I2C总线内容总结分享

简介

IIC的全称是Inter-Integrated Circuit，串行总线的缩写，由duPhilips公司推出，是近年来在微电子通信控制制领域广泛采用的一种新型总线标准。具有总线仲裁机制，非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数据通信。它是同步通信的一种特殊形式，仅需两根线（SLC、SDA）即可完成信息传输，并且通信速率较高。在主从通信中，可以有多个IIC设备同时接到IIC总线上，通过地址来识别通信对象。

I2C总线时序详解

1.1 总线数据有效性
　　I2C总线是单工，因此同一时刻数据只有一个流向，因此采样有效时钟也是单一的，是在SCL时钟的高电平采样数据。
　　I2C总线上SDA数据在SCL时钟低电平是可以发生变化，但是在时钟高电平时必须稳定，以便主从设备根据时钟采样数据，如下图：

1.2 总线空闲条件
SDA、SCL都是高电平
IIC总线的两根线必须上拉，要么CPU内部上拉，要么外置上拉电阻上拉！一般而言，CPU通过两种方式连接IIC总线，分别为：
1）通过CPU引出的普通IO引脚连接IIC总线，如C51单片机的IO引脚，通过IO模拟IIC时序完成信息传输，这种方法称为软件IIC。日常所接触到的CPU均可实现这种传输方式，当然前提是时序无误。
2）通过IIC控制器来连接IIC总线，如STM32单片机中的IIC控制器连接IIC设备，CPU设置好IIC控制器后，便只要将数据放入发送寄存器即可，这种方法称为硬件IIC。目前大多数CPU都内部集成了IIC控制器（可能好几个），因此这种方式是最常遇到的。
　　1.3 总线数据传输起始和结束条件
开始位：时钟线SCL高电平，SDA由高变低；
停止位：时钟线SCL高电平，SDA由低变高；

1.4 总线数据传输顺序以及ACK应答
I2C总线上数据传输室MSB在前，LSB在后，从示波器上看，从左向右依次读出数据即可。
SCL是单向的只能主机控制，SDA是双向的，主、从机都能控制
ACK应答：
在第9个时钟的低电平期间，主机将SDA拉高后释放SDA总线并拉低SCL总线，从机需要在SCL拉低的短暂时间内将SDA总线拉低并保持住，主机在一个确定的时间后再次拉高SCL去读取SDA线的状态，若为低电平，则认为收到了从机的响应，即为ACK信号，此时主机会拉低SCL，以此告诉从机释放SDA。
无ACK应答：
在第9个时钟的低电平期间，主机将SDA拉低，即告诉从机无ACK应答。
ACK应答完成后，主机可以直接进入下一个字节的发送循环阶段，也可以发送一个stop信号，使总线处于空闲状态，具体如下：
首先此时SCL处于低电平状态时拉低SDA，然后再拉高SCL，然后在SCL为高的期间拉高SDA释放，stop位已产生，此时SDA和SCL都为高，即总线空闲状态。
I2C总线传输的数据不收限制，但是每次发到SDA上的必须是8位，并且主机发送8位后释放总线，从机收到数据后必须拉低SDA一个时钟，回应ACK表示数据接收成功，我们如果示波器上看到的波形就是每次9位数据，8bit+1bit ack。如下：

　　从机收到一字节数据后，如果需要一些时间处理，则会拉低SCL，让传输进入等待状态，处理完成，释放SCL，继续传输，如下：

　　1.5 总线读写时序
　　数据的传输在起始条件之后，发送一个7位的从机地址，紧接着第8位是数据方向（R/ W），0-表示发送数据（写），1-表示接收数据（读）。数据传输一般由主机产生的停止位（P）终止。但是如果主机仍希望在总线上通讯，它可以产生重复起始条件（Sr），和寻址另一个从机，而不是首先产生一个停止条件。在这种传输中，可能有不同的读/写格式结合。
数据读取：一般而言，数据在SCL时钟的上升沿读取，因此在时钟上升沿期间数据应保持稳定。
数据变化：一般而言，数据在SCL时钟低电平时候变化，并且变化之后要等待tSUDATA时间才能将SCL时钟拉高
　　I2C总线主设备读写从设备，一般都是与从设备的寄存器打交道，这个可以通过阅读从设备的datasheet获取。总线写时序如下：
　　master start + master addr|w + slave ack + master reg|w + slave ack + master data + slave ack + master restart。。master data + slave nack + master stop
　　总线读时序如下：
　　master start + master addr|w + slave ack + master reg|w + slave ack + master restart + master addr|r + slave ack + slave data + master nack + master stop
　　总线读时序与写的不同之处在于读需要2次传输才能完成一次读取，首先要写寄存器地址到从设备，其实是写到了从设备的控制寄存器或者命令寄存器，从设备内部会根据这个地址来寻址所要操作的寄存器。
　　我在读我们的bios和内核时发现，两者在总线读时序上的实现不太一样，在于第一次寄存器地址写入后，一个发的是restart，一个发的是stop，然后再start开始读取数据，示波器抓波形发现读取数据都正确，说明这2种时序都是正确的。
　　I2C总线的读写时序比较固定，设备通信严格遵循协议，因此I2C总线设备驱动程序的编写也就相对简单一些。