第019课 I2C
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第001节_I2C协议与EEPROM
I2C协议
I2C在硬件上的接法如下(图19-1)所示，主控芯片引出两条线SCL,SDA线，在一条I2C总线上可以接很多I2C设备，我们还会放一个上拉电阻（放一个上拉电阻的原因以后我们再说）。
我们怎么传输数据，我们需要发数据从主设备发送到从设备上去，也需要把数据从从设备传送到主设备上去，数据涉及到双向传输。举个例子：
体育老师：可以把球发给学生，也可以把球从学生中接过来。 1，发球：a，老师说：注意了(start) b，老师对A学生说我要球发给你(地址)。 c，老师就把球发出去了（传输）。 d,A收到球之后，应该告诉老师一声（回应）。 e,老师说下课（停止）
2，接球： a，老师说注意了(start)， b，老师说：B把球发给我(地址) c,B就把球发给老师（传输） d,老师收到球之后，给B说一声，表示收到球了（回应）。 e,老师说下课（停止）
我们就使用这个简单的例子，来解释一下IIC的传输协议。 老师说注意了，表示开始信号(start) 老师告诉某个学生，表示发送地址(address) 老师发球/接球，表示数据的传输 老师/学生收到球，回应表示：回应信号(ACK) 老师说下课，表示IIC传输接受(P)
IIC传输数据的格式
1，写操作：
刚开始主芯片要发出一个start信号，然后发出一个设备地址(用来确定是往哪一个芯片写数据)，方向(读/写，0表示写，1表示读)。
回应(用来确定这个设备是否存在)，然后就可以传输数据，传输数据之后，要有一个回应信号（确定数据是否接受完成)，然后再传输下一个数据。
每传输一个数据，接受方都会有一个回应信号，数据发送完之后，主芯片就会发送一个停止信号。
白色背景：主→从灰色背景：从→主
2，读操作：
刚开始主芯片要发出一个start信号，然后发出一个设备地址(用来确定是从哪一个芯片读取数据)，方向(读/写，0表示写，1表示读)。
回应(用来确定这个设备是否存在)，然后就可以传输数据，传输数据之后，要有一个回应信号（确定数据是否接受完成)，然后在传输下一个数据。
每传输一个数据，接受方都会有一个回应信号，数据发送完之后，主芯片就会发送一个停止信号。
白色背景：主→从灰色背景：从→主
传输是以8位为单元数据传输的，先传输最高位(MSB)，主芯片发出start信号之后，然后发出9个时钟传输数据。
（1）开始信号（S）：SCL为高电平时，SDA山高电平向低电平跳变，开始传送数据。
（2）结束信号（P）：SCL为电平时，sDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
（3）响应信号(ACK)：接收器在接收到8位数据后，在第9个时钟周期，拉低SDA
SDA上传输的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定，SDA上的数据只能在SCL为低电平期间变化。如图
1，问题：如何在SDA上实现双向传输？ 答：主芯片通过一根SDA线既可以把数据发给从设备，也可以从SDA上读取数据，连接SDA线的引脚里面必然有两个引脚（发送引脚/接受引脚）。
2，问题：主设备(从设备)发送数据时，从设备(主设备)的发送引脚，不影响数据的发送，怎么做到呢？
答：里面放一个三极管，使用开极(极电集开发出去作为输出)电路，如下图
下面画一个真值表:
- 从真值表和电路图我们可以知道，当某一个芯片不行影响SDA线时，那就不驱动这个三极管。
- 想输出高电平时；都不驱动(高电平就由上拉电阻决定)。
- 想输出低电平，就驱动三极管。
从下面的例子可以看看数据是怎么传的（实现双向传输）， 比如：主设备发送（8bit）给从设备 1， 前8个clk
- 从设备不要影响，从设备不驱动三极管；
- 主设备决定数据；
2， 第9个clk，由从设备决定数据
- 主设备不驱动三极管；
- 从设备决定数据；
从上面的例子，就可以知道，怎样在一条线上实现，双向传输的办法。这就是为什么在SDA,SCL上放上拉电阻的原因。
在第9个时钟之后，如果有某一方处于繁忙状态，它可以一直把SCL拉低当SCL为低电平时候，大家都不应该使用IIC总线，只有当SCL从低电平变为高电平的时候，IIC总线才能被使用。 从图1-6和图1-7我们也可以知道ACK信号应该是低电平。主设备不驱动 三极管，如果从设备不驱动三极端的化SDA应该是高电平，当从设备接收数据之后，发出回应信号的时候，就会驱动三极管，让SDA变为低电平。所以说：ACK信号是低电平。 对于IIC协议它只能规定怎么传输数据，数据什么含义它完全不能够控制，数据的含义有从设备决定。
第002节_S3C2440的I2C控制器
在嵌入式系统里面的主控芯片一般都会有I2C控制器，要是没有可以根据I2C协议用GPIO管脚模拟，但是非常麻烦，我们要发送数据时，可以把数据放到某个寄存器，它就会自动的发出时钟，并且把数据发送给从设备，同时会等待从设备会返回回应信号。当我们想发送一个数据的时候，要设置某个寄存器启动传输，它也一样会产生时钟，然后从设备就会把数据通过SDA传到I2C控制器里面，组装进某个寄存器里面，最终寄存器会把接收到的8位数据返回给我们的程序，从这里可以看到I2C控制器简化了I2C的操作。简短电路连接图，如图:
根据上图，我们首先设置IICCON(来设置时钟)，时钟源是PCLK(是50MHZ)太快了我们需要设置这个分频系数，把时钟降低，降低到我们想要的SCL,然后我们要发出start信号，我们需要设置寄存器发出start信号，之后我们需要发出数据啊，我们的程序可以把数据写入到IICDS寄存器，一写入就会自动的发出时钟，并且把这8位数据从SDA发送给从设备，数据发送之后，在第九个时钟会收到回应信号，可以查询IICSTAT是否有ACK(有ACK表示数据发送成功了)，可以继续发送数据，等发完数据之后，再来设置IICSTAT让它发出P信号。
在第九个CLK，就会产生一个中断,在中断处理过程中SCL被拉为低电平，谁都不能再使用IIC总线，等待中断处理完成.
怎样处理中断？
- 写操作：
若无ACK,出错，然后发出P信号结束， 若有ACK信号表示上一个字节成功发送出去 若仍有数据，写入IICDS寄存器，然后清中断，一清中断就会释放SCL信号，继续发出时钟，把数据再次发送出去。 若没有数据了，发出P信号结束。
- 读操作：
读到8位数时，应该回应一个ACK信号。 还想读数据，清中断，启动传输。等它再次发生中断时，再来读取IICDS寄存器,得到数据。不想读取数据，发出P信号结束。
重点： 发生中断时，我们的IIC控制器会把SCL拉低，阻止任何设备再使用IIC总线，清中断之后才能继续使用，这种机制就给我们中断服务程序的执行提供了时间。
读-写操作
- 在发送模式：
1，往寄存器IICDS寄存器放入一个val值。 2，发完，产生中断，并且会把 SCL拉低。 3，在中断程序里，判断状态，然后往IICDS里面写入下一个数据，一旦写入下一个数据IIC继续操作，若再次发完，就会再次产生中断。
- 在接受模式：
1，我的程序发起传输，接受数据。 2，接收到数据之后，产生中断，SCL被拉低。 3，中断程序里，判断数据是否要继续接受等，如果还有继续接受的话，再次设置，设置好之后读IICDS寄存器，一但读出来IIC。 继续接受下一个数据，收到新数据之后，又会产生一个中断（就是这样循环操作）。
（l)IICCON寄存器（Multi-masterIIC-buscontrol)
IICCON寄存器用于控制是否发出ACK信号、设置发送器的时钟、开启，i2c中断，并标识中断是否发生。它的各位含义如表:
使用IICCON寄存器时，有如一卜注意事项。 1,发送模式的时钟频率由位[6]、位[3:0]联合决定,另外，llCCON[6]=0,IICCON[3:0] 不能取0或10 2,12c中断在以下3种情况下发生：当发出地址信息或接收到一个从机地址并且吻合时,当总线仲裁失败时，当发送/接收完一个字节的数据（包括响应位）时。 3,基于SDA、SCL线上时间特性的考虑，要发送数据时，先将数据写入IICDS寄存器，然后再清除中断。 4,如果IICCON[5]=0，IICCON14]将不能正常工作。所以，即使不使用12c中断，也要将IICCON[5]设为1。
(2)IICSTAT寄存器(Multi-masterIIC-buscontrol/status)
IICSTAT寄存器用于选择12c接口的工作模式，发出S信号、P信号，使能接收／发送功能，并标识各种状态，比如总线仲裁是否成功、作为从机时是否被寻址、是否接收到0地址、是否接收到ACK信号等。IICSTAT寄存器的各位如表:
（3）IICADD寄存器(Multi-masterIlC-busaddress)
用到IICADD寄存器的位[7:11]，表示从机地址。IICADD寄存器在串行输出使能位
IICSTAT[4]为0时，才可以写入：在任何时间都可以读出。IICADD寄存器的各位如表:
（4）IICDS寄存器(Multi-masterIIC-busTx/Rxdatashift)
用到IICDS寄存器的位丨7：0]，其中保存的是要发送或己经接收的数据。IICDS寄存器在串行输出使能位IICSTAT()1为1时，叼可以写入；在任何时间都可以读出。IICDS寄存器的各位如表:
读写操作流程图
主机发送器模式操作:
主机接收器模式操作:
第003节_程序框架
写程序之前 考虑好程序的框架，我们想写出一个结构比较好，比较容易扩展的程序 我们先要考虑清楚框架的设计。
IIC控制器的功能
IIC会做什么事情呢？ 对于IIC控制器，它负责传输数据，不知道数据的含义，但是它要实现写/读操作
读操作'
写操作'
IIC设备的功能
很显然，IIC控制器提供了传输数据的能力，至于数据有什么含义，IIC控制器并不知道，数据的含义有外接的IIC芯片决定，我们需要阅读芯片手册，才知道IIC控制器应该发出怎样的数据，
AT24cxx的操作方法
显然我们的程序应该分为两层（IIC设备层，IIC控制器层），框架如下图所示：
我们提供一个统一的接口i2c_transfer，不关使用哪个芯片，他最终都会调用i2c_transfer，来选择某一款I2C控制器，把数据发送出去，或者从I2c设备读到数据，对于每一次传输的数据都可以用一个i2c_msg结构体来表示。但是，读某个地址的数据时，就要用两个i2c_msg结构体来描述它，因为一个i2c_msg结构体只能描述一个传输方向(读/写)，我们读取ac24ccxx某个地址上的数据时，要先写出要读取的地址，然后来读取设备地址上的数据。
我们想设计出以一个结构体比较容易扩展的框架，对于I2C控制器我们要抽象出一个结构体i2c_controller，我们构造这个结构体之后，把这个这个结构体，告诉上层(I2C控制器那一层)，上层有个管理者i2c_contreller.c文件。我们在s3c2440_i2c_controller.c这个文件中我们构造出一个i2c_controller结构体，把它放入上层文件中的数组里，以后就根据结构体的名字，把这个结构体取出来使用。假设我们有一个TI的开发板，在ti_i2c_controller.c文件中，也要构造出一个 i2c_controller结构体，同样们也会把这个结构体放入上层的结构体数组(i2c_contreller.c文件中)中，以后根据名字先出来使用。
对于设备层中的at24cxx芯片我们写出at24cxx.c文件在这个文件实现读写函数： 1，at24cxx_write函数 2，at24cxx_read。函数读写函数都会调用i2c_transfer发起IIC传输，所以我们写程序的时候主要的暂时会涉及到三个文件：at24cxx.c， s3c2440_i2c_controller.c，i2c_contreller.c。在最上层会写出一个i2c_test.c文件，它会提供菜单供我们选择来测试。
下面我们写一个程序框架，涉及到的文件有：i2c_test.c at24cxx.c i2c_controller.c s3c2440_i2c_controller.c。 i2c_test.c文件 该文件的内容如下：
void i2c_test(void)
{
/* 初始化: 选择I2C控制器 */
/* 提供菜单供测试 */
}
这个菜单最终会调用到at24cxx.c里面的函数。
at24cxx.c文件 在里面会使用标准的接口i2c_transfer来启动I2C传输。该文件的内容如下：
int at24cxx_write(unsigned int addr, unsigned char *data, int len)
{
/* 构造i2c_msg */
/* 调用i2c_transfer */
}
int at24cxx_read(unsigned int addr, unsigned char *data, int len)
{
/* 构造i2c_msg */
/* 调用i2c_transfer */
}
i2c_controller.c文件 该文件的内容如下：
/* 有一个i2c_controller数组用来存放各种不同芯片的操作结构体 */
void register_i2c_controller()
{
}
/* 根据名字来选择某款I2C控制器 */
void select_i2c_controller(char *name)
{
}
/* 实现 i2c_transfer 接口函数 */
int i2c_transfer(i2c_msg msgs, int num)
{
}
select_i2c_controller函数根据名字来选择某款I2C控制器后，以后就会使用被选择的I2C控制器来启动传输。有数组一定有注册函数register_i2c_controller会把下面实现的I2C控制器结构体i2c_controller放到i2c_controller数组里面。
s3c2440_i2c_controller.c文件 对于具体的芯片，要实现自己的i2c_controller。该文件的内容如下：
/* 实现i2c_controller
.init
.master_xfer
.name
*/
