2021年11月24日 | I2C协议->裸机程序->adapter驱动程序分析

开发板：mini2440

内核  ：linux2.6.32.2

参考  ：韦东山毕业班I2C视频教程

1、i2c协议简要分析

    i2c中线是一种由 PHILIPS 公司开发的串行总线，用于连接微控制器及其外围设备，它具有以下特点。

        1、只有两条总线线路：一条串行数据线SDA,一条串行时钟线SCL。

        2、每个连接到总线的器件都可以使用软件根据它的唯一的地址来确定。

        3、传输数据的设备之间是简单的主从关系。

        4、主机可以用作主机发送器或者主机接收器。

        5、它是一个真正的多主机总线，两个或多个主机同时发起数据传输时，可以通过冲突检测和仲裁来防止数据被破坏。

        6、串行的8位双向传输，位速在标准模式下可达 100kbit/s,在快速模式下可达400kbit/s，在高速模式下可待3.4Mbit/s。

        7、片上的滤波器可以增加抗干扰能力，保证数据的完整性。

        8、连接到同一总线上的IC数量只受到总线的最大电容400Pf的限制。

如上图所示，启动一个传输时，主机先发送一个S信号，然后发送8位数据。这8位数据的前7位为从机地址，第八位表示传输的方向（0表示写，1表示读），如果有数据则继续发送，最后发出P信号停止。

信号类型：

    注意：正常数据传输时，SDA 在 SCL 为低电平时改变，在 SCL 为高电平时保持稳定。

    开始信号 S 信号：

        SCL 为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。

    结束信号 P 信号：

        SCL 为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

    响应信号 ACK：

        接收器在接收到8位数据后，在第9个时钟周期，拉低 SDA 电平

    注意：在第9个时钟周期，发送器保持SDA为高，如果有ACK，那么第9个时钟周期SDA为低电平，如果没有为高电平，发送器根据电平高低分辨是否有ACK信号。

          如果使能了IIC中断，发送完8bit数据后，主机自动进入中断处理函数，此时SCL被发送器拉低，让接收器被迫等待。恢复传输只需要清除中断挂起。

2、 s3c2440 读写流程

    1、设置传输模式 IICSTAT[7-6]，我们做实验与AT24C08通信时，2440作为主机，因此只用到主机发模式和主机收模式。

    2、写入从机地址到 IICDS[7-1]，此时IICDS[7-1]位表示从机地址，第0位不关心。如 AT24C08 为 0xA0(最低位写0了，发送到数据线上的7位地址的后边以为才表示收发，这里虽然写0但并不是根据这里的0来真正发送的)。

    3、写 0xF0(写) 或 0xB0(读)到 IICSTAT 寄存器, 高两位表示 传输模式前边设置过了，设置IICSTT[5-4] 为 11,使能传输，发送S信号。

    4、IIC控制器自动将第2步中设置的 IICDS[7-1] 再根据 传输模式 补充 IICDS[0]位，发送出去。

    5、进入第9个时钟周期，此时，从机决定是否发出ACK信号，主机进入中断，判断是否收到ACK信号，以及是否继续传输。

    继续发送：

        1、将数据写入 IICDS 

        2、清除中断挂起，SCL时钟恢复，IICDS的数据被自动发送到 SDA 线上，回到第5步。

    停止发送：

        1、写 0xD0(写) 和 0x90(读) 到 IICATAT ，IICATAT[7-6]还是表示的传输模式，IICATAT[5-4] == 0 1，发送停止信号

        2、清除中断挂起，SCL时钟恢复，发出停止信号

        3、延时，等待停止信号发出

3、 AT24C08 读写分析

    1、写过程

    写过程与2440芯片的里的写流程相一致，按照流程写就OK

    2、读过程

    读过程是由2440芯片里的一个写流程加一个读流程组合而成，其中写流程结束没有发出P信号，而是直接发出了S信号开始读流程，也就是我为什么加了一道红线的原因。

附上一份简单的裸机程序，仅供参考：基于MINI2440

#include

#include "s3c2440.h"

void Delay(int time);

#define WRDATA      (1)

#define RDDATA      (2)

typedef struct tI2C {

    unsigned char *pData;   /* 数据缓冲区 */

    volatile int DataCount; /* 等待传输的数据长度 */

    volatile int Status;    /* 状态 */

    volatile int Mode;      /* 模式：读/写 */

    volatile int Pt;        /* pData中待传输数据的位置 */

}tS3C24xx_I2C, *ptS3C24xx_I2C;

static tS3C24xx_I2C g_tS3C24xx_I2C;

/*

 * I2C初始化

 */

void i2c_init(void)

{

    GPEUP  |= 0xc000;       // 禁止内部上拉

/*

 * AT24C08 两根线 I2CSCL I2CSDA 与 2440芯片相连

 *  配置2440 GPECON GPE15 GPE14引脚为I2C功能

 */

    GPECON |= 0xa0000000;   // 选择引脚功能：GPE15:IICSDA, GPE14:IICSCL

/* 开INT_IIC中断 */

    //INTMSK &= ~(BIT_IIC);

    /* bit[7] = 1, 使能ACK

     * bit[6] = 0, IICCLK = PCLK/16

     * bit[5] = 1, 使能中断

     * bit[3:0] = 0xf, Tx clock = IICCLK/16

     * PCLK = 50MHz, IICCLK = 3.125MHz, Tx Clock = 0.195MHz

     */

    IICCON = (1<<7) | (0<<6) | (1<<5) | (0xf);  // 0xaf

    //IICADD  = 0x10;     // S3C24xx slave address = [7:1]

    IICSTAT = 0x10;     // I2C串行输出使能(Rx/Tx)

}

void I_Write(unsigned int slvaddr, unsigned char addr, unsigned char data)  

{  

    unsigned int ack;  

// 写从地址

IICSTAT |= 0x1<<6;//主机写模式   

    IICSTAT |= 0x1<<7;  

    IICDS = slvaddr;//0xa0;  //write slave address to IICDS   

    IICCON&=~0x10; //clear pending bit   

    IICSTAT = 0xf0;  //(M/T start)   

    while((IICCON & 1<<4) == 0);//udelay(10);//ack period and then interrupt is pending   

    // 写寄存器地址    

    IICDS = addr;  

    IICCON&=~0x10; //clear pending bit   

    while((IICCON & 1<<4) == 0);//udelay(10);//ack period and then interrupt is pending   

// 写数据

    IICDS = data;  

    IICCON&=~0x10; //clear pending bit   

    while((IICCON & 1<<4) == 0);//udelay(10);//ack period and then interrupt is pending   

// 发出停止信号

    IICSTAT = 0xD0; //write (M/T stop to IICSTAT)   

    IICCON&=~0x10; //clear pending bit   

    while((IICSTAT & 1<<5) == 1);  

}  

unsigned char I_Read(unsigned int slvaddr, unsigned char addr)  

{  

    unsigned char data  = 1;  

    int ack;  

// 写从地址

IICSTAT |= 0x1<<6;//主机写模式   

    IICSTAT |= 0x1<<7;  

slvaddr = 0xA0;    

    IICDS = slvaddr;//0xa0;  //write slave address to IICDS   

    IICCON&=~0x10; //clear pending bit   

    IICSTAT = 0xf0;  //(M/T start)   

    while((IICCON & 1<<4) == 0);//udelay(10);//ack period and then interrupt is pending   

    // 写寄存器地址

    IICDS = addr;  

    IICCON&=~0x10; //clear pending bit   

    while((IICCON & 1<<4) == 0);//udelay(10);//ack period and then interrupt is pending   

    // 写从地址(读模式)

    slvaddr = 0xA1;

    IICSTAT &= ~(0x1<<6);//主机接受模式  

    IICSTAT |= 0x1<<7;  

    IICDS = slvaddr;  

    IICCON&=~0x10; //clear pending bit   

    IICSTAT = 0xb0;  //(M/R Start)   

    while((IICCON & 1<<4) == 0);//udelay(10);//uart_SendByte('o');//ack period and then interrupt is pending::   

// 读数据

    data = IICDS;  

    //IICCON&=~0x10; //clear pending bit

IICCON = 0x2f; //清挂起状态，并设置无应答

    while((IICCON & 1<<4) == 0);//udelay(10);//ack period and then interrupt is pending   

    data = IICDS;  

//IICCON&=~0x10; //clear pending bit   

IICCON = 0x2f; //清挂起状态，并设置无应答

    while((IICCON & 1<<4) == 0);//udelay(10);//ack period and then interrupt is pending   

    IICSTAT = 0x90;  

IICCON = 0xaf;

    //IICCON &= ~0x10; //clear pending bit   

    while((IICSTAT & 1<<5) == 1);  

    return data;  

} 

4、adapter驱动程序

    这里，我们主要分析驱动里的发送核心算法，至于注册中断，IO内存映射，设置寄存器不在讨论。

    static int xxx_i2c_xfer(struct i2c_adapter *adpap, struct i2c_msg *msg,int num)

    这个算法函数的作用就是将上层封装好的一些i2c_msg 进行解析，将数据写入寄存器，发送出去。在设备驱动层，我们使用了类似i2c_smbus_write_byte 等函数，类似的函数有很多，它们的作用就是封装i2c_msg 结构(比如读和写的 msg 肯定不一样，读一个字节和读多个字节也不一样)，然后调用 i2c_smbus_xfer_emulated->i2c_transfer，最终调用到我们的xxx_i2c_xfer函数进行传输。通过分析i2c_smbus_xfer_emulated函数，我们可以了解i2c_msg是如何封装的。下面，我们简单分析一下，知道最上层想干什么，我们才能知道实现哪些底层的功能不是。

struct i2c_msg {

__u16 addr; //从机地址

__u16 flags;

__u16 len; // buf 里 有多少个字节

__u8 *buf; // 本 msg 含有的数据，可能是1个字节，可有可能是多个字节

};

    此函数，省略了很多内容，举例分析而已~，细节请看源码

static s32 i2c_smbus_xfer_emulated(struct i2c_adapter * adapter, u16 addr,

                                   unsigned short flags,

                                   char read_write, u8 command, int size,

                                   union i2c_smbus_data * data)

{

unsigned char msgbuf0[I2C_SMBUS_BLOCK_MAX+3];

unsigned char msgbuf1[I2C_SMBUS_BLOCK_MAX+2];

int num = read_write == I2C_SMBUS_READ?2:1; // 写操作两个Msg 读操作一个msg 这和我们前面分析AT24c08是一致的

struct i2c_msg msg[2] = { { addr, flags, 1, msgbuf0 },

                          { addr, flags | I2C_M_RD, 0, msgbuf1 }

                        };

msgbuf0[0] = command; // 从机地址右移1位得到的，比如AT24C08  为 0x50

switch(size) {

case I2C_SMBUS_BYTE_DATA: // 单字节读写

if (read_write == I2C_SMBUS_READ)

msg[1].len = 1;

/*

* 读：

* msgbuf0[0] = command

*  msg[1].len = 1 ,数据会读到 msgbuf0[1] 里

*/

else {

msg[0].len = 2;

msgbuf0[1] = data->byte;

/*

* 写：

* msgbuf0[0] = command

* msgbuf0[1] = data->byte

*/

}

break;

}

status = i2c_transfer(adapter, msg, num);

}

    上面代码跟我们分析AT24C08的时候如出一辙，对于一个写操作，我们只需要一个2440的写流程对应于这里的一个Msg，然而对于读操作，我们需要2440的两个流程，对应于这里的两个Msg。那么，我们底层控制器驱动需要做的工作就是，取出所有的Msg，将每一个Msg里buf里的数据发送出去，如果有下一个Msg, 那么再将下一个Msg里的buf发送完毕，最后发出P停止信号。还有一点，每发送一个Msg都要先发出S开始信号。

    在看adapter程序之前，我们先来简单思考一下，发出S开始信号之后，可能有以下3中情况：

        1、当前msg.len == 0 ，如果有ACK直接发出stop信号。这种情况出现在，控制器枚举设备的时候，因为它只发送S信号以及设备地址，不发送数据。

        2、根据msg->flags 为 I2C_M_RD 等信息判断读写，msg->flags 最低位为1表示读，最低位为0表示写。

            #define I2C_M_TEN0x0010          /* this is a ten bit chip address */

            #define I2C_M_RD0x0001           /* read data, from slave to master */