1.10.1_I2C_I2C协议与EEPROM_P

在2440开发板上，有两个接口SCL和SDA，其中SCL是时钟线，SDA是数据线，他们分别连接一个上拉电阻（控制SDA的电平和SCK电平），这两条线上挂载了许多设备，这些设备也有两条线，分别连接ARM的SCL和SDA。

那么我们怎么传输数据？

比如说和一个存储芯片连接，我们需要把数据发给它，也要从芯片里读取数据。

假设有一个老师和ABCD四个学生，假设老师要发球，那么他会这样做。

1. 老师会告诉学生说，注意我要发球了（start）
2. 然后老师会申明这个球要发给哪个学生，比如发给A，老师会说，A，我要把球给你了（地址方向，地址A，方向是从老师到A）
3. 然后老师把球扔出来（传输）
4. 最后A收到球了，他要告诉老师，老师我收到球了（回应）
5. 老师确认A收到球后，知道发球的动作完成（P，结束）

那么如果老师要接球，他的流程和发球又会有所不同。

1. 类似的，老师首先会告诉学生说，注意啊（start），但是这时候他还没有说要接球还是发球，只是提醒学生自己要开始一次传输了；
2. 比如老师要从学生B那里拿球，他会说，B，把球扔给我（地址方向）
3. 然后B收到信号，他就把球扔给老师（传输）
4. 老师收到球后，回应说，我收到球了（回应）
5. 回应收到球后，老师还要再说一句，结束，表示这次动作已经全部完成了（P，结束）

上面的例子中，老师的角色就等同于ARM开发板，各个球员的角色则是挂载在ARM板上的各个设备，他们之间就是通过I2C协议进行交流。

同时，从上面的流程可以看出，每次通信的发起（start）和结束（P），都是老师（ARM板，主设备）主导的，球员（从设备）则是被动配合，这是由于I2C协议是主从结构，支持一主多从，所有的通信都是由主设备发起和结束。

那么，多个从设备下，怎么选择哪个从设备响应主设备的动作呢？

是通过设备地址（1字节）来实现从设备的选择的，每个从设备都有属于自己的地址，这些地址都是写死在芯片里面的，一个主设备最多挂载128个设备，这是因为1字节的设备地址，最高位bit7是用来表示传输方向，实际表示设备地址的只有7位。

通信的数据格式如下，主设备要写时：

1. 主设备发出start信号，表示要开始一次传输；
2. 主设备发出设备地址和传输方向（写）；
3. 从设备收到信号后回传主设备，表示可以写了；
4. 主设备收到回应后向从设备发送数据；
5. 从设备接受完数据后回应主设备，表示收到数据了；
6. 循环4-5，将数据发送完毕，最后主设备回传一个结束信号，表示完成本次传输。

类似的，主设备要读时：

1. 主设备发出start信号；
2. 主设备发出设备地址和传输方向（读）；
3. 从设备收到信号后回应主设备；
4. 从设备传输数据给主设备；
5. 主设备接受到信号回应从设备；
6. 循环4-5，将数据接受完毕，最后回传一个结束信号给从设备，表示本次通信结束。

注意除了start和P信号，其他信号都要回传，保证数据传输的稳定性。

那么，怎么表示这些信号（start，结束信号）呢？

下图是2410的I2C总线信号传输时序。

可以看出，start信号就是SCL保持高电平，SDA从高变低。停止信号则是SCL保持高电平，SDA从低变高。

怎么传输设备地址呢？

答：逐8位传输，先传MSB。用9个CLK，传8bit数据，第9个CLK是回应。

之后是发数据，发完之后接受回应信号。

从时序可以看出，在SCL低电平时，SDA可变化，在SCL高电平时，SDA需要保持稳定。

还有一个问题，如何在SDA上实现双向传输？

答：使用开极电路，实现。

1. 在主设备发送时，从设备不发送，这可以通过SCL控制；
2. 主设备发送时，从设备的“发送引脚”不影响数据；

主设备的内部有一个PNP三极管，集电极接出来是SDA，发送脚为A，接三极管的基极，从设备也有一个PNP三极管，同样是集电极接SDA，发送脚为B，接三级管的基极。

那么就可以列一个真值表出来：

A	B	SDA
0	0	1(由上拉电阻决定)
0	1	0
1	0	0
1	1	0

当A或者B为高电平时，三极管导通，SDA就会被拉低，两个都不导通时，SDA由上拉电阻决定，输出1。

• 不想影响SDA时，不驱动三极管；
• 想输出高电平，不驱动三极管；
• 想输出低电平，驱动三极管。

那么数据的传输就是这样的，比如主设备要发送8bit数据给从设备。

1. 前8个CLK，从设备不驱动三极管，数据由主设备决定，传1就不驱动，传0就驱动；
2. 第9个CLK，由从设备决定数据，主设备不驱动三极管，由从设备决定，决定发送ACK或NACK。

主设备不驱动三极管，那么如果从设备不驱动三级管，SDA就会是高电平，否则就是低电平。当从设备回传ACK时，从设备会有一个动作，也就是驱动三极管，也就是说ACK为低电平，No ACK为高电平。

另外，I2C协议只规定了如何传输数据，数据的含义则是由设备决定。

课后作业：
阅读AT24Cxx芯片手册，了解其他读写方法。

下图是AT24Cxx芯片手册中，当前地址的读时序。

1. 首先还是发送一个start信号；
2. 然后是7bit的设备地址，先传MSB，然后是1bie的读信号；
3. 接收ACK信号；
4. 读取数据；
5. 注意当主设备读取完需要的数据后，需要回传一个No ACK信号加一个STOP信号，表示数据读取完毕，而不是回传ACK信号。

下图是随机读取的时序。

1. 首先，还是一个START信号；
2. 然后是7bit的地址信号（MSB）+1bit的写信号，注意这里是写信号不是读信号了；
3. 接收到ACK信号；
4. 写入一个地址数据地址；
5. 接受ACK；
6. 再发送一个START信号，之后的就是一般的读取流程了。

随机读取和正常读取相比，就是多了一个dummy write的操作，这个操作设置了要读取数据的地址，设置完成后就可以像普通读取那样一次读取数据了。

其中的(* = DON’T CARE bit for 1K)表示数据量不要超过100bit，具体含义待后续课程学习完毕后研究。