ARM I2C接口

常用的串行总线协议：
常用的微机与外设之间进行数据传输的串行总线主要有I2C总线、SPI总线和SCI总线。
其中I2C总线以同步串行2线方式进行通信（一条时钟线，一条数据线）。
SPI总线则以同步串行3线方式进行通信（一条时钟线，一条数据输入线，一条数据输出线）。
SCI总线是以异步方式进行通信（一条数据输入线，一条数据输出线）。
1-wire，即单线总线，又叫单总线。例如DS18B20温度传感器就是用的这种总线结构.
我们这里重点详解下I2C串行总线，我们这里以数据手册的IIC时序图为例讲起，看不懂时序图的小伙伴必须补上来了.
一.I2C串行总线的组成及工作原理.
1.I2C总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线，它只有两根双向信号线。一根是数据线SDA（serial data I/O），另一根是时钟线SCL（serial clock）。
2.如下图所示，IIC一条总线上可以挂多个器件，而每个器件都有唯一的地址，这样可以标识通信目标。 数据的通信的方式采用主从方式，主机负责主动联系从机，而从机则被动回应数据并及时响应。
这里写图片描述 二.I2C总线传输协议
1.数据位的有效性规定：
SCL为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有SCL信号为低电平期间，SDA状态才允许变化。如图所示
这里写图片描述 2.I2C的起始和终止信号
SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；
SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号；
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电平。 即接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。 CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。 若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障；如图所示 这里写图片描述
下列三种情况不会有ACK信号：
A、当从机不能响应从机地址时（从机忙于其他事无法响应IIC总线操作或这个地址没有对应从机），在第9个SCL周期内SDA线没有被拉低，即没有ACK信号。 这时，主机发送一个P信号终止传输或者重新发送一个S信号开始新的传输
B、从机接收器在传输过程中不能接收更多的数据时，也不会发出ACK信号。主机意识到这点，从而发出一个P信号终止传输或者从新发送一个S信号开始新的传输
C、主机接收器在接收到最后一个字节时，也不会发出ACK信号，于是，从机发送器释放SDA线，允许主机发送P信号结束传输
3.I2C字节的传送与应答
每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）.如图所示
这里写图片描述
4.应答位的作用
主机在发送数据时，每次发送一字节数据，都需要读取从机应答位，当从机空闲可以接收该字节数据时，从机会发出应答（一帧数据的第9位为“0”）， 当从机正忙于其他工作的处理来不及接收主机发送的数据时，从机会发出非应答（一帧数据的第9位为“1”）主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送， 主机通过从机发出的应答位来判断从机是否成功接收数据.
当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的“非应答”来实现的。 然后，从机释放SDA线，以允许主机产生终止信号。贴个IIC总线在传送数据过程中信号时序图.好好研究好时序图，一切都可以轻松解决.
这里写图片描述 ● I2C是如何通信的？
s5pv210是发送或接受数据是如何区分多个子设备？可以看下图：开始通信以后，主设备首先会发送7bit位的slave device地址，和1bit位的rean或者write命令，
(1)如果为write命令，则主设备free SDA通信线(If the I2C-bus is free, both SDA and SCL lines should be both at High level.三星user manual)， 即SDA为高位。然后从设备先ACK主设备（拉低SDA）表示收到命令(S)。然后主设备在发送8bit数据，从设备在ACK(A)。然然后结束(P)。
(2)如果为read命令，则从设备先ACK主设备（拉低SDA），然后发送8bit数据，主设备ACK从设备(拉低SDA)，从设备在发送，直到主设备停止接收。
如下图所以，白色bit位为主设备发送，灰色bit位为从设备发送。
这里写图片描述
三.S5PV210的I2C控制器
IIC控制器的作用：
通过硬件的控制器来产生通信的时序，软件只需要控制对应IIC控制器的寄存器的配置即可。通信双方的时序会由控制器自行分配。
1.结构框图分析
这里写图片描述
时钟源：PCLK_PSYS=65MHz，经过内部分频最终得到I2C控制器的CLK，通信中这个CLK会通过SCL线传给从设备。
总线控制逻辑单元：产生IIC通信时序（设置I2CCON、I2CSTAT）
移位寄存器：将要发送的字节数据变成1bit移位到SDA线
I2CCON：时钟配置
I2CSTAT：操作模式及条件位发送,配合I2CCON一起用，产生通信时序和IIC接口配置
I2CADD：IIC地址，用来写自己的地址
I2CDS：数据移位器，发送和接收的地址放在这里
比较器+地址寄存器：作为从设备使用时将收到的地址与地址寄存器地址比较。
2.分析I2C的时钟
这里写图片描述
(1)I2C时钟源头来源于PCLK（PCLK_PSYS，等于65MHz），经过了2级分频后得到的。
(2)第一级分频是I2CCON的bit6，可以得到一个中间时钟I2CCLK（等于PCLK/16或者PCLK/512）
(3)第二级分频是得到最终I2C控制器工作的时钟，以I2CCLK这个中间时钟为来源，分频系数为[1,16]
(4)最终要得到时钟是2级分频后的时钟，譬如这样设置：65000KHz/512/4 = 31KHz
3.主要寄存器I2CCON、I2CSTAT
I2CCON + I2CSTAT：主要用来产生通信时序和I2C接口配置，分析两个寄存器的bit位
I2CCON寄存器：
这里写图片描述
I2CSTAT寄存器：
这里写图片描述
四.S5PV210的I2C控制器通信流程分析
(1)S5PV210的主发送模式流程图
这里写图片描述
(2)S5PV210的主接收模式流程图
这里写图片描述
在SoC中I2C通信代码中，只需要按照上图中的流程图的顺序即可完成通信，I2C控制器内部电路模块已经帮我们实现了通信时序，我们不需要去关心具体时序过程。
五.S5PV210板载的I2C传感器
● I2C从设备的设备地址
(1)KXTE9的I2C地址固定为0b0001111（0x0f）
(2)I2C从设备地址本身是7位的，但是在I2C通信中发送I2C从设备地址时实际发送的是8位，这8位中高7位（bit7-bit1）对应I2C从设备的7位地址， 最低一位（LSB）存放的是R/W信息（就是说下一个数据是主设备写从设备读（对应0），还是主设备读从设备写（对应1））
(3)基于上面讲的，对于KXTE9来说，
主设备（SoC）写给gsensor信息时，SAD应该是：0b00011110(0x1E)
如果是主设备读取gsensor信息时，SAD应该是：0b00011111（0x1F）**
● IIC传感器的读写寄存器流程图
这里写图片描述
六.SoCI2C控制器通信代码分析
七.I2C传感器通信代码分析
目前只能根据代码分析对应寄存器的使用，对内部驱动代码不懂
研究了驱动后边补
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原文链接：https://blog.csdn.net/wangweijundeqq/article/details/78935464

什么是I2C通信 1.物理接口：SCL + SDA (1)SCL(serial clock)：时钟线，传输CLK信号，一般是I2C主设备向从设备提供时钟的通道。 (2)SDA(serial data): 数据线，通信数据都通过SDA线传输 2.通信特征：串行、同步、非差分、低速率 (1)I2C属于串行通信，所有的数据以位为单位在SDA线上串行传输。 (2)同步通信就是通信双方工作在同一个时钟下，一般是通信的A方通过一根CLK信号线传输A自己的时钟给B，B工作在A传输的时钟下。所以同步通信的显著特征就是：通信线中有CLK (3)非差分。因为I2C通信速率不高，而且通信双方距离很近，所以使用电平信号通信。 (4)低速率。I2C一般是用在同一个板子上的2个IC之间的通信，而且用来传输的数据量不大，所以本身通信速率很低（一般几百KHz，不同的I2C芯片的通信速率可能不同，具体在编程的时候要看自己所使用的设备允许的I2C通信最高速率，不能超过这个速率） 3.突出特征1：主设备+从设备 (1)I2C通信的时候，通信双方地位是不对等的，而是分主设备和从设备。通信由主设备发起，由主设备主导，从设备只是按照I2C协议被动的接受主设备的通信，并及时响应。 (2)谁是主设备、谁是从设备是由通信双方来定的（I2C协议并无规定），一般来说一个芯片可以只能做主设备、也可以只能做从设备、也可以既能当主设备又能当从设备（软件配置）。 4.突出特征2：可以多个设备挂在一条总线上（从设备地址） (1)I2C通信可以一对一（1个主设备对1个从设备），也可以一对多（1个主设备对多个从设备）。 (2)主设备来负责调度总线，决定某一时间和哪个从设备通信。注意：同一时间内，I2C的总线上只能传输一对设备的通信信息，所以同一时间只能有一个从设备和主设备通信，其他从设备处于“冬眠”状态，不能出来捣乱，否则通信就乱套了。 (3)每一个I2C从设备在通信中都有一个I2C从设备地址，这个设备地址是从设备本身固有的属性，然后通信时主设备需要知道自己将要通信的那个从设备的地址，然后在通信中通过地址来甄别是不是自己要找的那个从设备。（这个地址是一个电路板上唯一的，不是全球唯一的） 主要用途：SoC和周边外设之间的通信（典型的如EEPROM、电容触摸IC、各种sensor等） 由I2C学通信时序 1.什么是时序？ 时序：字面意思，时序就是时间顺序，实际上在通信中时序就是通信线上按照时间顺序发生的电平变化，以及这些变化对通信的意义就叫时序。 2.I2C的总线空闲状态、起始位、结束位 (1)I2C总线上有1个主设备，n（n>=1）个从设备。I2C总线上有2种状态；空闲态（所有从设备都未和主设备通信，此时总线空闲）和忙态（其中一个从设备在和主设备通信，此时总线被这一对占用，其他从设备必须歇着）。 (2)整个通信分为一个周期一个周期的，两个相邻的通信周期是空闲态。每一个通信周期由一个起始位开始，一个结束位结束，中间是本周期的通信数据。 (3)起始位并不是一个时间点，起始位是一个时间段，在这段时间内总线状态变化情况是：SCL线维持高电平，同时SDA线发生一个从高到低的下降沿。 (4)与起始位相似，结束位也是一个时间段。在这段时间内总线状态变化情况是：SCL线维持高电平，同时SDA线发生一个从低到高的上升沿。 3.I2C数据传输格式（数据位&ACK） (1)每一个通信周期的发起和结束都是由主设备来做的，从设备只有被动的响应主设备，没法自己自发的去做任何事情。 (2)主设备在每个通信周期会先发8位的从设备地址（其实8位中只有7位是从设备地址，还有1位表示主设备下面要写入还是读出）到总线（主设备是以广播的形式发送的，只要是总线上的所有从设备其实都能收到这个信息）。然后总线上的每个从设备都能收到这个地址，并且收到地址后和自己的设备地址比较看是否相等。如果相等说明主设备本次通信就是给我说话，如果不想等说明这次通信与我无关，不用听了不管了。 (3)发送方发送一段数据后，接收方需要回应一个ACK。这个响应本身只有1个bit位，不能携带有效信息，只能表示2个意思（要么表示收到数据，即有效响应；要么表示未收到数据，无效响应） (4)在某一个通信时刻，主设备和从设备只能有一个在发（占用总线，也就是向总线写），另一个在收（从总线读）。如果在某个时间主设备和从设备都试图向总线写那就完蛋了，通信就乱套了。 4.数据在总线上的传输协议 (1)I2C通信时的基本数据单位也是以字节为单位的，每次传输的有效数据都是1个字节（8位）。 (2)起始位及其后的8个clk中都是主设备在发送（这设备掌控总线），此时从设备只能读取总线，通过读总线来得知主设备发给从设备的信息；然后到了第9周期，按照协议规定从设备需要发送ACK给主设备，所以此时主设备必须释放总线（主设备把总线置为高电平然后不要动，其实就类似于总线空闲状态），同时从设备试图拉低总线发出ACK。如果从设备拉低总线失败，或者从设备根本就没有拉低总线，则主设备看到的现象就是总线在第9周期仍然一直保持高，这对主设备来说，意味着我没收到ACK，主设备就认为刚才给从设备发送的8字节不对（接收失败） S5PV210的I2C控制器 通信双方本质上是通过时序在工作，但是时序会比较复杂不利于SoC软件完成，于是乎解决方案是SoC内部内置了硬件的控制器来产生通信时序。这样我们写软件时只需要向控制器的寄存器中写入配置值即可，控制器会产生适当的时序在通信线上和对方通信。 1.结构框图 (1)时钟部分，时钟来源是PCLK_PSYS，经过内部分频最终得到I2C控制器的CLK，通信中这个CLK会通过SCL线传给从设备。 (2)I2C总线控制逻辑（前台代表是I2CCON、I2CSTAT这两个寄存器），主要负责产生I2C通信时序。实际编程中要发送起始位、停止位、接收ACK等都是通过这两个寄存器（背后所代表的电路模块）实现的。 (3)移位寄存器（shift register），将代码中要发送的字节数据，通过移位寄存器变成1个位一个位的丢给SDA线上去发送/接收。学过数字电路的同学应该对移位寄存器不陌生。 (4)地址寄存器+比较器。本I2C控制器做从设备的时候用。(没用过，理论分析) 2.系统分析I2C的时钟 (1)I2C时钟源头来源于PCLK（PCLK_PSYS，等于66MHz），经过了2级分频后得到的。 (2)第一级分频是I2CCON的bit6，可以得到一个中间时钟I2CCLK（等于PCLK/16或者PCLK/512） (3)第二级分频是得到最终I2C控制器工作的时钟，以I2CCLK这个中间时钟为来源，分频系数为[1,16] (4)最终要得到时钟是2级分频后的时钟，譬如一个可用的设置是：66000KHz/512/4=32KHz 3.主要寄存器I2CCON、I2CSTAT、I2CADD、I2CDS I2CCON + I2CSTAT：主要用来产生通信时序和I2C接口配置。 I2CADD：用来写自己的slave address I2CDS：发送/接收的数据都放在这里 X210板载gsensor介绍 1.原理图查阅 (1)gsensor的供电由PWMTOUT3引脚控制。当PWMTOUT3输出低电平时gsensor无电不工作；当输出高电平时gsensor才会工作。 (2)gsensor的SDA和SCL接的是S5PV210的I2C端口0 (3)将来编程时在gsensor_init函数中要去初始化相关的GPIO。要把相应的GPIO设置为正确的模式和输入输出值。 2.重力加速度传感器简介 (1)用在手机、平板、智能手表等设备上，用来感受人的手的移动，获取一些运动的方向性信息用来给系统作为输入参量。 (2)可以用来设计智能手表的计步器功能。 (3)重力加速度传感器、地磁传感器、陀螺仪等三个传感器结合起来，都是用来感测运动的速度、方位等信息的，所以现在最新的有9轴传感器，就是把三者结合起来，并且用一定的算法进行综合得出结论，目的是更加准确。 (4)一般传感器的接口有2种：模拟接口和数字接口。模拟接口是用接口电平变化来作为输出的（譬如模拟接口的压力传感器，在压力不同时输出电平在0～3.3V范围内变化，每一个电压对应一个压力。），SOC需要用AD接口来对接这种传感器对它输出的数据进行AD转换，转换得到数字电压值，再用数字电压值去校准得到压力值；数字接口是后来发展出来的，数字接口的sensor是在模拟接口的sensor基础上，内部集成了AD，直接（通过一定的总线接口协议，一般是i2C）输出一个数字值的参数，这样SoC直接通过总线接口初始化、读取传感器输出的参数即可（譬如gsensor、电容触摸屏IC）。 3.I2C从设备的设备地址 (1)KXTE9的I2C地址固定为0b0001111（0x0f） (2)I2C从设备地址本身是7位的，但是在I2C通信中发送I2C从设备地址时实际发送的是8位，这8位中高7位（bit7-bit1）对应I2C从设备的7位地址，最低一位（LSB）存放的是R/W信息（就是说下一个数据是主设备写从设备读（对应0），还是主设备读从设备写（对应1）） (3)基于上面讲的，对于KXTE9来说，主设备（SoC）发给gsensor信息时，SAD应该是：0b00011110(0x1E) 如果是主设备读取gsensor信息时，SAD应该是：0b00011111（0x1F） 4.I2C从设备的通信速率 (1)I2C协议本身属于低速协议，通信速率不能太高。 (2)实际上通信的主设备和从设备本身都有最高的通信速率限制（属于各个芯片本身的参数），实际编程时怎么确定最终的通信速率？只要小于两个即可。 (3)一般来说只能做从设备的sensor芯片本身i2c通信速率偏低，像KXTE9最高支持400KHz的频率。 I2C总线的通信流程 S5PV210的主发送流程图 S5PV210的主接收流程图 gsensor的写寄存器流程图 gsensor的读寄存器流程图 2C通信代码分析1 1.I2C控制器初始化：s3c24xx_i2c_init 初始化做的事情：初始化GPIO，设置IRQEN和ACKEN，初始化I2C时钟 2.I2C控制器主模式开始一次读写：s3c24xx_i2c_message_start 3.I2C控制器主模式结束一次读写：s3c24xx_i2c_stop I2C通信代码分析2 框架分析：我们最终目的是通过读写gsensor芯片的内部寄存器来得到一些信息。为了完成这个目的，我们需要能够读写gsensor的寄存器，根据gsensor的规定我们需要按照一定的操作流程来读写gsensor的内部寄存器，这是一个层次（姑且叫做传输层、协议层、应用层）；我们要按照操作流程去读写寄存器，就需要考虑I2C接口协议（这就是所谓的物理层，本质就是那些时序）。此时主机SoC有或者没有控制器，有控制器时考虑控制器的寄存器，没控制器时要自己软件模拟时序。 协议层的代码主要取决于gsensor芯片；物理层代码主要取决于主机SoC。 gsensor写寄存器：gsensor_i2c_write_reg gsensor读寄存器：gsensor_i2c_read_reg gsensor编程：gsensor_initial等 ———————————————— 版权声明：本文为CSDN博主「种瓜大爷」的编辑整理，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。 原文链接：https://blog.csdn.net/czg13548930186/article/details/52984177

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