嵌入式Linux核心I2C子系統詳解
1.1 I2C匯流排知識
1.1.1 I2C匯流排物理拓撲結構
I2C匯流排在物理連線上非常簡單，分別由SDA(序列資料線)和SCL(序列時鐘線)及上拉電阻組成。
通訊原理是通過對SCL和SDA線高低電平時序的控制，來產生I2C匯流排協議所需要的訊號進行資料的
傳遞。在匯流排空閒狀態時，這兩根線一般被上面所接的上拉電阻拉高，保持著高電平。
1.1.2 I2C匯流排特徵
I2C總線上的每一個裝置都可以作為主裝置或者從裝置，而且每一個裝置都會對應一個唯一的地址(可以從I2C器件的資料手冊得知)，主從裝置之間就通過這個地址來確定與哪個器件進行通訊，
的應用中，我們把CPU帶I2C匯流排介面的模組作為主裝置，把掛接在總線上的其他裝置都作為從裝置。
I2C總線上可掛接的裝置數量受匯流排的最大電容400pF 限制，如果所掛接的是相同型號的器件，
則還受器件地址位的限制。
I2C匯流排資料傳輸速率在標準模式下可達100kbit/s，快速模式下可達400kbit/s，高速模式下
可達3.4Mbit/s。一般通過I2C匯流排介面可程式設計時鐘來實現傳輸速率的調整，同時也跟所接的上拉電阻
的阻值有關。
I2C總線上的主裝置與從裝置之間以位元組(8位)為單位進行雙向的資料傳輸。
1.1.3 I2C匯流排協議
I2C協議規定，總線上資料的傳輸必須以一個起始訊號作為開始條件，以一個結束訊號作為傳輸的停止條件。起始和結束訊號總是由主裝置產生。匯流排在空閒狀態時，SCL和SDA都保持著高電平，
當SCL為高電平而SDA由高到低的跳變，表示產生一個起始條件；當SCL為高而SDA由低到高的跳變，
表示產生一個停止條件。在起始條件產生後，匯流排處於忙狀態，由本次資料傳輸的主從裝置獨佔，
其他I2C器件無法訪問匯流排；而在停止條件產生後，本次資料傳輸的主從裝置將釋放匯流排，匯流排再次
處於空閒狀態。如圖所示：
在瞭解起始條件和停止條件後，我們再來看看在這個過程中資料的傳輸是如何進行的。前面
我們已經提到過，資料傳輸以位元組為單位。主裝置在SCL線上產生每個時鐘脈衝的過程中將在SDA
線上傳輸一個數據位，當一個位元組按資料位從高位到低位的順序傳輸完後，緊接著從裝置將拉低SDA線，
回傳給主裝置一個應答位，此時才認為一個位元組真正的被傳輸完成。當然，並不是所有的位元組傳輸都
必須有一個應答位，比如：當從裝置不能再接收主裝置傳送的資料時，從裝置將回傳一個否定應答位。
資料傳輸的過程如圖所示：
在前面我們還提到過，I2C總線上的每一個裝置都對應一個唯一的地址，主從裝置之間的資料傳輸
是建立在地址的基礎上，也就是說，主裝置在傳輸有效資料之前要先指定從裝置的地址，地址指定的
過程和上面資料傳輸的過程一樣，只不過大多數從裝置的地址是7位的，然後協議規定再給地址新增
一個最低位用來表示接下來資料傳輸的方向，0表示主裝置向從裝置寫資料，1表示主裝置向從裝置
讀資料。如圖所示：
1.1.4 I2C匯流排操作
對I2C匯流排的操作實際就是主從裝置之間的讀寫操作。大致可分為以下三種操作情況：
第一，主裝置往從裝置中寫資料。資料傳輸格式如下：
第二，主裝置從從裝置中讀資料。資料傳輸格式如下：
第三，主裝置往從裝置中寫資料，然後重啟起始條件，緊接著從從裝置中讀取資料；
或者是主裝置從從裝置中讀資料，然後重啟起始條件，緊接著主裝置往從裝置中寫資料。
資料傳輸格式如下：
第三種操作在單個主裝置系統中，重複的開啟起始條件機制要比用STOP終止傳輸後
又再次開啟匯流排更有效率。
1.2 I2C匯流排硬體介面電路示例
1.2.1 I2C匯流排硬體介面電路示例一
這個電路是基於LPC2368 ARM7晶片進行設計的，使用其內部的I2C介面作為主裝置，
使用ADT75和SC16IS740作為兩個從裝置的I2C匯流排應用。
ADT75是一個帶I2C介面的溫度感測器器件，資料手冊上對其地址的描述如下：
由此，其地址跟A0、A1、A2引腳的接法有關，我們這裡的例項是將A0、A1、A2全部接到高電平上，
因此其地址是：1001111(即0x4F)，又因根據協議再給地址新增一個最低位(方向位，預設給寫方向)，
因此最後這個溫度感測器作為從裝置的地址是：10011110(即0x9E)。
SC16IS740是一個具有I2C或者SPI介面的擴充套件UART的器件(通過第8腳來決定使用I2C還是SPI介面，我們
這裡要求使用I2C介面，因此將第8腳接到高電平)。根據資料手冊，我們同樣的可以知道地址跟A0、A1的接法
有關，我們這裡的A0接高電平，A1接低電平。因此這個器件作為從裝置的地址是：10010010(即0x92)。
1.2.2 I2C匯流排硬體介面電路示例二
這個電路是Mini2440開發板上I2C匯流排介面的應用。我們可以看到，SDA和SCL線上接了一個10K
的上拉排阻。AT24C08是一個容量為8Kbit的EEPROM儲存器件(注意是8Kbit，也就是1KB) ，根據
資料手冊中器件地址部分的描述，AT24C08的地址是：1010+A2A1A0+方向位，其中1010是EEPROM
的型別識別符；僅僅使用A2來確定匯流排訪問本器件的從裝置地址，這裡接的低電平，所以為0；A1和A0
是器件內部頁地址，在對器件擦除或者程式設計時使用，雖然這裡也接的低電平，但器件內部並不使用引腳的
輸入值，也就是說A1和A0的值是由軟體進行設定的。
1.3 脫離作業系統的I2C匯流排驅動示例(以電路示例一為例)
1.3.1 LPC2368中I2C介面暫存器描述
LPC2368中有三個I2C匯流排介面，分別表示為I2C0、I2C1和I2C2，每個I2C介面都包含7個暫存器。它們分別是：I2C控制置位暫存器(I2CONSET)： 8位暫存器，各位不同的設定是對I2C匯流排不同的控制。
位 |
符號 |
描述 |
復位值 |
1:0 |
- |
保留，使用者軟體不要向其寫入1。從保留位讀出的值未被定義 |
NA |
2 |
AA |
宣告應答標誌。為1時將為需要應答的情況產生一個應答 |
0 |
3 |
SI |
I2C中斷標誌。當I2C狀態改變時該位置位 |
0 |
4 |
STO |
匯流排停止條件控制。1發出一個停止條件，當匯流排檢測到停止條件時，STO自動清零 |
0 |
5 |
STA |
匯流排起始條件控制。1進入主模式併發出一個起始條件 |
0 |
6 |
I2EN |
匯流排使能控制。1為使能 |
0 |
7 |
- |
保留，使用者軟體不要向其寫入1。從保留位讀出的值未被定義 |
NA |
I2C控制清零暫存器(I2CONCLR): 8位暫存器，對I2CONSET暫存器中的相應為清零。
位 |
符號 |
描述 |
復位值 |
1:0 |
- |
保留，使用者軟體不要向其寫入1。從保留位讀出的值未被定義 |
NA |
|
|