I2C传输协议- Master-Transmitter/Receiver Protocol

最新推荐文章于 2025-05-05 19:37:43 发布

Ann_xia66

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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Ann_xia6/article/details/125975788

本文详细介绍了I2C总线协议中的Master-Transmitter和Master-Receiver两种模式下的7bit与10bit地址传输协议。阐述了传输过程中START、STOP、RESTART信号的作用，以及数据传输中ACK/NACK信号的产生方式。

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前言

在I2C虚拟项目中，只对DUT的master模式进行了验证，由于涉及不同模式/不同地址格式的读写传输，很容易混淆，故将master模式下的不同地址下的传输协议进行梳理。

1.基本概念

在描述传输协议之前，我们需要先知道transmitter和receiver，master和slave两组概念的区别。
Transmitter：指向总线发送数据的设备，它可以是向总线发起数据传输(称之为 master-transmitter)，也可以是对master发送数据到总线后的响应(slave-transmitter)；
Receiver：指从总线接收数据的设备，它可以是根据自身请求从总线上接收数据(master-receiver)或者是响应其他master的请求去接收数据(slave-receiver)；
Master：指发起传输(START命令)、产生时钟信号和终止传输(STOP命令)的组件；
Slave：指被master寻址的设备。
比如DW_APB_I2C(DUT)想通过I2C总线发送一组数据并通过寻址找到设备A，A给出了ACK信号表明可以接收，那么这里DUT就是master transmitter,A就是slave receiver；比如DUT想要通过I2C总线读取一组数据，并传输了对应地址，B设备给出了ACK信号，这里DUT就是master-receiver，B设备就是slave-transmitter。

2.Master-Transmitter Protocol(写操作)

8bit字节格式传输，数据传输的字节数量没有限制。在master发送完地址位和读写位后或者发送完数据位后，slave receiver必须要回复ACK信号(SDA信号线拉低)；当没有回复ACK信号时，那么master就会发出STOP信号中止传输，slave拉高SDA信号线(但不意味着最后一个字节必须是NACK。如果前一个信号是ACK，那为了产生STOP条件就需要拉高SDA，如果前一个是NACK，那么SDA继续保存为高)
特例：在Ultra-Fast 模式下，slave receiver会对来自master的地址字节和数据字节发送NACK。

2.1 7 bit地址

在这里插入图片描述
在7 bit地址传输中，START信号，STOP信号，地址字节和数据都由master发送到总线上，salve发送ACK信号，最后一个字节可以是NACK信号。

2.2 10 bit地址

在这里插入图片描述
与7 bit地址传输格式类似，只不过需要两个字节传输地址，master产生START信号和STOP信号，地址字节和读写位以及数据，其中第一个地址字节的前5位1111 0就是10 bit salve addressing的标志，低二位是10位地址的高二位，再加一个读写位构成一个byte，第二个地址字节是10位地址的低8位，slave发送ACK信号，最后一个字节可以是NACK信号。

3.Master-Receiver(读操作)

也是字节格式传输，与Master-Transmitter不同之处在于，数据接收的ACK/NACK信号是由master发出的，而不是slave。这与第一节所介绍的概念也一致，master总是控制着START、STOP信号以及地址字节的产生，那么第一个ACK信号就必定是slave发送的，表明其成功被寻址到。另外，最后一个字节必须回应NACK信号，使得slave释放SDA信号线，进而master才能拉高SDA信号产生STOP信号。

3.1 7 bit地址

在这里插入图片描述
在7 bit地址传输中，master产生START信号、STOP信号，地址字节的发送以及数据ACK/NACK信号的产生；slave则负责地址字节的ACK信号产生和数据的发送。

3.2 10 bit地址

在这里插入图片描述
10位地址的读操作稍微复杂一点，且需要注意的是，第一个地址字节的读写位并不是1(读)，而是0(写)，当按照写操作的传输格式发送完两个地址字节并且均有slave回应ACK后，master不想产生STOP信号释放总线，就会产生RESTART信号，接着再次发送第一个地址字节，并将读写位变为1(读)，开启正常的读传输。slave发送地址字节的ACK信号和DATA发送。

总结

无论是读操作还是写操作，在非DATA传输阶段，master始终负责发送START(RESTART)、STOP、和地址字节，slave始终只负责发送ACK信号表明被寻址到；
变化的是DATA传输阶段，写操作时DATA是由master发送，所以由slave发送ACK/NACK信号，读操作时DATA由slave发送，ACK/NACK信号由master产生；
写操作下由于是master发送数据，所以它控制着SDA信号线，slave最后一个确认位不影响其对SDA线的控制，它可以在这期间使得SDA信号线为高；读操作下由于是slave发送数据，slave控制着SDA信号线，如果最后一个确认位发送ACK(拉低SDA信号线)，那么紧接着产生STOP信号需要拉高SDA信号线的条件没有指令可以操作完成，所以只能在确认位通过产生NACK来拉高SDA信号线。