I2C總線驅動在嵌入式系統中的兩種實現

1 引 言

I2C總線(Inter-IC Bus)是一種通用的串行總線，是用於IC器件之間連接的二線制總線。他通過串行數據線(Serial Data Lines，SDL)及串行時鐘線(Serial ClockLine，SCL)兩線在連接到總線上的器件之間傳送信息，並根據地址識別每個器件。一個或多個微控制器以及外圍器件可以通過I2C總線接口非常方便的連接在一起構成系統。這種總線結構的連線和連接引腳少，器件間總線簡單。結構緊湊，因此其構成系統的成本較低；並且在總線上增加器件不會影響系統的正常工作，所有的I。C器件共用一套總線，因此其系統修改和可擴展性好。即使有不同時鐘速度的器件連接到總線上，時間同步機制也能夠很方便地確定總線時鐘，因此在嵌入式系統中得到了廣泛的應用。 2 I2C總線原理

2．1 I2C工作原理

I2C總線是由數據線SDA和時鐘線SCL構成的串行總線，可發送和接收數據。每個連接到總線的器件都可以通過惟一的地址與主機通訊，主機可以作為主機發送器或主機接收器。他是一個真正的多主機總線，如果兩個或更多主機同時初始化，數據傳輸可以通過衝突檢測和仲裁防止數據被破壞。串行的8位雙向數據傳輸位速率在標準模式下可達100 kb／s，快速模式下可達400 kb／s，高速模式下可達3.4 Mb／s。連接到相同總線的IC數量只受到總線的最大電容400 pF限制。

I2C總線在傳送數據過程中共有3種特殊的電平變換情況，他們分別是：起始(start)、停止(stop)和響應(aek)。

當SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，這個表示起始條件；當SCL是高電平時，SDA線由低電平向高電平跳變表示停止條件。起始和停止條件一般由主機產生，總線在起始條件後被認為處於忙的狀態，在停止條件的某段時間後總線被認為再次處於空閒狀態。

響應信號是指從機在接收到8b數據後，向主機發出特定的低電平脈衝，表示已收到數據。在響應的時鐘脈衝期間，從機必須將SDA線拉低使他在這個時鐘脈衝的高電平期間保持穩定的低電平，主機收到應答信號後，根據實際情況做出是否繼續傳遞信號的判斷。若未收到應答信號，則判斷為從機出現故障。

2.2操作時序

I2C總線運用主／從雙向通訊。主機和從機都可以工作於接收和發送狀態。總線必須由主機(通常為微控制器)控制，主機產生串行時鐘(SCL)控制總線的傳輸方向，並產生起始和停止條件。SDA線上的數據狀態僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態的改變被用來表示起始和停止條件。具體時序見圖1。

3嵌入式系統中的I2C驅動的兩種實現

3.1 系統自帶I2C寄存器的實現

下面以ARM S3C4510B為例，給出基於寄存器方式的I2C驅動實現。S3C4510B內含一個I2C總線主控器，可方便地與各種帶有I2C接口的器件相連。I2C總線控制器有3個特殊功能寄存器：一個控制狀態寄存器(I2CON)，一個預分頻寄存器(I2CPS)和一個移位緩衝寄存器(I2CBUF)。通過配置這些寄存器，可實現正確的I2C數據傳輸時序。下面分別給出讀、寫實現的實例。讀操作：

通過對控制狀態寄存器(I2CC()N)寫入OxlO發送啟動碼初始化串行I2C總線，然後總線控制器發送7位的從設備地址並通過移位緩衝寄存器發送讀／寫控制位，接收器則在主控器的SCL脈衝期間通過將SDA線從高電平下拉到低電平作為應答信號。

寫數據的操作 先設置控制狀態寄存器的BF位(0x01)，然後寫入數據到移位緩衝寄存器。移位緩衝寄存器無論是被讀還是寫，BF位均會自動清零。若要進行連續的讀／寫操作，必須設置控制狀態寄存器的ACK位(0x08)。

讀數據的操作 在設置控制狀態寄存器的BF位以後，可以進行讀數據的操作，當讀／寫完最後一個字節時，可對ACK位進行復位通知發送器／接收器讀數據操作結束。

在讀／寫操作完成以後，可通過對I2CCON寫入0x20生成結束碼。