數據單位也是以字節為單位的，每次傳輸的有效數據都是一個字節（8位）。

　　（2）起始位及其后的8個clock中都是主設備在發送（這設備掌控總線），此時從設備只能讀取總線，通過讀取總線來得知主設備發給從設備的信息，然后到了第9個字節，按照協議規定，從設備需要發送ACK給主設備，所以這設備必須釋放總線（這設備把總線置為高電平，不要動其實就類似于總線空閑狀態），同時從設備試圖拉低總線發出ACK。如果從設備拉低總線失敗，或者從設備根本沒有拉低總線，則主設備看到的現象就是總線在第9周期仍然一直保持高電平，這對于主設備來說，意味著我沒收到ACK信號，主設備就會認為我剛剛發送的8字節不對（接收失敗）。

　　S5PV210的I2C控制器：

　　通信雙方本質上是通過時序工作，但是時序比較復雜，不利于SoC軟件完成，因此，解決方案是SoC內部內置了硬件的控制器來產生通信時序，這樣我們寫軟件時，只需要向控制器中寫入配置值即可，控制器會產生適當的時序在通信線上和對方通信。

　　結構框圖：

　?。?）時鐘部分，時鐘來源是PCLK_PSYS，經過內部分頻最終得到I2C控制器的CLK，通信中這個CLK會通過SCL線傳給從設備

　?。?）I2C總線控制邏輯（前臺代表是I2CCON、I2CSTAT這兩個寄存器），主要負責I2C通信時序。實際編程中要發送起始位、停止位。ACK等都是通過這兩個寄存器（背后所代表電路模塊）實現的。

　?。?）移位寄存器（shift regeist），將代碼中要發送的字節數據，通過寄存器變成一個位一個位的丟給SDA線上去發送/接收。學過數字電路的同學應該對寄存器不陌生

　?。?）地址寄存器+比較器。本I2C控制器做從設備的時候用。

　　系統分析I2C的時鐘：

　　I2C時鐘源于PCL （PCLK_PSYS、等于65MHZ），經過了2級分頻后得到的

　　第一級分頻是I2CCON的bit，可以得到一個中間時鐘I2CCLK（等同于PCL/16、PCLK/512）

　　第二級分頻是得到I2C控制器工作的時鐘，以I2CCLK這個中間時鐘為源，分頻系統位［1，16］

　　最終要得到時鐘是2級分頻后的時鐘

　　主要寄存器I2CCON、I2CSTAT、I2CADD、I2CDS：

　　I2CCON+I2CSTAT：主要用來產生通信時序和I2C接口設置

　　I2CADD：用來寫自己的slave address

　　I2CDS：發送/接收的數據都放在這里

　　I2C通信協議

　　1.I2C設備都有設備地址，可以多對多（多個主設備，多個從設備）

　　一對多：這種比較常見（我還沒遇到過多對多，手動滑稽），也不會有太多問題

　　多對多：需要確保時鐘（SCL）同步

　　2.SCL時鐘速率不要高于從設備

　　數據傳輸步驟如下：

　　1.開始條件：SDA為高電平（1），SCL為高電平時（1），SDA由高向低跳變（下降沿）

　　2.發送數據：8個數據位，先傳最高位（MSB），然后釋放SDA線（1）（拉高電平）

　　SCL為低電平時（0），SDA可進行電平轉換；

　　SCL為高電平時（1），SDA保持不變，接收設備（主設備或從設備）讀取數據。

　　3.接收響應：ACK，在第九個周期（可以說是第九個數據位）

　　接收設備拉低SDA（0）；

　　答復發送設備，接收完成；

　　4.結束條件：SDA為低電平（0），SCL為高電平時（1），SDA由低向高跳變（上升沿）

　　5.重復開始條件：master需要在一次通信中進行多次消息交換（例如與不同的slave傳輸消息，或切換讀寫操作）

　　開始和結束不一一對應，可以發送多次開始條件，然后只有一個結束條件

　　a. 主設備發送地址幀（地址+寫），發送要讀取的寄存器地址（如0xA0）

　　b. 主設備發送地址幀（地址+讀），接收（0xA0）寄存器數據

　　6.時鐘拉伸（clock stretching）：

　　有時候，低速slave可能由于上一個請求還沒處理完，尚無法繼續接收master的后續請求，即master的數據傳輸速率超過了slave的處理能力。這種情況下，slave可以進行時鐘拉伸來要求master暫停傳輸數據 —— 通常時鐘都是由master提供的，slave只是在SDA上放數據或讀數據。

　　而時鐘拉伸則是slave在master釋放SCL后，將SCL主動拉低并保持，此時要求master停止在SCL上產生脈沖以及在SDA上發送數據，直到slave釋放SCL（SCL為高電平）。之后，master便可以繼續正常的數據傳輸了?？梢姇r鐘拉伸實際上是利用了時鐘同步的機制，只是時鐘由slave產生。

　　如果系統中存在這種低速slave并且slave實現了clock stretching，則master必須實現為能夠處理這種情況，實際上大部分slave設備中不包含SCL驅動器的，因此無法拉伸時鐘。

　　所以更完整的I2C數據傳輸時序圖為：