【有那么點(diǎn)詳細(xì)的CW32學(xué)習(xí)筆記】IIC接口-主機(jī)發(fā)送

例程鏈接 ：

https://pan.baidu.com/s/1s1XwqDFkO8fK4SRSTKsNhA?pwd=mshk

提取碼 ：mshk

本章將介紹CW32的IIC接口，并最終點(diǎn)亮一塊OLED屏幕，如果你對(duì)如何編寫(xiě)各種模塊的驅(qū)動(dòng)代碼束手無(wú)策，那本系列教程的IIC章節(jié)或許能讓你受益匪淺。

Inter-Integrated Circuit Bus，集成電路總線，簡(jiǎn)稱IIC總線。這是一種半雙工同步總線協(xié)議，這個(gè)分類很好地概括了IIC總線的特點(diǎn)：

1.作為總線協(xié)議，可以在一根“信息主干道”上接入多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)（也就是通信設(shè)備）；

2.同一時(shí)間只能有一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)能夠在總線上講話；

3.同步傳輸意味著這種傳輸方式至少需要一根時(shí)鐘線；

IIC總線使用2根線來(lái)傳輸信號(hào)：時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線，相比于其他的總線協(xié)議，這種傳輸方式更節(jié)省IO資源，由于多數(shù)情況下IIC僅用于同一塊集成電路板上不同模塊之間的通信，所以它并不能傳輸很長(zhǎng)的距離，速度也不是那么快，但硬件布線簡(jiǎn)單，且同一塊電路板都會(huì)使用同一個(gè)電源的正負(fù)極，因此IIC總線相當(dāng)實(shí)用。

本文不會(huì)詳細(xì)介紹IIC總線的時(shí)序，這里只對(duì)其通信流程進(jìn)行概括，并著重介紹數(shù)據(jù)鏈路層的相關(guān)內(nèi)容。從流程上看，IIC總線協(xié)議的通信過(guò)程大致如下。

假設(shè)有A、B兩個(gè)設(shè)備，他們使用IIC總線協(xié)議來(lái)傳遞信息，協(xié)議規(guī)定至少要有一個(gè)設(shè)備作為主機(jī)，其他設(shè)備作為從機(jī)，IIC是同步通信，協(xié)議規(guī)定主機(jī)來(lái)提供時(shí)鐘，因此只有主機(jī)可以主動(dòng)發(fā)起一次通信。假設(shè)現(xiàn)在A需要向B傳遞一個(gè)信息DATA，那過(guò)程就是這樣：

1.設(shè)備A發(fā)出消息“全體目光向我看齊，我宣布個(gè)事，我要開(kāi)始講話了”；

2.設(shè)備A發(fā)出的“公告”會(huì)被B看到，B作為從機(jī)就會(huì)聽(tīng)A接下來(lái)要說(shuō)什么，從A發(fā)出“公告”開(kāi)始，A就會(huì)占用總線，此時(shí)其他設(shè)備都無(wú)法在數(shù)據(jù)線上發(fā)出消息。

3.設(shè)備A需要繼續(xù)喊話，這第二次喊話，A就需要告知總線上的設(shè)備自己到底要找誰(shuí)發(fā)消息，是廣播給所有人（就像全校演講那樣），還是逮住某個(gè)設(shè)備“私聊”，IIC總線使用從機(jī)地址來(lái)區(qū)分廣播和“私聊”，如果第二次喊話的內(nèi)容是廣播模式專有的“地址碼”（0x00），總線上的所有從機(jī)都會(huì)接收后續(xù)發(fā)出的數(shù)據(jù)；如果第二次喊話的內(nèi)容是設(shè)備B專有的“地址碼”（一個(gè)7bit大小的數(shù)字），那這次喊話就是針對(duì)設(shè)備B的，其他的設(shè)備會(huì)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)名私聊沒(méi)找到自己，也就會(huì)放棄對(duì)后續(xù)數(shù)據(jù)的接收。

4.假設(shè)設(shè)備A用二次喊話找到設(shè)備B進(jìn)行私聊，待B回應(yīng)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)（ACK）之后，A就可以開(kāi)始數(shù)據(jù)的傳輸，每當(dāng)B接收到A傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，B就會(huì)給A發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，這個(gè)過(guò)程會(huì)持續(xù)到A完成所有數(shù)據(jù)的傳輸并發(fā)出停止信號(hào)為止——“我的話講完了，你可以掛電話了“。

如果在A不斷向B傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程中，B覺(jué)得自己腦子要炸了，數(shù)據(jù)太多了，需要時(shí)間消化，B可以在回發(fā)應(yīng)答信號(hào)的時(shí)候發(fā)一個(gè)“我收不了了！“（NACK），A在接收到這個(gè)信號(hào)之后，就知道B已經(jīng)接收到極限了，A就不會(huì)再發(fā)數(shù)據(jù)。之后A可以選擇開(kāi)始新一輪的數(shù)據(jù)傳輸（回到過(guò)程1發(fā)起一個(gè)新的”喊話“）或者發(fā)出停止信號(hào)來(lái)直接關(guān)閉這次通信。

我們會(huì)發(fā)現(xiàn)上述過(guò)程存在很多分支選項(xiàng)，整個(gè)過(guò)程就像上課一樣，“老師講課學(xué)生都聽(tīng)著“、”老師點(diǎn)名某個(gè)學(xué)生回答問(wèn)題“，下面我們就從具體的格式上來(lái)把上述的抽象過(guò)程給對(duì)應(yīng)上。

格式上看，任何一次完整的IIC通信需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是如下的結(jié)構(gòu)：

“起始信號(hào)+從機(jī)地址|讀寫(xiě)類型+ACK+數(shù)據(jù)0+ACK+數(shù)據(jù)1+ACK+數(shù)據(jù)2+……+數(shù)據(jù)N+ACK+停止信號(hào)”

起始信號(hào)=我要開(kāi)始喊話了；

從機(jī)地址|讀寫(xiě)類型=我要找誰(shuí)講話|我要傳達(dá)or索要信息；

ACK=收到?。?/strong>

數(shù)據(jù)N=需要傳達(dá)or索要的信息；

停止信號(hào)：我的話講完了；

肯定有小伙伴想問(wèn)：“那IIC總線通過(guò)什么方式來(lái)表示這些信號(hào)呢？“，這些內(nèi)容屬于物理層，感興趣的小伙伴可以自行百度。

前半部分主要講解了IIC總線的過(guò)程，下面介紹具體到代碼上，單片機(jī)的IIC接口應(yīng)該如何去使用。

首先登場(chǎng)的還是喜聞樂(lè)見(jiàn)的IO和時(shí)鐘配置，需要注意的是，這里的IO輸出模式需要配置為開(kāi)漏輸出，因?yàn)镮IC接口需要從IO口收發(fā)數(shù)據(jù)，讀寫(xiě)都在這一個(gè)IO上，開(kāi)漏輸出就能滿足同時(shí)讀寫(xiě)的需求。

對(duì)于IIC的配置其實(shí)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，配置好波特率（公式在結(jié)構(gòu)體的注釋里面寫(xiě)好了），使能外設(shè)，設(shè)置好應(yīng)答規(guī)則，最后開(kāi)啟IIC外設(shè)即可。

接著就是比較重要的部分了，IIC接口的收發(fā)并不是全自動(dòng)的，因?yàn)橐粋€(gè)完整的通信不僅包括發(fā)數(shù)據(jù)（地址、數(shù)據(jù)什么的），還包含收數(shù)據(jù)（啥也不干也得接收ACK信號(hào)），所以IIC通信的每個(gè)部分基本上都是收發(fā)易位的過(guò)程，IIC外設(shè)并不會(huì)自動(dòng)完成這個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，每個(gè)部分的信號(hào)是否發(fā)送、以及發(fā)送的情況都需要開(kāi)發(fā)者自己去查看（開(kāi)發(fā)者：改為手動(dòng)操作，全部讓我來(lái)?。?/p>

編者寫(xiě)了幾個(gè)帶自檢功能的IIC函數(shù)，這幾個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)可以滿足驅(qū)動(dòng)OLED的需求。

編寫(xiě)這四個(gè)函數(shù)可以方便我們后續(xù)對(duì)OLED驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在我要詳細(xì)說(shuō)明一下這四個(gè)函數(shù)的內(nèi)在邏輯。

首先是起始信號(hào)，我們可以看到發(fā)起始信號(hào)的函數(shù)顯示打開(kāi)了一個(gè)開(kāi)關(guān)，等待某個(gè)標(biāo)志成立之后又關(guān)掉了那個(gè)開(kāi)關(guān)，這里結(jié)合手冊(cè)進(jìn)行說(shuō)明。IIC協(xié)議中，起始信號(hào)是“SCL維持高電平，SDA線電平拉低”這一現(xiàn)象，手冊(cè)中也有詳細(xì)描述：

又由于CW32的IIC接口并不會(huì)在起始信號(hào)發(fā)出之后自動(dòng)停發(fā)起始信號(hào)，因此如果不在監(jiān)測(cè)到起始信號(hào)發(fā)出之后關(guān)閉起始信號(hào)的發(fā)送，那么數(shù)據(jù)傳輸就無(wú)法開(kāi)始，IIC設(shè)備會(huì)一直發(fā)送RESTART信號(hào)來(lái)占用總線，通信就會(huì)失敗。

對(duì)于總線的狀態(tài)——“我發(fā)的信號(hào)到底成功發(fā)出去沒(méi)有呢？”，CW32提供了IIC狀態(tài)碼來(lái)指示總線狀態(tài)，根據(jù)IIC設(shè)備不同的工作模式，一共會(huì)有26種總線狀態(tài)，我們并不會(huì)用到全部的狀態(tài)，但可能用到的狀態(tài)都可以放到枚舉類型里面，就像這樣：

以起始信號(hào)發(fā)送函數(shù)為例，其返回值就是已發(fā)送起始信號(hào)的狀態(tài)碼（0x08），如果起始信號(hào)發(fā)送失敗，死循環(huán)就無(wú)法跳出，程序死機(jī)（雖然實(shí)際上不應(yīng)該這么寫(xiě)，此處只做演示，編者就小小地偷一下懶）。

視線來(lái)到發(fā)送從機(jī)地址和讀寫(xiě)指令的函數(shù)，就像本文前半部分講的一樣，喊話宣言之后需要指名道姓自己需要私聊的對(duì)象。從機(jī)地址本身只有7bit，占據(jù)整個(gè)字節(jié)的高7位，0號(hào)bit位表示這一次通信是為了傳達(dá)信息還是索取信息，0位為0則傳達(dá)（也就是寫(xiě)），為1則索取（也就是讀）。當(dāng)成功發(fā)送從機(jī)地址這一個(gè)字節(jié)之后，IIC狀態(tài)碼也會(huì)改變，對(duì)比狀態(tài)碼之后即可確認(rèn)從機(jī)地址字節(jié)發(fā)送成功并收到了從機(jī)的ACK信號(hào)，這表示從機(jī)確認(rèn)收到了這個(gè)字節(jié)的消息。

發(fā)送數(shù)據(jù)的函數(shù)和發(fā)送從機(jī)地址的函數(shù)很相似，只不過(guò)整個(gè)字節(jié)都表示數(shù)據(jù)，并沒(méi)有什么獨(dú)特的含義。

最后就是發(fā)送停止信號(hào)的函數(shù)，與起始信號(hào)不同，停止信號(hào)成功發(fā)出之后，總線會(huì)進(jìn)入空閑狀態(tài)，并且停止信號(hào)使能位會(huì)被硬件自動(dòng)清零。

捋清邏輯之后，我就要說(shuō)明一個(gè)非常重要的細(xì)節(jié)，仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，所有的IIC信號(hào)發(fā)送函數(shù)都有一個(gè)清除中斷標(biāo)志的操作，這里明明不是中斷，為什么要寫(xiě)這個(gè)語(yǔ)句呢？因?yàn)?strong>CW32的IIC接口，其發(fā)送數(shù)據(jù)的觸發(fā)條件，就是中斷標(biāo)志位被清除。 根據(jù)手冊(cè)的描述，只要IIC狀態(tài)碼改變，中斷標(biāo)志位就會(huì)被硬件置位，在開(kāi)啟中斷的情況下，程序會(huì)進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)，如果不開(kāi)啟中斷，程序的執(zhí)行順序不會(huì)改變，這個(gè)標(biāo)志位也就只是一個(gè)發(fā)送開(kāi)關(guān)。

這個(gè)發(fā)送邏輯某種程度上很反直覺(jué)，因?yàn)榇蟛糠值?a target="_blank">通信接口，都是拿“數(shù)據(jù)緩沖區(qū)被寫(xiě)入數(shù)據(jù)”來(lái)觸發(fā)發(fā)送行為的，而此處的send函數(shù)，均不具備發(fā)送功能，與其叫send_data，不如叫set_data更合適，他們的作用只是把數(shù)據(jù)裝載到IIC的數(shù)據(jù)寄存器，因此如果想要發(fā)送，就需要在清除中斷標(biāo)志位之前將數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)寄存器。手冊(cè)上也詳細(xì)描述了這一點(diǎn)：

這樣一來(lái)，IIC通信就具備基本的發(fā)送功能了，對(duì)于常見(jiàn)的EEPROM讀寫(xiě)，CW32的IIC庫(kù)提供了連續(xù)讀寫(xiě)的函數(shù)，開(kāi)發(fā)者可以直接使用：

個(gè)人評(píng)價(jià)：大部分人在需要使用IIC的時(shí)候，都會(huì)直接移植軟件模擬的IIC接口，但是在更多的地方，我還是推薦使用硬件IIC，尤其是需要使用IIC大量讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。而CW32的IIC接口，在不考慮發(fā)送觸發(fā)與中斷綁定這一反直覺(jué)因素的情況下，其內(nèi)部的處理邏輯相比其他MCU的IIC接口，還是頗具優(yōu)勢(shì)的（讀者可以自行對(duì)比STM32的IIC接口，STM32的IIC讀寫(xiě)邏輯不能完全手動(dòng)操作，效率不夠高），尤其是每次發(fā)送之后，不必要立刻進(jìn)行下一個(gè)字節(jié)的發(fā)送，只要IIC總線還保持在建立狀態(tài)，開(kāi)發(fā)者可以在之后一段時(shí)間內(nèi)的任意時(shí)刻發(fā)送下一個(gè)字節(jié)，這直接省去了等待發(fā)送完成的時(shí)間（當(dāng)然本文并沒(méi)有采取這種寫(xiě)法），提高了程序整體的運(yùn)行效率。

篇幅有限，下一章將會(huì)介紹如何使用IIC接口編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)易的OLED驅(qū)動(dòng)程序。

審核編輯 黃宇