1. I2C 总线简介
I2C 是 Inter-Integrated Circuit 的简称, 读作: I-squared-C 由飞利浦公司于 1980 年代提出, 为了让主板嵌入式系统或手机用以连接低速周边外部设备而发展
1.1 物理接口
I2C 总线只使用两条双向漏极开路的信号线(串行数据线: SDA, 及串行时钟线: SCL), 并利用电阻上拉 I2C 总线仅仅使用 SCLSDA 两根信号线, 就实现了设备间的数据交互, 极大地简化了对硬件资源和 PCB 板布线空间的占用 I2C 总线广泛应用在 EEPROM 实时时钟 LCD 及其他芯片的接口 I2C 允许相当大的工作电压范围, 典型的电压基准为:+3.3V 或 + 5V
SCL(Serial Clock): 串行时钟线, 传输 CLK 信号, 一般是主设备向从设备提供
SDA(Serial Data): 串行数据线, 传输通信数据
I2C 总线接口内部结构如下图所示:
I2C 使用一个 7bit 的设备地址, 一组总线最多和 112 个节点通信最大通信数量受限于地址空间及 400pF 的总线电容
常见的 I2C 总线以传输速率的不同分为不同的模式: 标准模式 (100Kbit/s) 低速模式 (10Kbit/s) 快速模式 (400Kbit/s) 高速模式(3.4Mbit/s), 时钟频率可以被下降到零, 即暂停通信
该总线是一种多主控总线, 即可以在总线上放置多个主设备节点, 在停止位 (P) 发出后, 即通讯结束后, 主设备节点可以成为从设备节点
主设备节点: 产生时钟并发起通信的设备节点
从设备节点: 接收时钟并响应主设备节点寻址的设备节点
)I2C 通信双方地位不对等, 通信由主设备发起, 并主导传输过程, 从设备按 I2C 协议接收主设备发送的数据, 并及时给出响应
)主设备从设备由通信双方决定(I2C 协议本身无规定), 既能当主设备, 也能当从设备(需要软件进行配置)
I2C 总线多主设备结构如下图所示:
1.2 通讯特征
串行同步非差分低速率
1)串行通信, 所有的数据以位为单位在 SDA 线上串行传输
2)同步通信, 即双方工作在同一个时钟下, 一般是通信的 A 方通过一根 CLK 信号线, 将 A 设备的时钟传输到 B 设备, B 设备在 A 设备传输的时钟下工作同步通信的特征是: 通信线中有 CLK
3)非差分, I2C 通信速率不高, 且通信距离近, 使用电平信号通信
4)低速率, I2C 一般是同一个板子上的两个 IC 芯片间通信, 数据量不大, 速率低速率: 几百 KHz, 速率可能不同, 不能超过 IC 的最高速率
2. I2C 总线通信协议
2.1 起始位和结束位
I2C 总线通讯由起始位开始通讯, 由结束位停止通讯, 并释放 I2C 总线
起始位(S): 在 SCL 为高电平时, SDA 由高电平变为低电平
结束位(P): 在 SCL 为高电平时, SDA 由低电平变为高电平
如下图所示:
2.2 数据格式与应答
I2C 数据以字节 (即 8bits) 为单位传输, 每个字节传输完后都会有一个 ACK 应答信号应答信号的时钟是由主设备产生的
应答(ACK): 拉低 SDA 线, 并在 SCL 为高电平期间保持 SDA 线为低电平
非应答(NOACK): 不要拉低 SDA 线(此时 SDA 线为高电平), 并在 SCL 为高电平期间保持 SDA 线为高电平
在传输期间, 如果从设备来不及处理主设备发送的数据, 从设备会保持 SCL 线为低电平, 强迫主设备等待从设备释放 SCL 线, 直到从设备处理完后, 释放 SCL 线, 接着进行数据传输
如下图所示:
2.3 数据传输通讯
开始数据传输后, 先发送一个起始位 (S), 主设备发送一个地址数据(由 7bit 的从设备地址, 和最低位的读 / 写标志位组成的 8bit 字节数据, 该读写标志位决定数据的传输方向), 然后, 主设备释放 SDA 线, 并等待从设备的应答信号(ACK) 每一个字节数据的传输都要跟一个应答信号位数据传输以停止位 (P) 结束, 并且释放 I2C 总线
主设备可以不发送停止位(P), 重复发送一个起始位(Sr)
注意: 所有的数据传输过程中, SDA 线的电平变化必须在 SCL 为低电平时进行, SDA 线的电平在 SCL 线为高电平时要保持不变如下图所示:
3. 总结
本文讲述了 I2C 总线的特征和总线协议, 具体的实现方法有两种:
一种是: I2C 总线协议的软件模拟实现方法
另一种是: Linux 内核中 I2C 模块的实现方法
来源: https://www.cnblogs.com/microxiami/p/8527464.html