I2C通信介紹及軟測(cè)方法

一、I2C總線的介紹

??I2C是一種非常常見的通信協(xié)議，是philips公司提出的，由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL兩條雙向信號(hào)線組成，CPU利用串行時(shí)鐘線發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)，利用串行數(shù)據(jù)線發(fā)送或者接受數(shù)據(jù)。SDA線傳輸數(shù)據(jù)是大端傳輸（字節(jié)高位先傳），每次傳輸8bit，即1字節(jié)。支持多主控，任何時(shí)間點(diǎn)只能有一個(gè)主控。每個(gè)連接到總線的設(shè)備都有一個(gè)獨(dú)立的地址addr，共7個(gè)bit，主機(jī)正是利用該地址對(duì)設(shè)備進(jìn)行訪問（這是I2C和SPI最大的不同點(diǎn)之一，I2C對(duì)從設(shè)備進(jìn)行操作需要知道從設(shè)備地址，然后進(jìn)行尋址；而SPI則不需要通過設(shè)備地址尋址）。
??當(dāng)總線空閑的時(shí)候，SDA和SCL都是高電平。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，SCL為高電平的時(shí)候，SDA線必須保持穩(wěn)定，SDA上傳輸1個(gè)bit數(shù)據(jù)；當(dāng)SCL為低電平的時(shí)候，SDA線才可以改變電平。簡(jiǎn)言之，只有當(dāng)SCL為高電平時(shí)，SDA的數(shù)據(jù)才有意義。

??開始信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。起始信號(hào)由主控制器產(chǎn)生。
??結(jié)束信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。結(jié)束信號(hào)也只能由主控制器產(chǎn)生。
??（記憶竅門：因?yàn)榭偩€空閑時(shí)兩根線都是高電平，所以開始信號(hào)是由高電平變?yōu)榈碗娖剑欢Y(jié)束信號(hào)是要回到總線空閑的狀態(tài)，所以是從低電平變?yōu)楦唠娖剑?br />

??發(fā)送到SDA線上的每個(gè)字節(jié)必須是8位，每次傳輸可以發(fā)送的字節(jié)數(shù)量不受限制，每個(gè)字節(jié)后必須跟一個(gè)ACK應(yīng)答位，數(shù)據(jù)從最高有效位(MSB)開始傳輸。
??主機(jī)每發(fā)送完8bit數(shù)據(jù)后等待從機(jī)ACK。即在第9個(gè)clock，若從機(jī)發(fā)回ACK，SDA會(huì)被拉低。若沒有ACK，SDA會(huì)被置高，這會(huì)引起主控發(fā)生RESTART或STOP流程。根據(jù)近期實(shí)際開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，主機(jī)在第一次尋址失敗后，會(huì)再次尋址，如果兩次都失敗，那么SDA就會(huì)把電平拉高（同時(shí)SCL處于高電平狀態(tài)），結(jié)束通信。

??I2C總線上的所有數(shù)據(jù)都是以8位字節(jié)傳送的，發(fā)送器每發(fā)送一個(gè)字節(jié)，就在時(shí)鐘脈沖9期間釋放數(shù)據(jù)線，由接收器反饋一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。應(yīng)答信號(hào)為低電平時(shí)，規(guī)定為有效應(yīng)答位（ACK簡(jiǎn)稱應(yīng)答位），表示接收器已經(jīng)成功地接收了該字節(jié)；應(yīng)答信號(hào)為高電平時(shí)，規(guī)定為非應(yīng)答位（NACK），一般表示接收器接收該字節(jié)沒有成功。(無論是發(fā)送地址還是數(shù)據(jù)，其后都緊跟著一個(gè)ACK/NACK。ACK和NACK由slave提供。)
??如果從機(jī)要在完成一些其他功能之后才能接收或發(fā)送下一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)，則可以使時(shí)鐘線SCL 保持低電平，從而迫使主機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好接收下一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，并且釋放時(shí)鐘線SCL 后，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)。
??當(dāng)主控器接收數(shù)據(jù)時(shí)，在最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，必須發(fā)送一個(gè)非應(yīng)答信號(hào)（NACK），使受控器釋放數(shù)據(jù)線，以便主控器產(chǎn)生一個(gè)停止信號(hào)來終止總線的數(shù)據(jù)傳送。
??在起始信號(hào)結(jié)束后，發(fā)送一個(gè)7bit的從設(shè)備地址，然后緊跟著讀寫標(biāo)志位（“0”表示寫，“1”表示讀）。如果從設(shè)備有回應(yīng)，就可以繼續(xù)讀寫數(shù)據(jù)，具體讀寫哪個(gè)寄存器也要有所說明。

二、邏輯分析儀抓取總線波形

??在實(shí)際工作中可以使用邏輯分析儀抓取I2C總線的波形進(jìn)行排故。

??由于我手上只有杜邦線，缺少邏輯分析儀專用的數(shù)據(jù)線（一頭帶夾子，如下圖所示），沒有辦法在連接外設(shè)的同時(shí)抓取波形，所以此處只能簡(jiǎn)單抓取主設(shè)尋址外設(shè)的波形。
??抓取波形使用的軟件是USBee Suite,如下圖所示：

??快速設(shè)置信號(hào)4,5為I2C總線，這種設(shè)置方法也決定了硬件上的連接。

??設(shè)置采樣率和樣本數(shù)如圖所示：

??設(shè)置下降沿觸發(fā)（倒數(shù)第3個(gè)信號(hào)通道，軟件上標(biāo)注的SDA和SCL并不是實(shí)際上的SDA和SCL，這是一個(gè)軟件BUG，根據(jù)波形來判斷，有規(guī)律的進(jìn)行跳變的就是SCL， 另外一個(gè)是SDA.）：

??使用單次觸發(fā)方式捕獲波形：

??實(shí)際捕獲到的波形如下圖所示：

??根據(jù)波形可以看出，GM5主設(shè)兩次尋址地址為0X22的從設(shè)備，但是沒有收到從設(shè)備的回應(yīng)（NACK）,最終主設(shè)停止了本次通信。

原文標(biāo)題：二、邏輯分析儀抓取總線波形

文章出處：【微信公眾號(hào)：愛搞研究的阿燦】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。