I2C总线协议详解

 

 

　　今天花了半天时间学习I2C总线协议，算是弄得比较透彻，拿出来和大家分享一下。

　　·I2C总线特点

　　·I2C总线三种状态

　　·I2C总线必要知识点

　　·I2C总线写过程

　　·I2C总线读过程

一、I2C总线特点　　

　　在讲之前呢我为大家画了一幅图。

　　从图看呢，比较简陋，但是麻雀虽小五脏俱全，想表达的都可以在图中看出来。

　　从图中我们可以看出呢，I2C总线的特点呢是：

　　1.它是由两根线组成的，一根叫SCL（串行时钟线），一根叫SDA（串行数据线）。线少，好处自然不用多说咯，但是速度肯定就慢了，用作外设之间的数据接口够用了。而快速的芯片内部通信，用的是AMBA总线通信，想了解的自己查一下，或者过几天我研究后再写。

　　2.每颗I2C芯片呢都可以作为主机和从机，但一次通行中只允许存在一个主机。

　　两点特点是不是有点少啊，没事儿，在了解后面的知识点后，自己总结吧，主要讲后面内容呢。

二、I2C总线的三种状态

　　I2C总线存在三种状态：

　　1.空闲

　　2.工作开始

　　3.工作停止

　　先说空闲状态：当SCL与SDA同时为高电平时，为空闲态，说白了，就啥也不干。如下图：

                                

　　再说说开始工作状态，此时SCL为高，而SDA出现下降沿，如下图：

   

　　最后就是停止工作状态，此时SCL为高，SDA出现上升沿，如下图：

三、I2C总线必要知识点

　　除了要知道上面的三种状态，还需要知道下面五点内容，方可理解最后的读写过程。要来了，接招：

　　1.I2C总线协议要求1个字节位宽为8位(8bit)

　　2.从机地址位宽为7bit,但上面说了啊一个字节要8bit，不着急，还有1个bit的位宽用来存放主机是用来写(0),还是用来读(1)，加起来刚好8bit。比如0100101(地址位)0(读写位，此处为写)，可以看出读写位为最低位。

　　3.每颗I2C芯片都有各自的地址，互相之间有可能相同，有可能不同。相同时呢，就是要实现一个主机同时对多个从机进行数据交换。为了使各个I2C芯片之间更加灵活，每颗I2C芯片都有固定的4位地址，以及3位可编程地址，当4位固定地址相同时，用软件编辑后3位，使之相同，所以最多可以有8台(2的三次方)从机可以同时与主机通信。

　　4.一个字节传输完毕之后，主机将SDA拉高，主机I2C芯片就不再干活了，等待从机反馈(ACK acknowledge)，这时从机I2C芯片开始对传输过程做判定，判定读取成功时，将SDA拉低，以表示我完成啦，你继续吧。主机得到这个讯息之后，就会进行下一步既定的操作。如果从机读取失败，那么SDA将不会变化。此时主机就会知道，哦，没发成功，接下来是继续重新传输一遍还是终止操作，这个由写好的程序来定。 到这里大家会不会想到这样会有一个BUG，那就是只要SDA一直不变，那主机就一直不干活了？当然主机也不是傻子(其实应该是程序猿也不是傻子)，那就等一个时间呗，一定时间内，我收不到信号拉低，那就认为你出问题了。这个时间就是半个SCL周期。

　　5.在4中提到了时钟周期，这里再科普一下。看下图(download的，还有百度水印)：

　　从这张图可以看出，一整个流程应该是9个时钟周期，在第九个周期的高过程，必须完成ACK。每位数据对应一个high，在这半个周期内，要求SDA上的数据是稳定的，不能发生改变，为啥？用类似建立时间保持时间来理解。

四、I2C总线写过程

　　写过程如下：

　　1.主机发送从机地址(7bit)+0(0是写)，所有从机都会接收到这个信息，但是只有地址匹配的从机反馈一个ACK(0)，并准备后面的接收工作，其它地址不对的从机，'早点洗洗睡吧，没咱啥事儿了'。

　　2.主机收到这个ACK，开始发送内存地址(8bit),所有地址匹配的从机(前面说过，一个主机可以匹配多个从机，只要那从机地址相同就行)接收这个8bit的内存地址，在吩咐下去之后，给主机一个反馈ACK(0)，'我OK啦'。

　　3.主机收到这个ACK，开始发送数据给从机，一个字节8bit，从机接收完成，给主机反馈ACK(0)。

　　4.主机收到这个ACK，是继续发送数据，还是发送终止信号，取决于数据是否发送完毕。

五、I2C总线读过程

　　读过程如下：

　　1.主机发送从机地址(7bit)+0(0是写)，这里为啥又是写呢？首先，主机得找到这些从机呀，当然要将从机地址写给各个从机了。所有从机都会接收到这个信息，但是只有地址匹配的从机反馈一个ACK(0)，并准备后面的接收工作，其它地址不对的从机，'诶......早点洗洗睡吧，又没咱啥事儿了'。

　　2.主机接收到这个ACK，开始发送8bit的内存地址给从机，'把这个地址找到，把货给我取出来备着，我一会儿要从你这里提货啊!'。从机找好这些地址后，反馈一个ACK(0)给主机。

　　3.主机收到这个ACK，再发一次从机地址(7bit)，只不过这次最后一个换成1(读)了。从机收到并返回ACK(0)。

　　4.主机收到这个ACK，做好了接收从机信息的准备，这个时候从机信息到了，主机接收完信息后不对从机发送反馈(毕竟人家是老大啊，老大拿好了还要给小喽喽打个报告？)直接发起终止信号，心疼从机3秒钟。

 

　　好了，到这里就讲完了，继续心疼从机3秒.......

补充：I2C通信协议允许暂停功能，就是在主机传输数据时，从机需要进行一个优先级高的事件时，从机通过拉低SCL，迫使主机等待，等到处理完紧急事件后，从机释放SCL，主机继续传输。