zcu102_17_PS通过I2C接口读写外设寄存器

根据 ug1182，zcu102 板卡上 PS 连接 2 个 I2C 接口，分别是 I2C0(MIO 14-15) 和 I2C1(MIO 16-17)。

本试验使用 I2C1 通过 zcu102 板卡的 FMC HPC1 接口连接外设，PS 作为 I2C Master，外设作为 I2C Slave。

I2C 接口说明

由于 PS 程序通过 API 封装函数使用 I2C 接口，因此本文不再详述 I2C 接口时序，仅描述 I2C 通信原理。

I2C 由 SCL 和 SDA 2 条双向接口连接 Master 和 Slave，一般情况下是 1 个 Master 连接多个 Slave，以字节（8 bit）为单位传输数据。

每个 Slave 通过自身配置 （内部寄存器或者外部管脚连接）的 Slave Address（或称片选地址），供 Master 在多个 Slave 中选择 1 个通信对象。

片选地址一般情况下为 7 bit，在其最低位补上 1 bit 的读写标记位，就构成1次读或写传输中 I2C Master 向 Slave 发送的首个字节，在 Master 收到对应片选地址 Slave 的正常响应后，Master 或者 Slave 向对方发送数据。由于 Master 主控传输流程，具体传输数据内容的解析根据 Slave 的内部逻辑决定。

需要特别注意：片选地址在 Xilinx 的相关文档及 PS API 函数中都被定义为前述的 7 bit 数值，而在许多外设的手册中 I2C 片选地址被描述为最低位补 1 bit 0 值的8 bit 字节。例如外设手册中的片选地址 0x20，在 PS API 函数中应当使用 0x20>>1 作为片选地址。

I2C 写流程

字节数据的解析根据 Slave 的内部逻辑决定，一般情况是前几个字节是写入数据的寄存器地址，后几个字节是写入对应寄存器的数据；对于只有单个寄存器的 Slave 外设或者处理流数据的外设，发送的字节数据中没有地址。具体应当参考外设手册。

1. Master 发送写标记的片选字节，并得到 Slave 的响应。
2. Master 向 Slave 发送若干字节数据。

注意：放多外设手册甚至 Xilinx 文档都容易混淆片选地址和寄存器地址，区分的方法是在描述 I2C 接口时使用的 Address 一般是指片选地址，寄存器地址完全是 Slave 的内部逻辑功能与 Master 无关。

I2C 读流程

读流程由 Slave 内部逻辑决定，以下流程仅针对一般情况下的寄存器数据读取。

1. Master 发送写标记的片选字节，并得到 Slave 的响应。
2. Master 向 Slave 发送读寄存器地址的字节数据。
3. Master 发送读标记的片选字节，并得到 Slave 的响应。
4. Master 等待接收 Slave 返回的对应寄存器地址读出的字节数据。

zcu102 I2C1 的路由控制

根据 ug1182 的说明，PS 的 I2C1 接口通过 I2C 路由芯片 TCA9548A 实现单个 Master 接口对多个 Slave 的路由。

路由配置及外设地址如下表所示：

上表中的 Addr 和 Address 全部指片选地址。至于 FMC HPC_0 和 FMC HPC_1 的 0x## 地址，表示片先地址由连接该 FMC 接口的 Slave 外设自身配置决定。

参考路由芯片 TCA9548A 的手册说明，该芯片仅有单个 8 bit 寄存器，由低位至高位的数值 1 分别表示 Table 3-24 中对应 Slave 的连通，比如连接 FMC HPC_1，可以使用下图所示的配置：

在完成路由芯片的配置后，I2C1 通过 FMC HPC_1 连接外设的片选地址进行 I2C 通信。

配置 Block Design 中的 Zynq 模块

按之前文档所述的方法建立 Vivado 工程，添加 Block Design 后，在 Block Design 中加入 Zynq 模块，使用 Run Block Automation 或者手动配置 I2C 接口如下图所示：

注意：在 SDK 中建立 FSBL 工程时，必须在 PS 配置中使能 I2C0 接口。

PS 工程

根据之前文档的说明建立 PS 工程，打开 BSP 工程的 system.mss 文件导入示例工程用于 PS API 参考

配置路由芯片的代码如下：

XIicPs i2c1;
u8 i2c_switch_reg = 2;
status = XIicPs_MasterSendPolled(&i2c1, &i2c_switch_reg, 1, 0x75);
if (status != XST_SUCCESS)
{
	return XST_FAILURE;
}
while (XIicPs_BusIsBusy(&i2c1))
{
	//等待接口写入完成
}

片选地址为 0x20 的 Slave 外设，使用 16 bit 寄存器地址和 2 字节寄存器数据

Slave 写读寄存器操作

u8 slave_addr = 0x20 >> 1;//8位片选地址右移1位转化为7位片选地址
u8 buf[4];//发送I2C字节数据，顺序由buf[0]至buf[3]
u16 register_addr = 0x3002;//寄存器地址
u16 register_data = 0xABCD;//寄存器数据

buf[0] = register_addr >> 8;//寄存器地址高8位
buf[1] = register_addr & 0xFF;//寄存器地址低8位
buf[2] = register_data >> 8;//寄存器数据高8位
buf[3] = register_data & 0xFF;//寄存器数据低8位

int status;

//向寄存器写入数据*************************************************
status = XIicPs_MasterSendPolled(&i2c1, buf, 4, slave_addr);
if (status != XST_SUCCESS)
{
	return XST_FAILURE;
}
while (XIicPs_BusIsBusy(&i2c1))
{
	//等待接口写入完成
}

//从寄存器读出数据*************************************************

//向slave写入2字节读寄存器地址
status = XIicPs_MasterSendPolled(&i2c1, buf, 2, slave_addr);
if (status != XST_SUCCESS)
{
	return XST_FAILURE;
}
while (XIicPs_BusIsBusy(&i2c1))
{
	//等待接口写入完成
}

//向slave发送读指令
status = XIicPs_MasterRecvPolled(&i2c1, &(buf[2]), 2, slave_addr);
if (status != XST_SUCCESS)
{
	return XST_FAILURE;
}
while (XIicPs_BusIsBusy(&i2c1))
{
	//等待接口读出完成
}

register_data = buf[2];
register_data = (register_data << 8) | buf[3];