I2C从驱动到应用（下篇）

I2C的应用实例一： 利用i2c读取SPD的信息

下面以龙芯BIOS为例，介绍如何利用I2C读取内存条上的SPD信息。
1. 硬件连接
龙芯内部的i2c控制器包括时钟发生器、字节命令控制器、状态寄存器、发送寄存器、接收寄存器，结构如下图：
 

主要的寄存器介绍如下：
 

2. 利用i2c读取内存SPD信息
以读取芯片类型(DDR2，DDR3，DDR4)为例子，根据SPD规范，SPD偏移为2的寄存器表示DIMM Type，如果它的值是0x08,就表示DDR2,如果值为0xb则表示DDR3。
通过上面的寄存器说明，结合i2c读写的时序河代码，我们可以写出如下进行i2c读写的流程：
1.初始化控制寄存器；
2.查询状态寄存器，直至TIP＝0（表示i2c控制器空闲）；
3.发送地址或者偏移到TX寄存器；
4.设置命令寄存器的START bit和读bit,启动传输；
5.查询状态寄存器直到TIP 和busy bit 都为0，读取接收寄存器。
实现的过程如下:

    dli     a1, 2
    GET_I2C_NODE_ID_a2
  

*i2c_send_b*/              
    /* load device address to write reg offset */
    andi    v1, a0, 0xfe        
    li  v0, H2LS_I2C0_TXR_REG   
    sb  v1, 0x0(v0)     

    /* send start frame */
    li  v1, CR_START | CR_WRITE
    li  v0, H2LS_I2C0_CR_REG        
    sb  v1, 0x0(v0)     

    /* waite send finished */
//  i2c_wait_tip            
    li  v0, H2LS_I2C0_SR_REG    
1:                      
    lb  v1, 0x0(v0)     
    andi    v1, v1, SR_TIP      
    bnez    v1, 1b          
    nop
    
    /* send data to be written */
    move    v1, a1          
    li  v0, H2LS_I2C0_TXR_REG   
    sb  v1, 0x0(v0)     

    /* send data frame */
    li  v1, CR_WRITE        
    li  v0, H2LS_I2C0_CR_REG        
    sb  v1, 0x0(v0)     

    /* waite send finished */
//  i2c_wait_tip            
    li  v0, H2LS_I2C0_SR_REG    
1:                      
    lb  v1, 0x0(v0)     
    andi    v1, v1, SR_TIP      
    bnez    v1, 1b           
  nop

/* i2c_read_b */                   
    /* load device address */
    ori v1, a0, 0x1
    li  v0, H2LS_I2C0_TXR_REG   
    sb  v1, 0x0(v0)     
    
    /* send start frame */
    li  v1, CR_START | CR_WRITE
    li  v0, H2LS_I2C0_CR_REG        
    sb  v1, 0x0(v0)     

    /* waite send finished */
//  i2c_wait_tip            
    li  v0, H2LS_I2C0_SR_REG    
1:                      
    lb  v1, 0x0(v0)     
    andi    v1, v1, SR_TIP      
    bnez    v1, 1b          
    nop
    
    /* receive data to fifo */
    li  v1, CR_READ | CR_ACK    
    li  v0, H2LS_I2C0_CR_REG        
    sb  v1, 0x0(v0)     

//  i2c_wait_tip            
    li  v0, H2LS_I2C0_SR_REG    
1:                      
    lb  v1, 0x0(v0)     
    andi    v1, v1, SR_TIP      
    bnez    v1, 1b          
    nop

    /* read data from fifo */
    li  v0, H2LS_I2C0_RXR_REG                                                                                                                                          
                                 
   lb  a1, 0x0(v0)

/* i2c_stop */              
    /* free i2c bus */
    li  v0, H2LS_I2C0_CR_REG        
    li  v1, CR_STOP     
    sb  v1, 0x0(v0)     
1:                  
    li  v0, H2LS_I2C0_SR_REG        
    lb  v1, 0x0(v0)     
    andi    v1, v1, SR_BUSY     
    bnez    v1, 1b          
    nop             
    
    move    v0, a1

    jr  ra
    nop
END(i2cread)

（ 1.写寄存器偏移到SPD;2.读指定偏移的SPD。其中上面的每个步骤都可以再分解成两步：1.写地址到TX 寄存器,start，直到TIP变成0；2.用要读或者写的寄存器偏移填充TX,start,直到TIP变成0 。当然最后是通过清除状态寄存器的busy bit来设置当前控制器从busy状态转移到free状态）。

实现了基本的i2cread读写函数之后，就可以利用它来读取SPD上任意偏移寄存器的信息了，下面摘取了一部分代码：
 bal     i2cread
    nop  
    //only bit[7:0] used
    andi    v0, v0, 0xff
    /* v0 should be 0xb or 0x8,else error DIMM type */
    dli     a1, 0x08
    beq     v0, a1, DDR2
    nop  
    dli     a1, 0x0B
    beq     v0, a1, DDR3
    nop  
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
上面的代码主要是调用i2cread函数去访问SPD.

I2C的应用实例二： 利用Integrated SMBus 读取HasWell SPD
和龙芯利用自己的i2c控制器读取SPD信息类似，Intel的HasWell处理器芯片系列也提供了SMBus来访问SPD。　HasWell芯片提供了下面的几个寄存器来专门读取SPD和TSOD的信息：
smb_stat: 重要的位段有
smb_rdo：表示在一次SMBus Read命令执行完成后，这个寄存器的接收数据位段保存读到的数据是有效的
smb_wod：写操作完成
smb_busy：表示当前有i2c或者SMBus的命令正在总线上执行
tsod_sa：保存有上次执行的读取TSOD指令的从地址
smb_rdata：当smb_rdo为1时，这些位段表示接收到的有效数据
smb_cmd: 重要的位段有
smb_cmd_trigger：设置这个bit为1之后，才来出发smbus发送命令
smb_word_access：控制是按照byte还是word来访问device
smb_wrt_cmd：smbus读写控制选择控制的位段
smb_sa：slave address，这个位段决定要访问的SPD或者TSOD
smb_ba：要访问的设备的bus地址
smb_wdata：缓存要通过SPDW指令写入的数据
smb_cntl:重要的位段有
smb_dti (bit31~bit28)：指定访问的是SPD还是TSOD，如果访问的是SPD，需要把这个位段设置成2'b1010
smb_ckovrd: 以防任何等待的事务出现，或者使SMbus芯片从hang状态中解放出来
smb_soft_rst: 软件重启smb 控制器，用来终止所有之前还有待进行的传输事务，软件需要，和smb_ckovrd结合通过设置smb_ckovrd＝0 且smb_soft_rst＝1，维持35ms，来使得smb 控制器恢复空闲状态。
smb_rst_on_forcest: 控制是否让force self reset 信号重启smb 控制器。
了解了上述的寄存器的功能和 用法之后，我们就不难整理出基于HasWell处理器的读取SPD的步骤：
初始化SMbus控制器：利用smb_cntl寄存器中的smb_soft_rst和smb_ckovrd字段来重启smbus控制器；
设置要读取的SPD的i2c 总线地址和从地址、设置按照byte访问、访问模式是写入，往smb_wdata里写入要访问SPD上的寄存器的偏移；
把smb_cmd_trigger设置成1，发送smbus command;
查询状态寄存器的smb_wod 和smb_busy bit，直至它们表示写操作已经完成；
设置要读取的SPD的i2c 总线地址和从地址、设置按照byte访问、访问模式是读出；
把smb_cmd_trigger设置成1，发送smbus command;
查询状态寄存器的smb_rdo 和smb_busy bit，直至它们表示读操作已经完成；
读取状态寄存器中的smb_rdata字段，返回给上层程序。

通过总结HasWell和龙芯访问SPD信息的步骤，我们可以发现控制的流程是相同的，区别就在于不同的Smbus/i2c控制器里相关寄存器的实现不一样，这就要求工程师一定要根据具体的芯片手册，结合I2C/Smubus读写的流程来处理这些差异。