基于Roebi EDA实现I2C通讯之（一）I2C通讯协议理论知识

一、I2C物理层

①多设备

②双线制度（SCL ; SDA）

③存储地址、器件地址

④空闲状态是高阻态，保持高电平

⑤多主机：仲裁

⑥标准速度：100kb/s 快速：400kb/s 高速：3.4Mb/s

二、I2C协议层

（一）I2C整体时序图

①总线空闲状态（SCL:1 SDA:1）

②起始信号（SCL:1 SDA 出现下降沿）

③数据读写信号(SCL:0 →SDA数据更新；写入1bit;从机正确接收8bit,SDA拉低（ACK响应位）)

④停止信号

SCL:1      SDA:上升沿

（二）i2c设备器件地址与存储地址

0：W

1：Read

由于I2C设备要配置寄存器的多少或存储容量的大小的不同，存储地址根据位宽分为单字节和2字节两种。例如后文要提到的OV7725、OV5640摄像头，两者的寄存器数量不同，OV7725摄像头需要配置寄存器较少，单个字节能够实现所有寄存器的寻址，所以他的存储地址位宽为8位；而OV5640摄像头需要配置寄存 器较多，单个字节不能够实现所有寄存器的寻址，所以他的存储地址位宽为16位，2个字节。

以EEPROM存储芯片为例，在ATMEL公司生产的AT24C系列EEPROM存储芯片中选取两款存储芯片AT24C04和AT24C64。AT24C04的存储容量为1Kbit(128byte)，7位存储地址即可满足所有存储单元的寻址，存储地址为单字节即可；而AT24C64的存储空间为64 Kbit(8Kbyte)，需要13位存储地址才可满足所有存储单元的寻址，存储地址为2字节。

(三)I2C读写操作

• 写操作

I2C单字节写操作(单字节存储地址)

参照时序图，列出单字节写操作流程如下：

1. 主机产生并发送起始信号到从机，将控制命令写入从机设备，读写控制位设置为低电平，表示对从机进行数据写操作，控制命令的写入高位在前低位在后；

2. 从机接收到控制指令后，回传应答信号，主机接收到应答信号后开始存储地址的写入。

3. 按高位在前低位在后的顺序写入单字节存储地址；

4. 地址写入完成，主机接收到从机回传的应答信号后，开始单字节数据的写入；

5. 单字节数据写入完成，主机接收到应答信号后，向从机发送停止信号，单字节数据写入完成。

I2C页写操作(单字节存储地址)

单字节写操作中，主机一次向从机中写入单字节数据；页写操作中，主机一次可向从机写入多字节数据。

列出页写操作流程如下：

1. 主机产生并发送起始信号到从机，将控制命令写入从机设备，读写控制位设置为低电平，表示对从机进行数据写操作，控制命令的写入高位在前低位在后；

2. 从机接收到控制指令后，回传应答信号，主机接收到应答信号后开始存储地址的写入。

3. 按高位在前低位在后的顺序写入单字节存储地址；

4. 地址写入完成，主机接收到从机回传的应答信号后，开始第一个单字节数据的写入；

5. 数据写入完成，主机接收到应答信号后，开始下一个单字节数据的写入；

6. 数据写入完成，主机接收到应答信号。若所有数据均写入完成，顺序执行操作流程；若数据尚未完成写入，跳回到步骤(5)；

7. 主机向从机发送停止信号，页写操作完成

所有I2C设备均支持单字节数据写入操作，但只有部分I2C设备支持页写操作；且支持页写操作的设备，一次页写操作写入的字节数不能超过设备单页包含的存储单元数。

• 读操作

读操作可分为随机读操作和顺序读操作。

I2C随机读操作(单字节存储地址)

I2C随机读操作可以理解为单字节数据的读取

 随机读操作时序

参照时序图，列出页写时序操作流程如下：

1. 主机产生并发送起始信号到从机，将控制命令写入从机设备，读写控制位设置为低电平，表示对从机进行数据写操作，控制命令的写入高位在前低位在后；

2. 从机接收到控制指令后，回传应答信号，主机接收到应答信号后开始存储地址的写入。

3. 按高位在前低位在后的顺序写入单字节存储地址；

4. 地址写入完成，主机接收到从机回传的应答信号后，主机再次向从机发送一个起始信号；

5. 主机向从机发送控制命令，读写控制位设置为高电平，表示对从机进行数据读操作；

6. 主机接收到从机回传的应答信号后，开始接收从机传回的单字节数据；

7. 数据接收完成后，主机产生一个时钟的高电平无应答信号；

8. 主机向从机发送停止信号，单字节读操作完成。

I2C顺序读操作(单字节存储地址)

参照时序图，列出页写时序操作流程如下：

1. 主机产生并发送起始信号到从机，将控制命令写入从机设备，读写控制位设置为低电平，表示对从机进行数据写操作，控制命令的写入高位在前低位在后；

2. 从机接收到控制指令后，回传应答信号，主机接收到应答信号后开始存储地址的写入。

3. 按高位在前低位在后的顺序写入单字节存储地址；

4. 地址写入完成，主机接收到从机回传的应答信号后，主机再次向从机发送一个起始信号；

5. 主机向从机发送控制命令，读写控制位设置为高电平，表示对从机进行数据读操作；

6. 主机接收到从机回传的应答信号后，开始接收从机传回的第一个单字节数据；

7. 数据接收完成后，主机产生应答信号回传给从机，从机接收到应答信号开始下一字节数据的传输，若数据接收完成，执行下一操作步骤；若数据接收未完成，在此执行步骤(7)；

8. 主机产生一个时钟的高电平无应答信号（接收完成）；

9. 主机向从机发送停止信号，顺序读操作完成。