用F340 GPIO做I2C
在和Qinheng开发小尺寸点灯治具中，F340和FPGA采用I2C通信，其中F340作为I2C的主机，I2C端口用自己的GPIO编写，总结遇到的问题及注意事项：
1. F340端口及上拉电阻设置：
要配成SCL/SDA的端口必须设置成opendrain结构，本例中设置如下：
sbitSCL = P0^0;
sbit SDA = P0^2;
void PORT_Init(void)
{
P0MDOUT = 0x00; // P0 is open-drain
XBR1= 0x40; // Enable crossbarand weak pull-ups
}
上拉电阻搭配XILINXSPARTAN3E的FPGA，经尝试发现用750ohm阻值的电阻，波形较好。1K及2.2K的均可以通信。
2. I2C时序控制：
I2C读写的时序一定要准照协议，否则会出现SCL、SDA线电平被拉、互相干扰等异常。本次开发中遇到问题的有下述几点。
2.1 写时序时注意事项
写操作时，结束标志由主机发起，发起的位置要注意，是在读完最后一个ack响应后的一个clk上升沿之后，不是在读完ack后直接产生。从clk的个数上来看，从最后一个byte来数，是在第10个clk上升沿之后。写操作正常时序如下图：
注意结束标志起来的位置，结束标志的产生需特别注意，参考代码。
写操作的代码如下：
/*I2C字节写 */
void i2c_write_byte(unsigned char b)
{
int i = 0;
for(i=7; i>=0; i--)
{
set_scl(0);
set_sda(b&(1<<i)); //从高位到低位依次准备数据进行发送
set_scl(0);
set_scl(0);
set_scl(1);
set_scl(1);
set_scl(0);
}
i2c_read_ack(); //检查目标设备的ACK信号
}
/* I2C读取ACK信号(写数据时使用) */
unsigned char i2c_read_ack()
{
unsigned char ack;
set_sda(1); // 主机释放SDA线，为读响应位做准备
set_scl(0);
set_scl(0);
ack = SDA; // 接收从机的ACK信号
set_scl(0);
set_scl(1); // 上升沿读取ACK信号
set_scl(1);
set_scl(0); // 读取完毕
return ack;
}
/* I2C终止条件 */
void i2c_stop()
{
// 结束标志前SCL、SDA状态清零
set_scl(0);
set_sda(0); // 在SCL低电平处将SDA拉低
set_scl(0);
// 产生结束标志
set_scl(1); // 拉高SCL
set_scl(1);
set_scl(1);
set_sda(1); // 拉高SDA
TimerDelay_us(1);
}
/*
I2C写操作
pSlave_addr：I2C slave设备地址
pChip_addr: 目标设备地址
buf：写缓冲区
len：写入字节的长度
自己应用中，协议里的chipaddr和ifsel等参数可向该函数中添加参数
*/
void i2c_write (U8 pSlave_addr, U8 pChip_addr, U8* buf, intlen)
{
int i;
unsigned char t;
i2c_start(); //起始条件，开始数据通信
// 发送slave地址和register地址，写方向
t = (pSlave_addr<< 1) | 0; //低位为0，表示写数据
i2c_write_byte(t);
// 发送chipaddress
t = pChip_addr;
i2c_write_byte(t);
// 写入数据
for (i=0; i<len;i++)
i2c_write_byte(buf[i]);
i2c_stop(); //终止条件，结束数据通信
}
另外就是注意主机写数据与读ack的操作，对sda线的控制问题：
主机8bit数据写完后与读ack的衔接，写数据时是主机控制sda线，读ack时要将sda线的控制权交出，作为opendrain接口，交出控制权的方法就是将该端口置1。所以读ack操作时第一步是将sda置1。观察波形可以看到如果和从机正常通信，从机响应ack(sda 置0)交出sda控制权后，sda线仍会被拉高，如下图红框中所示。
open drain结构的特点就是：默认情况下，端口始终是高电平，但要控制总线时，可对其进行拉低操作。如要交出控制权，只需将自己的端口置1即可。
2.2 读时序注意事项：
在本例开发中读操作时序犯了三个错误：restart信号的格式；读操作结束时最后一个byte读取完毕后，要发送nack，之前读完每个byte后发送的是ack；每读完一个byte后发送ack后，要交出sda控制权，即要将自己端口的sda置1。
读操作的正确时序如下图所示：
读操作的代码如下：
/*
I2C读操作
pSlave_addr：I2C slave设备地址
pChip_addr: 目标设备地址
pReg_addr_msb: 要读取寄存器地址高字节
pReg_addr_lsb：要读取寄存器地址低字节
buf：读缓冲区
len：读入字节的长度
*/
void i2c_read(U8 pSlave_addr, U8 pChip_addr, U8 pReg_addr_msb, U8pReg_addr_lsb, U8* buf, int len)
{
int i;
unsigned char t;
i2c_start(); //起始条件，开始数据通信
//发送slave地址和register地址,写方向
t = (pSlave_addr<< 1) | 0; //低位为0，表示读数据
i2c_write_byte(t);
// 发送chipaddress
i2c_write_byte(pChip_addr);
// 发送registeraddress
i2c_write_byte(pReg_addr_msb);
i2c_write_byte(pReg_addr_lsb);
TimerDelay_us(I2C_READ_WAIT_FPGA); // 等待FPGA读取
// set restart
i2c_restart();
//发送slave地址,读方向
t = (pSlave_addr<< 1) | 1; //低位为1，表示读数据
i2c_write_byte(t);
//读入数据
for (i=0; i<len;i++)
{
if(i<(len-1))
buf[i] =i2c_read_byte(); // 读取一个byte后发送ack
else
buf[i] = i2c_read_lastbyte(); // 读取完最后一个byte发送nack
}
i2c_stop(); //终止条件，结束数据通信
}
/* I2C字节读 */
unsigned char i2c_read_byte()
{
int i = 0;
unsigned char rbyte =0;
for(i=0; i<8; i++)
{
set_scl(0);
set_scl(0);
rbyte =(rbyte<<1)|SDA; //从高位到低位依次准备数据进行读取
set_scl(1);
set_scl(1);
set_scl(0);
}
i2c_send_ack(); //向目标设备发送ACK信号
return rbyte;
}
/* I2C 读最后一字节 */
unsigned char i2c_read_lastbyte()
{
int i = 0;
unsigned char rbyte =0;
for(i=0; i<8; i++)
{
set_scl(0);
set_scl(0);
rbyte =(rbyte<<1)|SDA; //从高位到低位依次准备数据进行读取
set_scl(1);
set_scl(1);
set_scl(0);
}
i2c_send_nack(); //向目标设备发送NACK信号
return rbyte;
}
/* I2C发出ACK信号(读数据时使用) */
void i2c_send_ack()
{
set_sda(0); // 主机发送ack，并控制sda线
set_scl(0);
set_scl(1); // 给从机提供上升沿读取ack
set_scl(1);
set_scl(0);
set_sda(1); //主机释放sda线，为读下一byte数据做准备
}
/* I2C发出NACK信号(读数据时使用) */
void i2c_send_nack()
{
set_sda(1); // 主机发送nack，并控制sda线
set_scl(0);
set_scl(1); // 给从机提供上升沿读取ack
set_scl(1);
set_scl(0);
}
/* I2C restart */
void i2c_restart(void)
{
set_scl(1);
set_scl(1);
set_sda(0);
}
注意点：
Restart信号和之前I2C写操作的衔接。在上一步写操作完成后，会读取从机的ack响应，读取完毕后，sda线会被拉高，此时按程序所示产生restart信号。
I2C读操作过程中，多个字节读取时，前面的字节读取完毕发送ack信号，最后一个字节读取完毕一定要发送nack信号。
多字节读取过程中，每个字节读取完毕发送ack信号（sda由主机置低）之后，务必要有交出sda线控制权的操作，即将主机的sda端口置高，如i2c_send_ack()函数中的set_sda(1)。不然会产生竞争，从机发出的数据高电平会出现被拉低的现象，如下图所示。
不加set_sda(1)：
加set_sda(1)：
