I2C收发引擎及从机软件的实现原理分析

本文主要是介绍I2C收发引擎及从机软件的实现原理分析，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

I2C通信协议的本质其实就是基本的帧通信.之后附加了一些基本功能.

所有的同步通信都需要一根同步信号线/时钟线, 和若干根数据线. 发送方在同步信号线的无效状态下准备好新的数据放到数据线上, 在进入有效状态后保持数据不变, 接收方在同步信号线的有效状态下读取数据.
抛开数据的具体内容不谈, 一个基本的帧通信包括: 开始信号(START) + 通信数据流 + 帧结束信号(STOP). I2C使用SCL高电平下SDA的下降沿表示开始信号, 而不需要浪费一个专用字符来表示开始. 同样, 使用SDA高电平下SDA的上升沿表示结束信号. 在数据传输过程中, SDA为一根串行数据线, SCL为同步/时钟线, 高电平有效, 低电平无效, 高低变化的频率限制了串行数据传输的速率.
为了保证数据通信正确被接收, I2C对每个接收数据的设备(主机或者从机)要求, 在收到数据收要发送应答信号(ACK), 发送方收到接收方的应答信号后才会发送下一个数据.

至此, I2C通信物理帧的定义结束, MCU硬件实现的也是这个层面上的通信, 所以I2C通信引擎在硬件上也可以使用中断或进一步使用DMA进行传输. 至于I2C通信中"设备地址"和"寄存器地址"的概念, 都是协议层面上的约定, 应交由软件处理.

使用I2C对数据内容的常规约定:

在任何情况下, START都是从主机发出, 之后发送的一个有效数据是从机设备地址. 对于从机MCU硬件实现, 这个阶段也会用从机地址同本机设备地址进行匹配.
从机设备地址后紧跟寄存器访问地址. 对于从机MCU硬件实现, 这个阶段会将这个寄存器地址写入到从机设备的"当前读写指针/地址"寄存器中, 这个指针在后续的读或者写过程中都会被用到. 到此时可称为"主机的发起过程".
如果是写数, 主机继续发送待写数据, 从机每接收一个数据, 就写入到"读写指针"指定的位置, 然后递增"读写指针".
如果是读数, 从机从设备地址的最后一位中就能判断此时的角色. 发送应答信号(应答表示设备地址的数据)之后, 立刻切换成发送模式开始发数. 主机在收到之前发送设备地址对应的应答信号之后, 就立即切换成收数模式, 之后在收到从机发过来的数据之后逐个回复应答, 回复NACK就告诉从机不要再发了. 从机在收到主机发送的NACK之前会不停发数并更新"读写指针".

同其它主从通信系统中的从机实现类似, 从机所有的动作都是在中断中, 由主机驱动触发. 从机内部可以实现一个状态机.

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