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| 导读 | I2C 总线被全球超过 50 个公司的 1000+ 个 ICs 所使用, 已然是一个世界标准. 另外,I2C 总线与多种不同的控制总线是兼容的, 比如 SMBus(系统管理总线),PMBus(电源管理总线),IPMI(智能平台管理总线),DDC(显示数据通道)以及 ATCA(高级电信架构). 如果没记错的话,linux 中的 I2C 框架是完全支持 SMBus 的. |
要全面了解 I2C, 可以从《I2C-bus specification and user manual》看起.I2C 最初是由 Philips 提出的, 那么这文档就是由 NXP 维护的.
我们接下来要了解 I2C 总线是如何工作的, 在一个具体应用中如何设计.I2C 的数据传输, 握手以及总线仲裁机制都需要了解.I2C 总线在每种操作模式下的时序和电气特性都需要了解, 这里还是从嵌入式软件工程师的角度着重了解时序特性.
I2C 总线的特性:
在消费电子, 通信以及工业电子中, 看起来不相关的设计中有很多类似的地方. 例如, 基本上每个系统都包括:
1. 一些智能控制, 通常是单芯片的微控制器
2. 通用的电路:LCD 和 LED 驱动器, 远程 IO 口,RAM,EEPROM,RTC 或者 DAC\ADC.
3. 面向应用的电路: 比如收音机和视频系统的数字调谐和信号处理电路, 温度传感器和智能卡.
为了让这些共同之处对于系统设计者和设备厂商都有用, 也为了最大化硬件的有效性和电路的简单性,Philips 半导体开发了一个简单的双向 2 线的总线, 实现了 IC 之间的有效控制. 这个总线就被称为 I2C 总线. 所有兼容 I2C 总线的设备都包含一个片上的接口, 允许它们直接通过 I2C 总线进行通信. 这个设计解决了在设计数字控制电路时带来的很多接口问题.
下面是 I2C 总线的一些特性:
1. 只需要两根线, 一个串行数据线 (SDA) 额一个串行时钟线(SCL).
2. 可以通过软件方式和一个唯一的地址来寻找到每一个连接到总线的设备, 简单的主从关系一直存在. 主机可以作为主机发送器或者主机接收器.
3. 它是真正的多主机总线, 如果有两个或多个主机初始化数据传输, 可以通过冲突检测和仲裁来防止数据被破坏.
4. 串行的 8 位双向数据传输在标准模式下达到 100kb/s, 快速模式下是 400kb/s, 超速模式下是 3.4Mb/s.
5. 串行的 8 位单向数据在快速模式下可以达到 5Mb/s.
6. 片上的滤波器可以保护数据完整性.
7. 总线上连接的最大 IC 数量由总线最大的电容所限制.
系统设计者的好处:
由于 I2C 总线是个是一个标准的总线, 不需要额外的接口. 所以在系统升级或者修改时, 可以简单的换 IC.
厂商的好处:
符合 I2C 总线的 IC 不仅帮助了设计者, 同样给设备厂商很多好处, 因为:
1.I2C 只有两根线, 所以 IC 的 pin 脚会少,PCB 的面积会小, 成本会降.
2. 完整的 I2C 总线协议不需要地址译码器或其他逻辑电路.
这只是一些好处. 另外, 符合 I2C 总线的 IC 会增加系统设计的灵活性.IC 很容易升级, 比如需要一个更大的 ROM, 只需要选择一个有更大 ROM 的微控制器就可以了.
IC 设计者的好处:
微控制器的设计者经常要考虑输出 pin 脚.I2C 协议允许在没有单独寻址信号和芯片使能信号的条件下各种外设的连接. 另外, 带 I2C 接口的微控制器在市场上更受欢迎, 因为有很多外设可以选.
通过 i2cdetect - l 指令可以查看 TX1 上的 I2C 总线，从返回的结果来看 TX1 含有七个 I2C 总线。
ubuntu@tegra-ubuntu:/proc/device-tree$ i2cdetect -l
i2c-0 unknown Tegra I2C adapter N/A
i2c-1 unknown Tegra I2C adapter N/A
i2c-2 unknown Tegra I2C adapter N/A
i2c-3 unknown Tegra I2C adapter N/A
i2c-4 unknown Tegra I2C adapter N/A
i2c-5 unknown Tegra I2C adapter N/A
i2c-6 unknown Tegra I2C adapter N/A若总线上挂载 I2C 从设备，可通过 i2cdetect 扫描某个 I2C 总线上的所有设备。可通过控制台输入 i2cdetect -y 2，结果如下所示。
ubuntu@tegra-ubuntu:/proc/device-tree$ sudo i2cdetect -y 2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: 50 -- -- -- -- -- -- 57 -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --通过 i2cdump 指令可导出 I2C 设备中的所有寄存器内容，例如输入 i2cdump -y 2 0x50，可获得以下内容:
ubuntu@tegra-ubuntu:/proc/device-tree$ sudo i2cdump -y 2 0x50
No size specified (using byte-data access)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f 0123456789abcdef
00: 01 00 0d 00 84 08 e8 03 04 4a 00 00 00 00 00 00 ?.?.?????J......
10: 00 00 35 02 36 39 39 2d 38 32 31 38 30 2d 31 30 ..5?699-82180-10
20: 30 30 2d 34 31 30 20 4a 2e 30 ff ff ff ff ff ff 00-410 J.0......
30: ff ff 35 2d 66 4b 04 00 36 2d 66 4b 04 00 00 00 ..5-fK?.6-fK?...
40: 00 00 00 00 37 2d 66 4b 04 00 30 33 32 33 32 31 ....7-fK?.032321
50: 36 31 33 30 35 36 35 ff ff ff ff ff ff ff ff ff 6130565.........
60: ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ................
70: ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ................
80: ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ................
90: ff ff ff ff ff ff 4e 56 43 42 1c 00 4d 31 00 00 ......NVCB?.M1..
a0: 35 2d 66 4b 04 00 36 2d 66 4b 04 00 37 2d 66 4b 5-fK?.6-fK?.7-fK
b0: 04 00 ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ?...............
c0: ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ................
d0: ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ................
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f0: ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff 96 ...............?- pi@raspberrypi:~$ i2cget -y 2 0x50 0x00
- 0x13
