DW_apb_i2c学习笔记之I2C协议部分

i2c 协议

START & STOP condition

• bus为IDLE的时候，SCL和SDA都为高
• 当SCL为高的时候，把SDA拉低发出START condition
• 当SCL为高的时候，把SDA拉高发出STOP condition
• 在SCL为low的时候可以改变数据，但是当SCL为1的时候必须要保持数据stable

address slave protocl

• 7 bit address format bits 7:1 表示slave地址，bit0表示读写 0为写，1为读

• 10 bit address format 由2个byte组成第一个byte的前5个bits表示告诉slave这是一个10 bits address，图中A9,A8 A7-A0都用来表示10bit的地址

  • 第一个byte的定义

Transmitting & Receiving protocol

• master- transmitter and slave-receiver

  • 所有的data都是以byte长度进行传输，
  • master发送address和R/W信号之后，slave需要response一个acknowledege信号
  • master传输完每1 byte data之后slave也需要ACK，注意这里的ACK是receiver必须发给transmiter的，有可能发给master，也有可能发给slave
  • 如果slave没有respond ACK pulse，master会用STOP去中断传输，slave必须拉高SDA这样master才能中断传输
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• master-receiver and slave-transmitter

  • master每接收一个byte都要发一个ACK给slave，但是在最后1个byte的时候，master会发一个NACK表示这是最后1个byte。
  • 在slave检测到master发出的NACK,会拉高SDA(释放SDA line) ，这样master才可以issue一个STOP condition，如果master不想交出总线，可以发出一个RESTART conditon之后他可以重新选择一次地址和R/W，如下图10bit的情况

START BYTE transfer protol

当没有板上的i2c HW module的时候，需要一个START BYTE的协议，比如和DW_apb_i2c交互的时候。为什么需要START BYTE，因为硬件上面没有处理器这种可以轮询的device的时候需要让软件去轮询总线的行为，使用常规的START condition的时候容易错过，因此扩展START BYTE为‘00000001’并用较低频率去采样SDA line，只要查到7个0中的任何1个0，就改为高速。

• 当DW_apb_i2c作为slave的时候i2c bus会一直处于最高速的状态，不需要START BYTE transfer
• 当DW_apb_i2c作为master的时候需要在每一个transfer的开头加上START BYTE，以确保slave device接收到了
• START byte的过程：
  1. master 产生 START condition
  2. master transmit START byte ’00000001‘
  3. master transmit ACK clock pulse
  4. No slave sets the ACK to 0（没有任何一个slave响应ACK）
  5. master generate RESTART conditon
     HW receiver不需要respond START BYTE，因为它是保留地址
     在RESTART conditionu之后就被复位
     

timing spec

• tf tr，分别对应falling edge和rising edge的时间，两个transition之间的时间，30%-70%图中

• setup time，hold time分别对应采样前/后数据要保持稳定的时间，图中分别对应了SCL 上升沿到数据改变状态的这段时间和SCL下降沿到数据改变状态的这段时间

• START conditon setup hold time

  • START conditon hold time 表示在SCL下降之前应该保持稳定的时间
  • START conditon setup time只有在RESTART的情况下才有，表示在restart之前SDA应该保持为高的时间
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• STOP condition setup time

  • 指的是在SCL为高的时候SDA在变高之前应保持稳定的时间

• setup time for data

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• Buffer time

  • buffer time specifies the bus free time between stop and start condition,如果不满足的话，slave device可能就不能把新的START condition看作一次新的传输，从而不会respond