I2C通信详解

什么事I2C通信
1. 物理接口：SCL+SDA
  1. SCL（serial clock ）：时钟线，传输CLK信号，一般是I2C主设备向从设备提供时钟的通道。
  2. SDA（serial data）：数据线，通信数据都通过SDA线传输
2. 通信特征：串行、同步、非差分、低速率
  1. I2C 属于串行通信，所有的数据以位为单位在SDA线上串行传输。
  2. 同步通信就是通信双方工作在同一个时钟下，一般是通信的A方通过一根CLK信号线传输自己的时钟给B，B工作在A传输的时钟下，所以同步通信的显著特征就是：通信线中有CLK
  3. 非差分。因为I2C速率不高且通信双方距离很近，所以使用电平信号通信。
  4. 低速率。 I2C一般是用在板子上的2个IC之间的通信，而且用来传输的数据量不大，所以本身通信速率很低（几百KHz，不同的I2C芯片的通信速率可能不同，具体在编程的时候要看自己使用的设备允许的I2C通信最高速率，不能超过这个速率）

突出特征1：主设备+从设备
1. I2C通信的时候，通信双方地位是不对等的，而是分设备和从设备。通信由主设备发起，由主设备主导，从设备只是按照I2C协议被动的接受主设备的通信，并及时响应
2. 谁是主设备、谁是从设备是由通信双方来定的（I2C协议并无规定），一般来说一个芯片可以只能做主设备、也可以只能做从设备、也可以既能当主设备又能当从设备（软件配置）。
突出特征2：可以多个设备挂在一条总线上（从设备地址）
1. I2C通信可以一对一（1个主设备对1个从设备），也可以一对多（一个主设备对多个从设备）
2. 主设备来负责调度总线，决定某一时间和那个设从设备通信。注意：同一时间内，I2C的总线上只能传输一对设备的通信信息，所以同一时间只能有一个从设备和主设备通信，其他从设备处于“冬眠”状态，不能出来捣乱，否则通信就乱套了
3. 每一个I2C从设备在通信中都有一个I2C从设备地址，这个设备地址是从设备本身固有的属性，然后通信时主设备需要自己将要通信的那个从设备的地址，然后在通信中通过地址来甄别是不是自己要找的那个从设备。（这个地址是一个电路板上唯一的，不是全球唯一的）
4. 主要用途：SoC和周边外设之间的通信（典型的如EEPROM、电容触摸IC、各种sensor等）

由I2C学通信时序
1. 什么是时序？
  1. 时序：字面意思就是时间顺序，实际上在通信中时序就是通信线上按照时间顺序发生的电平变化，以及这些变化对通信的意义就叫时序
2. I2C的总线空闲状态、起始位、结束位
  1. I2C总线上有1个主设备，n个从设备。I2C总线上有两种状态；空闲态（所有从设备未和主设备通信，此时总线空闲）和忙态（其中一个从设备在和主设备通信，此时总线被这一对占用，其他从设备必须歇着）
  2. 整个通信分为一个周期一个周期，两个相邻的通信周期是空闲态。每一个通信周期由一个一个起始位开始，一个结束位结束，中间是本周期的通信数据。
  3. 起始位并不是一个时间点，起始位是一个时间段，在这个时间内总线状态变化情况是：SCL线维持高电平，同时SDA发生一个从高到低的下降沿
  4. 与起始位相似，结束位也是一个时间段。在这段时间内总线变化情况是：SCL线维持高电平，同时发生一个低到高的上升沿。
3. I2C数据传输格式（数据位&ACK）
  1. 每一个通信周期的发起和结束都是由主设备来做的，从设备只有被动的响应主设备，设法自己自发的去做任何事情
  2. 主设备在每个通信周期会先发8位的从设备地址（其实8位中只有7位从设备地址，还有1位表示主设备下面是要写入还是读出）到总线（主设备是以广播的形式发送的，只要是总线上的所有从设备其实都能收到这个信息）。然后总线上的每个设备从设备都能收到这个地址，并且收到地址后和自己的设备地址比较看是否相等。如果相等说明主设备本次就是给我说话，如果不想等说明这次通信与我无关，不用听了不管了
  3. 主设备发送一段数据后，从设备需要回应一个ACK。这个相应本身只有一个bit位，不能携带有效信息，只能表示两个意思（要么表示收到数据。即有效响应；要么表示未收到数据，无效相应）
  4. 在某一个通信时刻，主设备和从设备只能有一个在发（占用总线，也就是想总线写），另一个在收（从总线读）。如果在某个时间主设备和从设备都试图向总线写那就完蛋了，通信就乱套了。

数据在总线上的传输协议
1. I2C通信时的基本数据单位也是以字节为单位，每次传输的有效数据都是1个字节（8位）
2. 起始位及其后的8个CLK中都是主设备在发送（主设备掌控主线），此时从设备只能读取总线，通过读总线来得知主设备发给从设备的信息然后到了第9周期，按照协议规定从设备需要ACK给主设备，所以此时主设备必须释放总线（主设备把总线置为高电平然后不要动，其实就类似与总线空闲状态），同时从设备试图拉低总线发出ACK。如果从设备拉低总线失败，或者从设备根本就没有拉低总线，则从设备看到的现象就是总线在第9周期仍然一直保持高，这对主设备来说，意味着我没收到ACK，主设备就认为给从设备发送的8字节不对（接收失败）

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