Arduino I2C多主機(jī)方法(為什么以及如何)

描述

微控制器限制

幾年來(lái)我一直在構(gòu)建“連接傳感器”，但最初專(zhuān)注于“傳感器”部分，直到最近才轉(zhuǎn)向“連接”。每次我探索一種新的連接技術(shù)——WiFi、蜂窩、藍(lán)牙、LoRa 等——我都會(huì)遇到 Arduino 的一些限制，尤其是其有限的工作內(nèi)存。當(dāng)我開(kāi)始連接傳感器時(shí)，這些問(wèn)題源于兩個(gè)來(lái)源：1) 使用長(zhǎng)變量或鍵；2) 字符串操作，例如解析 64 位 GSMloc 字符串以從附近的手機(jī)信號(hào)塔中提取時(shí)間或位置。

在找到這個(gè)多主解決方案之前，我已經(jīng)嘗試了所有常見(jiàn)的疑點(diǎn)：使用非 Atmel 變體（例如Teensy ）、將靜態(tài)變量移動(dòng)到程序內(nèi)存中以及在打印語(yǔ)句中使用 F( ) 參數(shù)。我也開(kāi)始將 TI 的 FRAM 芯片放在我的板上，因?yàn)槲也幌矚g Arduino EEPROM 的有限壽命（100,000 次寫(xiě)入）。

本文介紹了另一種方法，使用多個(gè)微控制器來(lái)管理我的電路板的功能。這些微控制器將共享對(duì)公共 I2C 總線的訪問(wèn)和通信。我想使用標(biāo)準(zhǔn)的Arduino Wire Library ，我很高興看到這個(gè)庫(kù)聲稱(chēng)支持多主機(jī)。然而，正如wayneft 在 Arduino.cc 上的這個(gè)線程中所描述的那樣，有一個(gè)很大的問(wèn)題：Arduino 的多主控支持可以在爭(zhēng)奪初始控制權(quán)的主控或總線之間進(jìn)行仲裁，但它可能會(huì)在主控完成之前錯(cuò)誤地釋放總線它。這可能導(dǎo)致總線和您的程序鎖定。

避免碰撞和比賽條件

我為這個(gè)問(wèn)題開(kāi)發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案，再加上 Wire 確實(shí)提供的多主機(jī)支持，可以對(duì) I2C 總線進(jìn)行穩(wěn)健的共享控制。我添加了線來(lái)連接微控制器上的兩組 I/O 引腳：忙碌和時(shí)鐘。時(shí)鐘線是我的實(shí)時(shí)時(shí)鐘輸出的 32kbs 方波。Busy 和 Clock 線都使用 4.7k ohm 上拉電阻拉高。這允許我們對(duì)總線的控制進(jìn)行仲裁，因?yàn)槊總€(gè)微控制器都需要使用 Busy 線“聲明”總線，而 Clock 線確保它們不會(huì)同時(shí)聲明總線。

以下是它如何與下面提供的示例代碼片段一起使用：

• 如果 Arduino 想要讀取或?qū)懭?I2C 總線，它首先需要檢查 Busy 線是否為高電平（這表示總線當(dāng)前空閑）。然后，它需要檢查時(shí)鐘線，只有在時(shí)鐘線為低時(shí)才能將? Busy 線拉低。

• 如果 Simblee 想要讀取或?qū)懭?I2C 總線，它首先需要檢查 Busy 線是否為高電平（這表示總線當(dāng)前空閑）。然后，它需要檢查時(shí)鐘線，只有在時(shí)鐘線為高時(shí)才能將 Busy 線拉低。

• 如果 Simblee 或 Arduino 想要訪問(wèn)總線并發(fā)現(xiàn)它Low ，他們需要等待。

• 我通過(guò)創(chuàng)建兩個(gè)函數(shù)在代碼中實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)：TakeTheBus();和GiveUpTheBus();. 每個(gè)都返回一個(gè)布爾值，因此您可以編寫(xiě)代碼以等待成功嘗試，然后再繼續(xù)。

這種類(lèi)型的通信，其中一個(gè)上拉電阻器將線路保持為高電平，并且微控制器“寫(xiě)入”總線的唯一時(shí)間是將其拉低，應(yīng)該防止可能損壞任何一個(gè)處理器的情況。

與 SPI 相比

您可能會(huì)說(shuō)——“I2C 也被稱(chēng)為兩線接口。這種方法使用了四個(gè)，這并不比 SPI 好！”。沒(méi)錯(cuò)，但請(qǐng)考慮以下幾點(diǎn)：

• I2C 傳感器通常更常見(jiàn)且更便宜

• 四線要求僅在兩個(gè)主控之間

• I2C 傳感器可以在距離您的電路板更遠(yuǎn)的地方進(jìn)行通信

使用這種方法，您可以有效地在兩個(gè)微控制器之間分配工作。我讓 Arduino 專(zhuān)注于服務(wù)來(lái)自傳感器的中斷并將數(shù)據(jù)記錄到 FRAM。Simblee 能夠從該 FRAM 讀取數(shù)據(jù)并使用藍(lán)牙 LE 將其提供給手機(jī)上的應(yīng)用程序。每個(gè)草圖都變得更短更容易調(diào)試，并且減少了 Arduino 內(nèi)存的壓力。我計(jì)劃在后續(xù)文章中記錄電路板設(shè)計(jì)。

我希望你覺(jué)得這篇文章有幫助。