总线一：IIC

Posted 2023-02-26 I am Supreme

一、I2C集成电路总线, 多用于主控制器和从器件间的主从通信。

二、适用场景：在小数据量场合使用，传输距离短。

三、IIC是半双工。IIC的物理层：两条总线线路，一条是串行数据线SDA，一条是串行时钟线SCL，当总线空闲时，两条线都是高电平。

四、传输速率在标准模式下可以达到100kb/s,快速模式下可以达到400kb/s，支持7位地址模式。

五、IIC的协议层：

①数据的有效性：在时钟的高电平期间SDA线上的数据必须保持稳定，只有在时钟信号SCL变低的时候SDA的电平状态才能跳变。

②所有的数据传输起始于一个START(S)结束于一个STOP(P),如下图所示。起始条件：当SCL为高电平的时候，SDA线上由高到低的跳变定义为起始条件;结束条件：当SCL为高电平的时候，SDA线上由低到高的跳变被定义为停止条件。

③：每当主机向从机发送完一个字节的数据，主机总是需要等待从机给出一个应答信号，以确认从机是否成功接收到了数据，从机应答主机所需要的时钟仍是主机提供的。

④数据帧格式I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。

I2C通讯流程

每个I2C设备(不管是微控制器， LCD驱动，存储器或者键盘接口)都通过唯一的地址进行识别，根据设备功能，他们既可以是发送器也可作为接收器。

I2C从机检测到I2C总线上的START起始位之后，就开始从总线上接收地址，之后会把从总线接收到的地址和自身的地址（通过软件编程）进行比较，一旦两个地址相同， I2C从机将发送一个确认应答(ACK)，并响应总线的后续命令：发送或接受所要求的数据。此外，如果软件开启
了广播呼叫，则I2C从机始终对一个广播地址 (0x00)发送确认应答。 I2C模块始终支持7位和10位的地址。 I2C主机负责产生START起始位和STOP结束位来开始和结束一次传输，并且负责产生SCL时钟。

1、7位地址的I2C通讯流程

2、10位地址的I2C通讯流程（主机发送）

3、10位地址的I2C通讯流程（主机接收）

• 软件编程模型

一个I2C设备例如LCD驱动器可能只是作为一个接收器，但是一个存储器既可以接收数据，也
能发送数据。除了按照发送/接收方来区分， I2C设备也分为数据传输的主机和从机。主机是指
负责初始化总线上数据的传输并产生时钟信号的设备，此时任何被寻址的设备都是从机。
不管I2C设备是主机还是从机，都可以发送或接收数据，因此， I2C设备有以下4种运行模式：
 主机发送方；
 主机接收方；
 从机发送方；
 从机接收方。

I2C模块支持以上四种模式。系统复位以后，I2C默认工作在丛机模式下。通过软件配置使I2C总线上发送STOP结束位后，I2C又变回丛机模式。

七、从机发送模式下的软件流程

在从机模式下要发送数据到I2C总线，软件应该按照下面的步骤来运行操作：
1. 首先，软件应该使能I2C外设时钟，以及配置I2C_CTL1中时钟相关寄存器来确保正确的I2C时序。使能和配置以后， I2C运行在默认的从机模式状态，等待START起始位和地址。
 

2. 接收一个START起始位及随后的地址。

3. 现在I2C进入数据发送状态，由于移位寄存器和数据寄存器I2C_DATA都是空的，硬件将TBE位置1。软件此时可以写入第一个字节数据到I2C_DATA寄存器，但是TBE位并没有被清0，因为写入I2C_DATA寄存器的字节被立即移入内部移位寄存器。当移位寄存器非空的时候， I2C开始发送数据到I2C总线。

4. 第一个字节的发送期间，软件可以写第二个字节到I2C_DATA，此时TBE位被清0，因为I2C_DATA寄存器和移位寄存器都不是空。
 

5. 第一个字节的发送完成之后， TBE被再次置起，软件可以写第三个字节到I2C_DATA，同时TBE位被清0。在此之后，任何时候TBE被置1，只要依然有数据待被发送，软件都可以写入一个字节到I2C_DATA寄存器。

6. 倒数第二个字节发送期间，软件写最后一个数据到I2C_DATA寄存器来清除TBE标志位，之后就再不用关心TBE的状态。 TBE位会在倒数第二个字节发送完成后置起， 直到检测到STOP结束位时被清0。

7. 根据I2C协议， I2C主机将不会对接收到的最后一个字节发送应答，所以在最后一个字节发送结束后， I2C从机的AERR会置起以通知软件发送结束。软件写0到AERR位可以清除此位 。

从机发送模式如下图所示：

八、从机接收模式下的软件流程

在从机模式下接收数据时，软件应该遵循这些步骤来操作：
1. 首先，软件应该使能I2C外设时钟，以及配置I2C_CTL1中时钟相关寄存器来确保正确的
I2C时序。使能和配置以后， I2C运行在默认的从机模式状态，等待START起始位以及地址。

2. 在接收到START起始条件和匹配的7位或10地址之后， I2C硬件将I2C状态寄存器的
ADDSEND位置1，此位应该通过软件轮询或者中断来检测，发现置起后，软件通过先读
I2C_STAT0寄存器然后读I2C_STAT1寄存器来清除ADDSEND位。一旦ADDSEND位被清
0， I2C就开始接收来自I2C总线的数据。

3. 一旦接收到第一个字节， RBNE位被硬件置1，软件可以读取I2C_DATA寄存器的第一个字
节，此时RBNE位也被清0。
4. 任何时候RBNE被置1，软件可以从I2C_DATA寄存器读取一个字节。

5. 接收到最后一个字节后， RBNE被置1，软件可以读取最后的字节。

1. 当I2C检测到I2C总线上一个STOP结束位， STPDET位被置1，软件通过先读I2C_STAT0
   寄存器再写I2C_CTL0寄存器来清除STPDET位。

丛机接收模式如下图所示：

九、主机发送模式下的软件流程

在主机模式下发送数据到I2C总线时，软件应该遵循这些步
骤来运行I2C模块：
1. 首先，软件应该使能I2C外设时钟，以及配置I2C_CTL1中时钟相关寄存器来确保正确的
I2C时序。使能和配置以后， I2C运行在默认的从机模式状态，等待START起始位， 随后等
待I2C总线寻址。
2. 软件将START位置1，在I2C总线上产生一个START起始位。
3. 发送一个START起始位后， I2C硬件将I2C_STAT0的SBSEND位置1然后进入主机模式。
现在软件应该读I2C_STAT0寄存器然后写一个7位地址位或带有地址头的10位地址位到
I2C_DATA寄存器来清除SBSEND位。一旦SBSEND位被清0， I2C就开始发送地址或者地
址头到I2C总线。如果发送的地址是10位带地址头的地址，硬件在发送地址头的时候会将
ADD10SEND位置1，软件应该通过读I2C_STAT0寄存器然后写10位低地址到I2C_DATA
来清除ADD10SEND位。
4. 7位或10位的地址位发送出去之后， I2C硬件将ADDSEND位置1，软件应该清除ADDSEND
位（通过读I2C_STAT0寄存器然后读I2C_STAT1寄存器）。
5. I2C进入数据发送状态，因为移位寄存器和数据寄存器I2C_DATA都是空的，所以硬件将TBE位置1。此时软件可以写第一个字节数据到I2C_DATA寄存器，但是TBE位此时不会被
清零，因为写入I2C_DATA寄存器的字节被立即移入内部移位寄存器。一旦移位寄存器非
空， I2C就开始发送数据到总线。
6. 在第一个字节的发送过程中，软件可以写第二个字节到I2C_DATA，此时TBE会被清零。
7. 任何时候TBE被置1，软件都可以向I2C_DATA寄存器写入一个字节，只要还有数据待发送。
8. 在倒数第二个字节发送过程中，软件写入最后一个字节数据到I2C_DATA来清除TBE标志
位，此后就不用关心TBE位的状态。 TBE位会在倒数第二个字节发送完成后被置起，直到
发送STOP结束位时被清零。
9. 最后一个字节发送结束后， I2C主机将BTC位置起，因为移位寄存器和I2C_DATA寄存器此
时都为空。软件此时应该配置STOP来发送一个STOP结束位，此后TBE和BTC状态位都
将被清0。 

主机接收模式如下图所示：