ZYNQ_IIC读写M24M01记录板子状态

ZYNQ_IIC读写M24M01记录板子状态

1 M24M01特点

1.1 特征

1，兼容IIC的模式：1MHz；400kHz；100kHz；

2，内存大小：1Mbit = 128Kbyte；页大小为256byte；

3，写要求：字节写在5ms内完成；页写在5ms内完成；

4，操作温度范围：-40摄氏度到+85摄氏度；

5，支持随机读模式和序列读模式；

6，整个内存都可以进行写保护；

7，可进行超过400万次写；

8，寿命可达到200年；

1.2 引脚分布

引脚分布图如图1所示。

图1 引脚分布

Scl：IIC的时钟信号，需要上拉；

Sda：IIC的数据信号，数据的输入和输出线，需要上拉；

E1,E2:输入信号，用来决定eeprom从设备地址（总共是7位从设备地址）的b3和b2位，这两个信号必须是接到vcc或者vss，如果悬空的话，那么其输入会被认为是（0，0）；

WC：写控制信号，用来保护数据的正确写入，而不是误操作而写入到内存中的，当其为高电平的时候数据不允许写入到内存中，只有当该信号为低电平或者悬空的时候才能进行写操作；当这个信号为高电平时，设备选择和地址字节被识别，而数据字节不被识别；

2 操作

2.1 设备地址

在主设备和从设备之间进行IIC通信的时候，主设备必须发出一个起始信号，然后主设备发送一个从设备地址，然后才能正常通信，该从设备地址的描述如图2所示。

图2 从设备地址描述

B0位表示IIC的操作是写或者读，如果1表示读，如果0表示写；

B1位表示操作地址的最高位A16位，读写操作时发送的地址为低16位，最高位A16位用来做从设备地址中做地址区分，当A16位选0，则表示需要写入EEPROM的低64KB，当A16位选1，则表示需要写入EEPROM的高64KB；

B2、B3位是E1和E2匹配的输入信号，连接VCC表示1，连接VSS表示0；

2.2 写操作

Eeprom的写操作可分为单个字节的写入和页数据的写入，单字节写入，每一次操作写入到eeprom指定的地址一个字节数据；页数据写入：每一次操作写入到eeprom数据为指定为一页以内（1-256）。其操作如图3所示。

字节写：

1. 主设备发送一个起始信号；
2. 主设备发送从设备地址（写），等待一个ACK信号；
3. 发送字节存储在eeprom中的地址的高8位，等待一个ACK信号；
4. 发送字节存储在eeprom中的地址的低8位，等待一个ACK信号；
5. 发送需要写入eeprom的字节数据，等待一个ACK信号；
6. 主设备发送一个停止信号；

页写入：

1. 主设备发送一个起始信号；
2. 主设备发送从设备地址（写），等待一个ACK信号；
3. 发送页数据存储在eeprom中的首地址的高8位，等待一个ACK信号；
4. 发送页数据存储在eeprom中的首地址的低8位，等待一个ACK信号；
5. 发送需要写入eeprom的页数据的第一个字节数据，等待一个ACK信号；
6. 发送需要写入eeprom的页数据的第二个字节数据，等待一个ACK信号；
7. 。。。
8. 发送需要写入eeprom的页数据的最后字节数据，等待一个ACK信号；
9. 主设备发送一个停止信号；

图3 写操作模式

2.3 读操作

当成功完成一个读操作后，设备内部的地址计数会自动增加1，指向下一个地址字节数据。在每一个数据读出到总线后，在第9个时钟周期，eeprom会等待主设备发送一个ACK信号，如果此时总线没有ACK信号，那么总线将进入standby状态，停止数据的继续传输。

读模式有当前地址读，随机地址读，当前地址序列读，随机地址序列读四个模式，其操作如图4所示。

当前地址读：

1. 主设备发送一个起始信号；
2. 主设备发送从设备地址（读），等待一个ACK信号；
3. 将字节数据读出，然后主设备设置为NOACK模式；
4. 主设备发送一个停止信号；

随机地址读：

1. 主设备发送一个起始信号；
2. 主设备发送从设备地址（写），等待一个ACK信号；
3. 主设备发送字节存储在eeprom中的地址的高8位，等待一个ACK信号；
4. 主设备发送字节存储在eeprom中的地址的低8位，等待一个ACK信号；
5. 主设备发送一个起始信号；
6. 主设备发送从设备地址（读），等待一个ACK信号；
7. 将字节数据读出，然后主设备设置为NOACK模式；
8. 主设备发送一个停止信号；

当前地址开始序列读：

1. 主设备发送一个起始信号；
2. 主设备发送从设备地址（读），等待一个ACK信号；
3. 将字节数据1读出，等待一个ACK信号；
4. 将字节数据2读出，等待一个ACK信号；
5. 。。。
6. 将最后的字节数据读出，然后主设备设置为NOACK模式；
7. 主设备发送一个停止信号；

随机地址序列读：

1. 主设备发送一个起始信号；
2. 主设备发送从设备地址（写），等待一个ACK信号；
3. 主设备发送字节存储在eeprom中的地址的高8位，等待一个ACK信号；
4. 主设备发送字节存储在eeprom中的地址的低8位，等待一个ACK信号；
5. 主设备发送一个起始信号；
6. 主设备发送从设备地址（读），等待一个ACK信号；
7. 将字节数据1读出，等待一个ACK信号；
8. 将字节数据2读出，等待一个ACK信号；
9. 。。。
10. 将字节数据读出，然后主设备设置为NOACK模式；
11. 主设备发送一个停止信号；

图4 读操作模式

3 zynq的IIC配置

3.1 IIC驱动封装

Zynq有两个IIC，板子上用到了IIC1，IIC的sck和sda连接到MIO的mio50和mio51上。

其IIC初始化配置流程：

1. 根据IIC的设备ID配置IIC的数据结构；
2. 进行IIC的自检；
3. 配置IIC的操作时钟；
4. 配置IIC操作模式为7位地址模式；

源代码：

int Init_IIC(XIicPs *IIC_Ptr)

{

      XIicPs_Config *IIC_ConfigPtr;

      //1,find device

      IIC_ConfigPtr = XIicPs_LookupConfig(XPAR_XIICPS_0_DEVICE_ID);

      //2,config iic struct data

XIicPs_CfgInitialize(IIC_Ptr,IIC_ConfigPtr,IIC_ConfigPtr->BaseAddress);

      //3,iic selftest

      status = XIicPs_SelfTest(IIC_Ptr);

      //4,config iic clk

      XIicPs_SetSClk(IIC_Ptr, IIC_SCLK_RATE);

      //5,config iic mode

      XIicPs_SetOptions(IIC_Ptr,XIICPS_7_BIT_ADDR_OPTION);

      return XST_SUCCESS;

}

IIC的写操作流程：

1. 配置好写buffer，在buffer中填充需要向eeprom中写入数据的地址和需要写入的数据；
2. 调用板级开发包的IIC轮询写操作函数，将写buffer中的数据发送到总线上；
3. 等待总线数据传输完成，进入空闲模式，方便下一次操作总线；

源代码：

int IIC_Random_Write(XIicPs *iic_Ptr,u16 slave_device_addr,u16 addr,u8 *data,u16 ByteCount)

{

      Int i = 0;

      u8 writebuf[16];

      //1,config wtire data

      writebuf[0] = (addr >> 8);

      writebuf[1] = addr;

      for(i = 0;i < ByteCount;i++)

      {

             writebuf[2 + i] = data[i];

      }

      //2,send addr and data to iic bus

      XIicPs_MasterSendPolled(iic_Ptr,writebuf,

2 + ByteCount,slave_device_addr);

      //3,Wait until bus is idle to start another transfer

      while(XIicPs_BusIsBusy(iic_Ptr))

             ;

      return XST_SUCCESS;

}

IIC的读操作流程：

1. 配置好写buffer，在buffer中填充需要向eeprom中写入数据的地址；
2. 调用板级开发包的IIC轮询写操作函数，将写buffer中的地址数据发送到总线上；
3. 调用板级开发包的IIC轮询读操作函数，读出需要读出的数据；
4. 等待总线数据传输完成，进入空闲模式，方便下一次操作总线；

3.2 记录板子上电次数和上电累计时间策略

记录板子上电次数：

通过EEPROM将主控上电次数记录下来，这样当设备在掉电的情况下也能将该数据保留下来。为了避免EEPROM在执行写操作的过程中突然断电导致数据没法更新到EEPROM，采用两个地址来存储上电次数，这两个地址为从设备地址0x56的0x0000和从设备地址0x57的0x0000。以两个地址互相备份，这样可以预防其中一个地址在意外断电导致eeprom中记录数据丢失的发生。

根据上电次数的阈值分析，一个32位的数据能够满足要求，所以上电次数的存储值以一个32位数据来存储。但是，eeprom中一个地址只能存储一个8位数据，所以需要将32位数据拆分为4个8位数据，存储在地址从0x0000开始的4个地址中，为了保证数据的正确性，把前四个字节数据的校验和存储到第5个地址中（校验和=字节1+字节2+字节3+字节4，若是超过了8位阈值则取低8位）。

记录过程：

1. 首次操作EEPROM，需要将从设备（0x56）的0x0000开始后的5个地址全部刷写为0x00，将从设备（0x57）的0x0000开始的5个地址全部刷写为0x00，这样上电次数为0，而且校验和也为0；（随后不需要做此操作）；
2. 每次上电，先读出两个地址存储的上电次数数据，并且计算其校验和，判断其校验和是否正确，（不正确可能是上一次写失败了）；
3. 根据校验和的判断分三种情况更新数值：第一种，两个数值校验和都是正确的，比较两个地址数值的大小，取两者之中大的，数值加一后更新到两个地址中；第二种，第一个地址数值校验和正确，而第二个地址数值校验和错误，则将第一个数值加1后更新到两个地址中；第三种，第一个地址数值校验和错误，而第二个地址数值校验和正确，则将第二个数值加1后更新到两个地址中。

记录板子上电累计时间：

过EEPROM将主控上电累计上电时间记录下来，这样当设备在掉电的情况下也能将该数据保留下来。为了避免EEPROM在执行写操作的过程中突然断电导致数据没法更新到EEPROM，采用两个地址来存储上电次数，这两个地址为从设备地址0x56的0x0100和从设备地址0x57的0x0100。以两个地址互相备份，这样可以预防其中一个地址在意外断电导致eeprom中记录数据丢失的发生。

根据上电次数的阈值分析，一个32位的数据能够满足要求，所以上电次数的存储值以一个32位数据来存储。但是，eeprom中一个地址只能存储一个8位数据，所以需要将32位数据拆分为4个8位数据，存储在地址从0x0000开始的4个地址中，为了保证数据的正确性，把前四个字节数据的校验和存储到第5个地址中（校验和=字节1+字节2+字节3+字节4，若是超过了8位阈值则取低8位）。

记录过程：

1. 首次操作EEPROM，需要将从设备（0x56）的0x0100开始后的5个地址全部刷写为0x00，将从设备（0x57）的0x0100开始的5个地址全部刷写为0x00，这样上电累计时间为0，而且校验和也为0；（随后不需要做此操作）；
2. 每次上电，先读出两个地址存储的累计时间数据，并且计算其校验和，判断其校验和是否正确，（不正确可能是上一次写失败了）；
3. 根据校验和的判断分三种情况更新数值：第一种，两个数值校验和都是正确的，比较两个地址数值的大小，取两者之中大的，将其更新到两个地址中；第二种，第一个地址数值校验和正确，而第二个地址数值校验和错误，则将第一个数值更新到两个地址中；第三种，第一个地址数值校验和错误，而第二个地址数值校验和正确，则将第二个数值更新到两个地址中；
4. 板子正常运行以后，每隔5s中刷新一次EEPROM中的数据。第一次5s刷写第一个地址中的累计时间：先读出第二个地址的累计时间数据，然后将其加5后写入到第一个地址中。第二次5s刷写第二个地址中的累计时间：先读出第一个地址的累计时间数据，然后将其加5后写入到第二个地址中。以此类推，ping-pong刷写。