LinuxI2C开发-RZMPU工业控制教程(8)

5.1.1 硬件连接

I2C在硬件上的接法如下所示，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）。

图5.1 I2C硬件连接

5.1.2 传输数据类比

怎么通过I2C传输数据，我们需要把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：

图5.2 I2C举例示意图

体育老师：可以把球发给学生，也可以把球从学生中接过来。

⚫ 发球：

◼ 老师：开始了（start）

◼ 老师：A！我要发球给你！（地址/方向）

◼ 学生A：到！（回应）

◼ 老师把球发出去（传输）

◼ A收到球之后，应该告诉老师一声（回应）

◼ 老师：结束（停止）

⚫ 接球：

◼ 老师：开始了（start）

◼ 老师：B！把球发给我！（地址/方向）

◼ 学生B：到！

◼ B把球发给老师（传输）

◼ 老师收到球之后，给B说一声，表示收到球了（回应）

◼ 老师：结束（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：

⚫ 老师说开始了，表示开始信号（start）

⚫ 老师提醒某个学生要发球，表示发送地址和方向（address/read/write）

⚫ 老师发球/接球，表示数据的传输

⚫ 收到球要回应：回应信号（ACK）

⚫ 老师说结束，表示IIC传输结束（P）

5.1.3 IIC传输数据的格式

1. 写操作

流程如下：

⚫ 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，θ表示写，1表示读）

⚫ 从设备回应（用来确定这个设备是否存在），然后就可以传输数据

⚫ 主设备发送一个字节数据给从设备，并等待回应

⚫ 每传输一字节数据，接收方要有一个回应信号（确定数据是否接受完成），然后再传输下一个数据

⚫ 数据发送完之后，主芯片就会发送一个停止信号

⚫ 下图：白色背景表示"主→从"，灰色背景表示"从→主"

图5.3 I2C写传输格式

2. 读操作

流程如下：

⚫ 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，θ表示写，1表示读）

⚫ 从设备回应（用来确定这个设备是否存在），然后就可以传输数据

⚫ 从设备发送一个字节数据给主设备，并等待回应

⚫ 每传输一字节数据，接收方要有一个回应信号（确定数据是否接受完成），然后再传输下一个数据。

⚫ 数据发送完之后，主芯片就会发送一个停止信号。下图：白色背景表示"主→从"，灰色背景表示"从→主"

图5.4 I2C读传输格式

3. I2C信号

I2C协议中数据传输的单位是字节，也就是8位。但是要用到9个时钟：前面8个时钟用来传输8数据，第9个时钟用来传输回应信号。传输时，先传输最高位（MSB）。

⚫ 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。

⚫ 结束信号（P）：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

⚫ 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I2C协议信号如下：

图5.5 I2C协议信号

参考资料：

⚫ Linux内核文档：Documentation\i2c\smbus-protocol.rst

5.2.1 SMBus是I2C协议的一个子集

图5.6 SMBus是I2C的子集

①VDD的极限值不一样

I2C协议：范围很广，甚至讨论了高达12V的情况

SMBus：1.8V~5V

②最小时钟频率、最大的Clock Stretching

Clock Stretching含义：某个设备需要更多时间进行内部的处理时，它可以把SCL拉低占住I2C总线。对于I2C协议：时钟频率最小值无限制，Clock Stretching时长也没有限制；对于SMBus协议：时钟频率最小值是10KHz，Clock Stretching的最大时间值也有限制。

地址回应（Address Acknowledge）：一个I2C设备接收到它的设备地址后，是否必须发出回应信号？对于I2C协议：没有强制要求必须发出回应信号；对于SMBus协议：强制要求必须发出回应信号，这样对方才知道该设备的状态：busy，failed，或是被移除了。

对于数据格式：SMBus协议明确了数据的传输格式；在I2C协议里，它只定义了怎么传输数据，但是并没有定义数据的格式，这完全由设备来定义。

5.2.2 SMBus协议分析

对于I2C协议，它只定义了怎么传输数据，但是并没有定义数据的格式，这完全由设备来定义。

对于SMBus协议，它定义了几种数据格式。

注意：下面文档中的Functionality flag是Linux的某个I2C控制器驱动所支持的功能。比如Functionalityflag：I2C_FUNC_SMBUS_QUICK，表示需要I2C控制器支持SMBus Quick Command

1. symbols（符号）

图5.7 2 SMBus Quick Command

图5.8 SMBus Receive Byte

图5.9 SMBus Send Byte

图5.10 5 SMBus Read Byte

图5.11 SMBus Read Word

图5.12 SMBus Write Byte

图5.13 8 SMBus Write Word

图5.14 9 SMBus Block Read

I2C-tools中的函数：i2c_smbus_read_block_data（）。先发出Command Code（它一般表示芯片内部的寄存器地址），再发起度操作：

⚫ 先读到一个字节（Block Count），表示后续要读的字节数

⚫ 然后读取全部数据

图5.15 10 SMBus Block Write

图5.16 11 I2C Block Read

图5.17 12 I2C Block Write

图5.18 13 SMBus Block Write - Block Read Process Call

图5.19 Packet Error Checking

5.2.3 SMBus和I2C的建议