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.
I2c扫描
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
I2C设备查询
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: -- -- -- -- -- -- -- --
说明1：-y为一个可选参数，如果有-y参数的存在则会有一个用户交互过程，意思是希望用户停止使用该I2C总线。如果写入该参数，则没有这个交互过程，一般该参数在脚本中使用。
说明2：此处I2C总线共挂载两个设备——PCF8574和AT24C04，从机地址0x50为board configure，从机地址0x57为AT24C04。
寄存器内容导出
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 ................
- e0: ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ................
- f0: ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff 96 ...............?
i2cdump -y 2 0x50指令中，
-y 代表取消用户交互过程，直接执行指令;
2 代表I2C总线编号;
0x50 代表I2C设备从机地址，此处选择配置芯片的高256字节内容。
寄存器内容写入
如果向I2C设备中写入某字节，可输入指令i2cset -y 2 0x50 0x00 0x13
-y 代表曲线用户交互过程，直接执行指令
2 代表I2C总线编号
0x50 代表I2C设备地址，此处选择AT24C04的低256字节内容
0x00 代表存储器地址
0x13 代表存储器地址中的具体内容
寄存器内容读出
[plain] view plain copy
- pi@raspberrypi:~$ i2cget -y 2 0x50 0x00
- 0x13
如果从I2C从设备中读出某字节，可输入执行i2cget -y 2 0x50 0x00，可得到以下反馈结果
-y 代表曲线用户交互过程，直接执行指令
2 代表I2C总线编号
0x50 代表I2C设备地址，此处选择AT24C04的低256字节内容
0x00 代表存储器地址
