I2C總線的一種靈活控制方法

I2C作為常用的通訊外設(shè)，廣泛應(yīng)用在各種通訊場(chǎng)合，而且也衍生各種變體協(xié)議，比如SCCB，SMbus，PMbus等等。先楫半導(dǎo)體在I2C這個(gè)通訊外設(shè)上，每個(gè)傳輸?shù)碾A段都可以獨(dú)立自由去控制，這也極大得提高了開發(fā)的自由靈活度，而且也可以隨性發(fā)揮生成I2C的變體協(xié)議，而不需要去進(jìn)行IO模擬。

首先介紹一下先楫半導(dǎo)體I2C的一些主要特性和功能，方便后續(xù)說明，大家也可以到官網(wǎng)參考先楫用戶手冊(cè)。

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I2C 特征

支持標(biāo)準(zhǔn)模式 (100Kb/s)，快速模式 (400Kb/s) 和快速模式 +(1Mb/s)

可配置主從模式

支持 7 位和 10 位地址模式

支持廣播呼叫地址 (general call address)

自動(dòng)時(shí)鐘延展 (clock stretching)

可配置的時(shí)鐘/數(shù)據(jù)時(shí)序

支持直接內(nèi)存訪問 (DMA)

4 字節(jié) FIFO

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I2C 功能

每個(gè)傳輸由 4 個(gè)階段組成：起始，地址，數(shù)據(jù)和結(jié)束。在起始階段會(huì)產(chǎn)生 START 操作，在地址階段發(fā)送地址，在數(shù)據(jù)階段 1 個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)被傳送，在結(jié)束階段產(chǎn)生 STOP 操作。每個(gè)階段都能夠獨(dú)立控制是否執(zhí)行

4個(gè)字節(jié)FIFO，可不使用DMA的情況下，滿足多字節(jié)一次性傳輸。并且軟件沒有準(zhǔn)備好下一個(gè)字節(jié)的收發(fā)數(shù)據(jù)或者FIFO已滿時(shí)候，I2C控制器會(huì)自動(dòng)延展I2C總線時(shí)鐘來暫停總線傳輸。

I2C控制器默認(rèn)使能了自動(dòng)ACK響應(yīng)，即是除了最后一個(gè)字節(jié)外其余字節(jié)接收后都會(huì)自動(dòng)發(fā)出ACK，軟件可以使能字節(jié)接收中斷來禁止自動(dòng)響應(yīng)功能，軟件自己接收后決定是否發(fā)送ACK。

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場(chǎng)合需求

在某些場(chǎng)合，當(dāng)I2C作為主機(jī)的時(shí)候，一次數(shù)據(jù)量傳輸當(dāng)中，可能會(huì)有以下的需求方式：

傳輸過程中間變化讀寫方向，比如START操作到第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)傳輸是寫，后面變?yōu)樽x?；蛘咦x變成寫。

傳輸過程中分三次傳輸，START，數(shù)據(jù)，STOP傳輸。比如第一次傳輸需要帶START，但不需要STOP。

傳輸過程中需要restart重新發(fā)送start信號(hào)。

舉例，比如SMBUS，在進(jìn)行block read傳輸中，就需要傳輸過程中發(fā)送restart信號(hào)，并且切換讀寫方向。

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實(shí)現(xiàn)方式

先楫半導(dǎo)體的用戶手冊(cè)對(duì)于 I2C 的寄存器說明一共有好幾個(gè)，本文重點(diǎn)介紹以下三個(gè)密切相關(guān)的寄存器：

1. CTRL寄存器：該寄存器是用來配置一次傳輸中的每個(gè)階段的控制，比如主機(jī)模式下，方向是發(fā)送，在START開始后，STOP結(jié)束前，傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)段，可以不發(fā)START,地址，STOP。那么可以對(duì)其寄存器的對(duì)應(yīng)位進(jìn)行開啟和關(guān)閉。

2. INTEN寄存器的BYTERECV位，開啟或關(guān)閉自動(dòng)響應(yīng)功能。

3. CMD寄存器：定義的是對(duì)一次transaction的相關(guān)操作。比如主機(jī)在接收到從機(jī)的數(shù)據(jù)，需要不接受數(shù)據(jù)了，可以發(fā)送一個(gè)NACK響應(yīng)。前提是關(guān)閉了自動(dòng)響應(yīng)功能。

根據(jù)以上的寄存器說明，在新的sdk版本V1.2.0中，我們?cè)赟DK的i2c driver中看到有定義一個(gè)順序傳輸接口，定義一個(gè)枚舉，分別表示第一幀，中間幀，最后一幀。

/**

* @brief I2c sequentialtransfer options

* @arg: i2c_frist_frame: hasstart signal

* @arg: i2c_next_frame:middle transfer

* @arg: i2c_last_frame: hasstop signal

*/

typedef enum i2c_seq_transfer_opt{

i2c_frist_frame = 0,

i2c_next_frame,

i2c_last_frame,

}i2c_seq_transfer_opt_t;

對(duì)于發(fā)送接口，sdk1.2也提供了i2c_master_seq_transimit 這個(gè) API。

對(duì)于接收接口，sdk1.2也提供了i2c_master_seq_receive這個(gè)API,從內(nèi)部API可以看出是關(guān)閉自動(dòng)響應(yīng)，軟件控制一次傳輸?shù)腁CK和NACK，避免STOP未出現(xiàn)時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)斷開。

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驗(yàn)證功能

根據(jù)以上信息，我們來操作一個(gè)實(shí)驗(yàn)，以sdk的poll例子的master和slave兩個(gè)開發(fā)板進(jìn)行相互收發(fā)，slave不做改動(dòng)，master的讀寫接口替換以上的接口。

int main(void)

{

hpm_stat_t stat;

i2c_config_t config;

uint32_t freq;

board_init();

init_i2c_pins(TEST_I2C);

config.i2c_mode = i2c_mode_normal;

config.is_10bit_addressing = false;

freq = clock_get_frequency(TEST_I2C_CLOCK_NAME);

stat = i2c_init_master(TEST_I2C, freq, &config);

if (stat != status_success) {

return stat;

}

printf("I2C polling master example\n");

prepare_tx_data();

uint32_t index = 0;

uint32_t inc_len = 30;

if (status_success != i2c_master_seq_transmit(TEST_I2C, TEST_I2C_SLAVE_ADDRESS, &tx_buff[index], inc_len, i2c_frist_frame)) {

printf("Master transfer frist frame failed\n");

while (1) {

}

}

index += inc_len;

if (status_success != i2c_master_seq_transmit(TEST_I2C, TEST_I2C_SLAVE_ADDRESS, &tx_buff[index], inc_len, i2c_next_frame)) {

printf("Master transfer next frame failed\n");

while (1) {

}

}

index += inc_len;

inc_len = (sizeof(tx_buff) - (inc_len * 2));

if (status_success != i2c_master_seq_transmit(TEST_I2C, TEST_I2C_SLAVE_ADDRESS, &tx_buff[index], inc_len, i2c_last_frame)) {

printf("Master transfer last frame failed\n");

while (1) {

}

}

/* wait for slave controller to be ready to send data */

board_delay_ms(100);

index = 0;

inc_len = 30;

if (status_success != i2c_master_seq_receive(TEST_I2C, TEST_I2C_SLAVE_ADDRESS, &rx_buff[index], inc_len, i2c_frist_frame)) {

printf("Master transfer read frist framefailed\n");

while (1) {

}

}

index += inc_len;

if (status_success != i2c_master_seq_receive(TEST_I2C, TEST_I2C_SLAVE_ADDRESS, &rx_buff[index], inc_len, i2c_next_frame)) {

printf("Master transfer read next framefailed\n");

while (1) {

}

}

index += inc_len;

inc_len = (sizeof(tx_buff) - (inc_len * 2));

if (status_success != i2c_master_seq_receive(TEST_I2C, TEST_I2C_SLAVE_ADDRESS, &rx_buff[index], inc_len, i2c_last_frame)) {

printf("Master transfer read last framefailed\n");

while (1) {

}

}

check_transfer_data();

while (1) {

}

return 0;

}

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

①當(dāng)把一次完整傳輸拆分三次frame傳輸時(shí)候，依舊是沒什么問題的?？梢娨陨系墓δ苁褂貌]有什么問題。

② 可以模擬下一個(gè)配置錯(cuò)誤的現(xiàn)象，開啟auto-ack功能，master接收slave數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，由于開啟了自動(dòng)響應(yīng)，在第一包frame接收的時(shí)候，I2C控制器認(rèn)為傳輸?shù)阶詈笠粋€(gè)字節(jié)，會(huì)自動(dòng)補(bǔ)充NACK，但我們并不希望補(bǔ)充NACK，因?yàn)橐淮瓮暾膫鬏斶€沒完成，這時(shí)候就需要軟件自己添加ACK或者NACK。

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小 結(jié)

對(duì)于I2C，無論是poll方式，還是中斷方式，還是DMA方式，先楫的I2C控制器對(duì)于I2C傳輸?shù)拿總€(gè)階段都是可控的，這為開發(fā)者的應(yīng)用需求也極大提高軟件靈活度。