1.IIC規範

IIC(Inter－Integrated Circuit)匯流排是一種由PHILIPS公司開發的兩線式序列匯流排，用於連線微控制器及其外圍裝置。IIC匯流排產生於在80年代，最初為音訊和視訊裝置開發，如今主要在伺服器管理中使用，其中包括單個元件狀態的通訊。例如管理員可對各個元件進行查詢，以管理系統的配置或掌握元件的功能狀態，如電源和系統風扇。可隨時監控記憶體、硬碟、網路、系統溫度等多個引數，增加了系統的安全性，方便了管理。

2.1IIC匯流排的特點

IIC匯流排最主要的優點是其簡單性和有效性。由於介面直接在元件之上，因此IIC匯流排佔用的空間非常小，減少了電路板的空間和晶片管腳的數量，降低了互聯成本。匯流排的長度可高達

2.2IIC匯流排工作原理

2.2.1 匯流排構成及訊號型別

IIC匯流排是由資料線SDA和時鐘SCL構成的序列匯流排，可傳送和接收資料。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。各種被控制電路均並聯在這條總線上，但就像電話機一樣只有撥通各自的號碼才能工作，所以每個電路和模組都有唯一的地址，在資訊的傳輸過程中，

CPU發出的控制訊號分為地址碼和控制量兩部分：

?地址碼用來選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類；

?控制量決定該調整的類別（如對比度、亮度等）及需要調整的量。

這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨立，互不相關。

IIC匯流排在傳送資料過程中共有三種類型訊號：

?開始訊號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送資料。

?結束訊號：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送資料。

?資料傳輸訊號：在開始條件以後，時鐘訊號SCL的高電平週期期問，當資料線穩定時，資料線

?應答訊號：接收資料的IC在接收到8bit資料後，向傳送資料的IC發出特定的低電平脈衝，表示已收到資料。CPU向受控單元發出一個訊號後，等待受控單元發出一個應答訊號，CPU接收到應答訊號後，根據實際情況作出是否繼續傳遞訊號的判斷。若未收到應答訊號，由判斷為受控單元出現故障。

目前有很多半導體積體電路上都集成了IIC介面。帶有IIC介面的微控制器有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如儲存器、監控晶片等也提供IIC介面。

2.3匯流排基本操作

IIC規程運用主/從雙向通訊。器件傳送資料到總線上，則定義為傳送器，器件接收資料則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作於接收和傳送狀態。匯流排必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產生序列時鐘（SCL）控制匯流排的傳輸方向，併產生起始和停止條件。SDA線上的資料狀態僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態的改變被用來表示起始和停止條件。

2.3.1 控制位元組

在起始條件之後，必須是器件的控制位元組，其中高四位為器件型別識別符（不同的晶片型別有不同的定義，EEPROM一般應為1010），接著三位為片選，最後一位為讀寫位，當為1時為讀操作，為0時為寫操作。

2.3.2 寫操作

寫操作分為位元組寫和頁面寫兩種操作，對於頁面寫根據晶片的一次裝載的位元組不同有所不同。關於頁面寫的地址、應答和資料傳送的時序。

2.3.3 讀操作

讀操作有三種基本操作：當前地址讀、隨機讀和順序讀。圖4給出的是順序讀的時序圖。應當注意的是：最後一個讀操作的第9個時鐘週期不是“不關心”。為了結束讀操作，主機必須在第9個週期間發出停止條件或者在第9個時鐘週期內保持SDA為高電平、然後發出停止條件。

2.3.4 匯流排仲裁

主機只能在匯流排空閒的時候啟動傳輸。兩個或多個主機可能在起始條件的最小持續內產生一個起始條件，結果在總線上產生一個規定的起始條件。

當SCL線是高電平時，仲裁在SDA線發生：這樣，在其他主機發送低電平時，傳送高電平的主機將斷開它的資料輸出級，因為總線上的電平和它自己的電平不同。

仲裁可以持續多位。從地址位開始，同一個器件的話接著就是資料位（如果主機-傳送器），或者比較相應位（如果主機-接收器）。IIC匯流排的地址和資料資訊由贏得仲裁的主機決定，在這個過程中不會丟失資訊。

仲裁不能在下面情況之間進行：

?重複起始條件和資料位；

?停止條件和資料位；

?重複起始條件和停止條件。

2.4特性總結

?IIC肯定是2線的(不算地線)IIC協議確實很科學,比3/4線的SPI要好,當然線多通訊速率相對就快了

?IIC的原則是

l在SCL=1(高電平)時,SDA千萬別忽悠!!!否則,SDA下跳則"判罰"為"起始訊號S",SDA上跳則"判罰"為"停止訊號P".

l在SCL=0(低電平)時,SDA隨便忽悠!!!(可別忽悠過火到SCL跳高)

?每個位元組後應該由對方回送一個應答訊號ACK做為對方線上的標誌.非應答訊號一般在所有位元組的最後一個位元組後.一般要由雙方協議簽定.

?SCL必須由主機發送,否則天下大亂

?首位元組是"片選訊號",即7位從機地址加1位方向(讀寫)控制.從機收到(聽到)自己的地址才能傳送應答訊號(必須應答!!!)表示自己線上.其他地址的從機不允許忽悠!!!(當然群呼可以忽悠但只能聽不許說話)

?讀寫是站在主機的立場上定義的."讀"是主機接收從機資料,"寫"是主機發送資料給從機.

?重複位主要用於主機從傳送模式到接收模式的轉換"訊號",由於只有2線,所以收發轉換肯定要比SPI複雜,因為SPI可用不同的邊沿來收發資料,而IIC不行.

?在硬體IIC模組,特別是MCU/ARM/DSP等每個階段都會得到一個準確的狀態碼,根據這個狀態碼可以很容易知道現在在什麼狀態和什麼出錯資訊.

?7位IIC匯流排可以掛接127個不同地址的IIC裝置,0號"裝置"作為群呼地址.10位IIC匯流排可以掛接更多的10位IIC裝置.

3.1Linux下IIC驅動架構

Linux定義了系統的IIC驅動體系結構，在Linux系統中，IIC驅動由3部分組成，即IIC核心、IIC匯流排驅動和IIC裝置驅動。這3部分相互協作，形成了非常通用、可適應性很強的IIC框架。

3.1.1 IIC核心

IIC 核心提供了IIC匯流排驅動和裝置驅動的註冊、登出方法，IIC通訊方法（即“algorithm”，筆者認為直譯為“運算方法”並不合適，為免引起誤解，下文將直接使用“algorithm”）上層的、與具體介面卡無關的程式碼以及探測裝置、檢測裝置地址的上層程式碼等。

在我們的Linux驅動的i2c資料夾下有algos，busses，chips三個資料夾，另外還有i2c-core.c和i2c-dev.c兩個檔案。

i2c-core.c檔案實現了I2Ccore框架，是Linux核心用來維護和管理的I2C的核心部分，其中維護了兩個靜態的List，分別記錄系統中的I2Cdriver結構和I2Cadapter結構。I2Ccore提供介面函式，允許一個I2Cadatper，I2Cdriver和I2Cclient初始化時在I2Ccore中進行註冊，以及退出時進行登出。同時還提供了I2C匯流排讀寫訪問的一般介面，主要應用在I2C裝置驅動中。

3.1.2 IIC匯流排驅動

IIC匯流排驅動是對IIC硬體體系結構中介面卡端的實現，介面卡可由CPU控制，甚至直接整合在CPU內部。匯流排驅動的職責，是為系統中每個I2C匯流排增加相應的讀寫方法。但是匯流排驅動本身並不會進行任何的通訊，它只是存在那裡，等待裝置驅動呼叫其函式。

IIC匯流排驅動主要包含了IIC介面卡資料結構i2c_adapter、IIC介面卡的algorithm資料結構i2c_algorithm和控制IIC介面卡產生通訊訊號的函式。經由IIC匯流排驅動的程式碼，我們可以控制IIC介面卡以主控方式產生開始位、停止位、讀寫週期，以及以從裝置方式被讀寫、產生ACK等。

Busses資料夾下的i2c-mpc.c檔案實現了PowerPC下I2C匯流排介面卡驅動，定義描述了具體的I2C匯流排介面卡的i2c_adapter資料結構，實現比較底層的對I2C匯流排訪問的具體方法。I2Cadapter 構造一個對I2Ccore層介面的資料結構，並通過介面函式向I2Ccore註冊一個控制器。I2Cadapter主要實現對I2C匯流排訪問的演算法，iic_xfer() 函式就是I2Cadapter底層對I2C匯流排讀寫方法的實現。同時I2Cadpter 中還實現了對I2C控制器中斷的處理函式。

3.1.3 IIC裝置驅動

IIC裝置驅動是對IIC硬體體系結構中裝置端的實現，裝置一般掛接在受CPU控制的IIC介面卡上，通過IIC介面卡與CPU交換資料。裝置驅動則是與掛在I2C總線上的具體的裝置通訊的驅動。通過I2C匯流排驅動提供的函式，裝置驅動可以忽略不同匯流排控制器的差異，不考慮其實現細節地與硬體裝置通訊。

IIC裝置驅動主要包含了資料結構i2c_driver和i2c_client，我們需要根據具體裝置實現其中的成員函式。

i2c-dev.c檔案中實現了I2Cdriver，提供了一個通用的I2C裝置的驅動程式，實現了字元型別裝置的訪問介面，實現了對使用者應用層的介面，提供使用者程式訪問I2C裝置的介面，包括實現open，release，read，write以及最重要的ioctl等標準檔案操作的介面函式。我們可以通過open函式開啟 I2C的裝置檔案，通過ioctl函式設定要訪問從裝置的地址，然後就可以通過 read和write函式完成對I2C裝置的讀寫操作。

通過I2Cdriver提供的通用方法可以訪問任何一個I2C的裝置，但是其中實現的read，write及ioctl等功能完全是基於一般裝置的實現，所有的操作資料都是基於位元組流，沒有明確的格式和意義。為了更方便和有效地使用I2C裝置，我們可以為一個具體的I2C裝置開發特定的I2C裝置驅動程式，在驅動中完成對特定的資料格式的解釋以及實現一些專用的功能。

3.1Linux下IIC驅動開發

3.2.1 IIC匯流排驅動

在系統開機時，首先裝載的是I2C匯流排驅動。一個匯流排驅動用於支援一條特定的I2C匯流排的讀寫。一個匯流排驅動通常需要兩個模組，一個struct i2c_adapter和一個struct i2c_algorithm來描述：

static struct i2c_adapter pb1550_board_adapter =

{

  name:              "pb1550 adapter",

  id:                I2C_HW_AU1550_PSC,

  algo:              NULL,

  algo_data:         &pb1550_i2c_info,

  inc_use:           pb1550_inc_use,

  dec_use:           pb1550_dec_use,

  client_register:   pb1550_reg,

  client_unregister: pb1550_unreg,

  client_count:      0,

};

這個樣例掛接了一個叫做“pb1550 adapter”的驅動。但這個模組並未提供讀寫函式，具體的讀寫方法由第二個模組，struct i2c_algorithm提供。

static struct i2c_algorithm au1550_algo =

{

.name         = "Au1550 algorithm",

.id      = I2C_ALGO_AU1550,

.master_xfer = au1550_xfer,

.functionality     = au1550_func,

};

i2c_adap->algo = &au1550_algo;

這個樣例給上述匯流排驅動增加了讀寫“演算法”。通常情況下每個I2C匯流排驅動都定義一個自己的讀寫演算法，但鑑於有些匯流排使用相同的演算法，因而可以共用同一套讀寫函式。本例中的驅動定義了自己的讀寫演算法模組，起名叫“Au1550 algorithm”。

全部填妥後，通過呼叫：

i2c_add_adapter(i2c_adap);

將這兩個模組註冊到作業系統裡，匯流排驅動就算裝上了。對於AMD au1550，這部分已經由AMD提供了。

3.2.2 IIC裝置驅動

I2C的裝置驅動是通過i2c_add_driver(&my_driver)向i2c-core註冊的，my_driver中的核心是detach_client 和attach_adapter函式，在attach_adapter中通過probe探測到總線上的裝置並把裝置和驅動建立連線以完成裝置的初始化。

裝置驅動透過I2C匯流排同具體的裝置進行通訊。一個裝置驅動有兩個模組來描述，struct i2c_driver和struct i2c_client。

當系統開機、I2C匯流排驅動裝入完成後，就可以裝入裝置驅動了。首先裝入如下結構：