I2C總線的同步、仲裁介紹

Synchronization And Arbitration

在多主的通信系統(tǒng)中?？偩€上有多個節(jié)點，它們都有自己的尋址地址，可以作為從節(jié)點被別的節(jié)點訪問，同時它們都可以作為主節(jié)點向其他的節(jié)點發(fā)送控制字節(jié)和傳送數(shù)據(jù)。

但是如果有兩個或兩個以上的節(jié)點都向總線上發(fā)送啟動信號并開始傳送數(shù)據(jù)，這樣就形成了沖突。要解決這種沖突，就要進行仲裁的判決，這就是 I2C
總線上的仲裁。

I2C 總線上的仲裁分兩部分：SCL 線的同步和 SDA 線的仲裁，這兩部分沒有先后關系，同時進行。

SCL Synchronization

SCL
同步是由于總線具有線“與”的邏輯功能，即只要有一個節(jié)點發(fā)送低電平時，總線上就表現(xiàn)為低電平。當所有的節(jié)點都發(fā)送高電平時，總線才能表現(xiàn)為高電平。正是由于線“與”邏輯功能的原理，當多個節(jié)點同時發(fā)送時鐘信號時，在總線上表現(xiàn)的是統(tǒng)一的時鐘信號。這就是
SCL 的同步原理。

同步過程如下圖：

SDA Arbitration

SDA線的仲裁也是建立在總線具有線“與”邏輯功能的原理上的。節(jié)點在發(fā)送1位數(shù)據(jù)后，比較總線上所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)與自己發(fā)送的是否一致。是，繼續(xù)發(fā)送；否則，退出競爭。

SDA 線的仲裁可以保證 I2C
總線系統(tǒng)在多個主節(jié)點同時企圖控制總線時通信正常進行并且數(shù)據(jù)不丟失?？偩€系統(tǒng)通過仲裁只允許一個主節(jié)點可以繼續(xù)占據(jù)總線。

仲裁在 SDA 上進行，此時 SCL 為高電平。

A 主機傳輸高電平，B 主機傳輸?shù)碗娖?，A 失去仲裁。

丟失仲裁的主機將生成時鐘脈沖，直到丟失仲裁的字節(jié)結束。

仲裁過程：

DATA1 和 DATA2 分別是主節(jié)點向總線所發(fā)送的數(shù)據(jù)信號，SDA 為總線上所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)信號，SCL 是總線上所呈現(xiàn)的時鐘信號。

當主節(jié)點 1、2
同時發(fā)送起始信號時，兩個主節(jié)點都發(fā)送了高電平信號。這時總線上呈現(xiàn)的信號為高電平，兩個主節(jié)點都檢測到總線上的信號與自己發(fā)送的信號相同，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。

第2個時鐘周期，2個主節(jié)點都發(fā)送低電平信號，在總線上呈現(xiàn)的信號為低電平，仍繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。

在第3個時鐘周期，主節(jié)點1發(fā)送高電平信號，而主節(jié)點2發(fā)送低電平信號。根據(jù)總線的線“與”的邏輯功能，總線上的信號為低電平，這時主節(jié)點1檢測到總線上的數(shù)據(jù)和自己所發(fā)送的數(shù)據(jù)不一樣，就斷開數(shù)據(jù)的輸出級，轉為從機接收狀態(tài)。這樣主節(jié)點2就贏得了總線，而且數(shù)據(jù)沒有丟失，即總線的數(shù)據(jù)與主節(jié)點2所發(fā)送的數(shù)據(jù)一樣，而主節(jié)點1在轉為從節(jié)點后繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，同樣也沒有丟掉
SDA 線上的數(shù)據(jù)。因此在仲裁過程中數(shù)據(jù)沒有丟失。

再次提醒：SDA仲裁和SCL時鐘同步處理過程沒有先后關系，而是同時進行的。