I2C总线协议

I2C总线详细介绍I2C是一种串行总线的外设接口，它采用同步方式串行接收或发送信息，两个设备在同一个时钟下工作。I2C总线只用两根线：串行数据SDA（SerialData）、串行时钟SCL（SerialClock）。由于I2C只有一根数据线，因此其发送信息和接收信息不能同时进行。信息的发送和接收只能分时进行。I2C串行总线工作时传输速率最高可达400Kbit/s。I2C总线上的所有器件的SDA线并接在一起，所有器件的SCL线并接在一起，且SDA线和SCL线必须通过上拉电阻连接到正电源。I2C总线的数据传输协议要比SPI总线复杂一些，因为I2C总线器件没有片选控制线，所以I2C总线数据传输的开始必须由主器件产生通信的开始条件（SCL高电平时，SDA产生负跳变）；通信结束时，由主器件产生通信的结束条件（SCL高电平时，SDA产生正跳变）。SDA线上的数据在SCL高电平期间必须保持稳定，否则会被误认为开始条件或结束条件，只有在SCL低电平期间才能改变SDA线上的数据。I2C总线的数据传输波形图如下图所示。I2C应用实例AT24C系列为美国ATMEL公司推出的串行COMS型E2PROM，具有功耗小，宽电压范围等优点。下图为AT24C系列E2PROM的引脚图。图中A0、A1、A2为器件地址引脚，Vss为地，Vcc为正电源，WP为写保护，SCL为串行时钟线，SDA为串行数据线。AT24C系列E2PROM采用I2C总线，I2C总线上可挂接多个接口器件，在I2C总线上的每个器件应有唯一的器件地址，按I2C总线规则，器件地址为7位二进制数，它与一位数据方向位构成一个器件寻址字节。器件寻址字节的最低位（D0）为方向位（读/写），最高4位（D7~D4）为器件型号地址（不同的I2C总线接口器件的型号地址由厂家给定，AT24C系列E2PROM的型号地址都为1010）；其余3位（D3~D1）与器件引脚地址A2A1A0相对应。器件地址格式：1010A2A1A0。对于E2PROM的片内地址，AT24C01和AT24C02由于芯片容量可用一个字节表示，故读写某个单元前，先向E2PROM写入一个字节的器件地址，再写入一个字节的片内地址。而AT24C04、AT24C08、AT24C16分别需要9位、10位和11位片内地址，所以AT24C04把器件地址中的A0作为片内地址的最高位，AT24C08把器件地址中的A1A0作为片内地址的最高两位，AT24C16把器件地址中的A2A1A0作为片内地址的最高三位。凡在系统中把器件的引脚地址用作片内地址后，该引脚在电路中不得使用，做悬空处理。AT24C32、AT24C64、AT24C128、AT24C256和AT24C512的片内地址采用两个字节。AT24C系列E2PROM的读写操作原理下列读写操作中SDA线上数据传送状态标记注释如下：Start为启动信号（SCL为高电平，SDA产生负跳变），由主机发送。Stop为结束信号（SCL为高电平，SDA产生正跳变），由主机发送。AddressByte、AddreeeByteH、AddreeeByteL为地址字节，指定片内某单元地址，由主机发送。data为数据字节，由数据发送方发送。0为肯定应答信号，由数据接收方发送。1为否定应答信号，由数据接收方发送。主机控制数据线SDA时，在SCL高电平期间必须保持SDA线上的数据稳定，否则会被误认为对从机的起始条件或结束条件。主机只能在SCL低电平期间改变SDA线上的数据。主机写操作期间，用SCL的上升沿写入数据；主机读操作期间，用SCL的下降沿读出数据。从AT24C系列AT24C01~AT24C16中读n个字节的数据格式：从AT24C系列AT24C32~AT24C512中读n个字节的数据格式：向AT24C系列AT24C01~AT24C16中写n个字节的数据格式（n=页长，且n个字节不能跨页）：向AT24C系列AT24C32~AT24C512中写n个字节的数据格式（n=页长，且n个字节不能跨页）：应答信号I2C总线数据传送时，每成功地传送一个字节数据后，接收器都必须产生一个应答信号。应答的器件在第9个时钟周期时将SDA线拉低，表示其已经收到一个8位数据。I2C器件在接收到起始信号和从器件地址之后响应一个应答信号，如果器件已选择了写操作，则在每接收一个8位字节之后响应一个应答信号。I2C器件工作在读模式时，在发送一个8位数据后释放SDA线（SDA置为高电平）并监视一个应答信号，一旦接收到主器件的应答信号，I2C器件则继续发送数据，如果主器件没有发送应答信号（发送非应答信号，即SDA为高电平），器件停止传送数据且等待一个停止信号。1.I2C协议2条双向串行线，一条数据线SDA，一条时钟线SCL。SDA传输数据是大端传输，每次传输8bit，即一字节。支持多主控(multimastering)，任何时间点只能有一个主控。总线上每个设备都有自己的一个addr，共7个bit，广播地址全0.系统中可能有多个同种芯片，为此addr分为固定部分和可编程部份，细节视芯片而定，看datasheet。1.1I2C位传输数据传输：SCL为高电平时，SDA线若保持稳定，那么SDA上是在传输数据bit；若SDA发生跳变，则用来表示一个会话的开始或结束（后面讲）数据改变：SCL为低电平时，SDA线才能改变传输的bit1.2I2C开始和结束信号开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。1.3I2C应答信号Master每发送完8bit数据后等待Slave的ACK。即在第9个clock，若从IC发ACK，SDA会被拉低。若没有ACK，SDA会被置高，这会引起Master发生RESTART或STOP流程，如下所示：1.4I2C写流程写寄存器的标准流程为：1.Master发起START2.Master发送I2Caddr（7bit）和w操作0（1bit），等待ACK3.Slave发送ACK4.Master发送regaddr（8bit），等待ACK5.Slave发送ACK6.Master发送data（8bit），即要写入寄存器中的数据，等待ACK7.Slave发送ACK8.第6步和第7步可以重复多次，即顺序写多个寄存器9.Master发起STOP写一个寄存器写多个寄存器1.5I2C读流程读寄存器的标准流程为：1.Master发送I2Caddr（7bit）和w操作1（1bit），等待ACK2.Slave发送ACK3.Master发送regaddr（8bit），等待ACK4.Slave发送ACK5.Master发起START6.Master发送I2Caddr（7bit）和r操作1（1bit），等待ACK7.Slave发送ACK8.Slave发送data（8bit），即寄存器里的值9.Master发送ACK10.第8步和第9步可以重复多次，即顺序读多个寄存器读一个寄存器读多个寄存器2.PowerPC的I2C实现Mpc8560的CCSR中控制I2C的寄存器共有6个。2.1I2CADR地址寄存器CPU也可以是I2C的Slave，CPU的I2C地址有I2CADR指定2.2I2CFDR频率设置寄存器TheserialbitclockfrequencyofSCLisequaltotheCCBclockdividedbythedivider.用来设置I2C总线频率2.3I2CCR控制寄存器MEN：ModuleEnable.置1时，I2C模块使能MIEN：ModuleInterruptEnable.置1时，I2C中断使能。MSTA：Master/slavemode.1Mastermode，0Slavemode.当1-0时，CPU发起STOP信号当0-1时，CPU发起START信号MTX：Transmit/receivemodeselect.0Receivemode，1TransmitmodeTXAK：Transferacknowledge.置1时，CPU在9thclock发送ACK拉低SDARSTA：RepeatSTART.置1时，CPU发送REPEATSTARTBCST：置1，CPU接收广播信息（信息的slaveaddr为7个0）2.4I2CSR状态寄存器MCF：0Bytetransferisinprocess1BytetransferiscompletedMAAS：当CPU作为Slave时，若I2CDR与会话中Slaveaddr匹配，此bit被置1MBB：0I2Cbusidle1I2CbusbusyMAL：若置1，表示仲裁失败BCSTM：若置1，表示接收到广播信息SRW：WhenMAASisset,SRWindicatesthevalueoftheR/Wcommandbitofthecallingaddress,whichissentfromthemaster.0Slavereceive,masterwritingtoslave1Slavetransmit,masterreadingfromslaveMIF：Moduleinterrupt.TheMIFbitissetwhenaninterruptispending,causingaprocessorinterruptrequest(providedI2CCR[MIEN]isset)RXAK：若置1，表示收到了ACK2.5I2CDR数据寄存器这个寄存器储存CPU将要传输的数据。3.PPC-Linux中I2C的实现内核代码中，通过I2C总线存取寄存器的函数都在文件drivers/i2c/busses/i2c-mpc.c中最重要的函数是mpc_xfer.1.staticintmpc_xfer(structi2c_adapter*adap,structi2c_msg*msgs,intnum)2.{3.structi2c_msg*pmsg;4.inti;5.intret=0;6.unsignedlongorig_jiffies=jiffies;7.structmpc_i2c*i2c=i2c_get_adapdata(adap);8.9.mpc_i2c_start(i2c);//设置I2CCR[MEN],使能I2Cmodule10.11.12.//一直读I2CSR[MBB]，等待I2C总线空闲下来13.while(readb(i2c-base+MPC_I2C_SR)&CSR_MBB){14.if(signal_pending(current)){15.pr_debug(I2C:Interrupted\n);16.writeccr(i2c,0);17.return-EINTR;18.}19.if(time_after(jiffies,orig_jiffies+HZ)){20.pr_debug(I2C:timeout\n);21.if(readb(i2c-base+MPC_I2C_SR)==22.(CSR_MCF|CSR_MBB|CSR_RXAK))23.mpc_i2c_fixup(i2c);24.return-EIO;25.}26.schedule();27.}28.29.for(i=0;ret=0&&i/FONTnum;i++){30.pmsg=&msgs[i];31.pr_debug(Doing%s%dbytesto0xx-%dof%dmessages\n,32.pmsg-flags&I2C_M_RD?read:write,33.pmsg-len,pmsg-addr,i+1,num);34.//根据消息里的flag进行读操作或写操作35.if(pmsg-flags&I2C_M_RD)36.ret=mpc_read(i2c,pmsg-addr,pmsg-buf,pmsg-len,i);37.else38.ret=mpc_write(i2c,pmsg-addr,pmsg-buf,pmsg-len,i);39.}40.m