百科全書：關(guān)于IIC的一些特殊問題

讀“I（ai）2（er）C”還是“I（ai）2（fang）C”？

準(zhǔn)確來說，IIC在英文讀法上會(huì)簡(jiǎn)化為“I2C”，但由于書寫問題加上一些人不會(huì)在Word文檔打出上標(biāo)，漸漸寫成也讀成了“I2（er）C”，后來NXP的MIPI協(xié)會(huì)知道此問題之后，推出“I2C加強(qiáng)版總線”也叫作“IIIC”之后，規(guī)定簡(jiǎn)單寫法是“I3C”。

謬誤/IIC的物理層

準(zhǔn)確來說，IIC是由來自電源線的一個(gè)上拉電阻分別為SCL和SDA提供電源的，每個(gè)參與IIC通訊的芯片管腳普遍采用“開漏輸出/輸入”。因?yàn)樾酒庋b特性，地線一般在晶圓最底層，電源一般在晶圓最頂層，所以灌電流（端口→GND）往往比拉電流（+VCC→端口）大。如果總線上的設(shè)備太多，光靠哪一個(gè)芯片給+VCC都是不夠電荷（電流）維持電平的，但是總線上的正電壓容易被任意一個(gè)芯片拉到0V水平，所以IIC總線上的每一個(gè)芯片端口都會(huì)工作在開漏輸出模式，并由分立元件為總線提供上拉電流。

UP主為了方便大家理解，將總線上的高電平解釋成“邏輯1”，其實(shí)不符合約定俗成的叫法。

通常我們會(huì)將芯片導(dǎo)通開漏三極管，把總線電壓拉到低電平的時(shí)刻，表示為“置1”，可以理解為“活動(dòng)位”。（此筆記后續(xù)都使用該表示法）

IIC的從機(jī)地址怎么看？

IIC設(shè)備都有一個(gè)7位數(shù)的從機(jī)地址和1位讀寫地址，讀寫地址為1時(shí)，數(shù)據(jù)由從機(jī)發(fā)送至主機(jī)。

值得注意的是，起初設(shè)立IIC總線的飛利浦（后合并至恩智浦也就是NXP）規(guī)定，任意芯片可自由使用IIC，但是從機(jī)地址需要向飛利浦買授權(quán)，所以芯片廠商只能用一套通用地址結(jié)構(gòu)制造同型號(hào)芯片。然而一些放在不同位置芯片會(huì)響應(yīng)相同地址，就會(huì)造成數(shù)據(jù)沖突，為避免此類情況，一些芯片還會(huì)有外接引腳控制其中幾位從機(jī)地址（如E2PROM 24C02）。

IIC的時(shí)序

IIC有兩個(gè)特殊位：起始位和停止位，它們都有一個(gè)共同點(diǎn)，SCL線未被任何芯片拉低，動(dòng)的是SDA線（起始位是拉低，停止位是拉高），這就規(guī)定了在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的以下特性：

SCL線拉低時(shí)，SDA線電平可任意變化，但SCL線拉高時(shí)，SDA線電平必須保持穩(wěn)定（否則會(huì)錯(cuò)誤識(shí)別為起/止位）。

由于芯片內(nèi)建的電平穩(wěn)定器（如施密特觸發(fā)器或者結(jié)電容），芯片需要一段時(shí)間完成對(duì)總線電平的采樣，所以IIC的速度不能太快。IIC以100kbps為標(biāo)稱速度，400kbps為高速，1.2Mbps為特高速，其余速度范圍只能通過軟件端口（GPIO）模擬實(shí)現(xiàn)。

IIC的字節(jié)控制

每傳輸8個(gè)位，就會(huì)留下一個(gè)位用于監(jiān)聽，這個(gè)位由接受數(shù)據(jù)的芯片返回“是否應(yīng)答成功”。

寫數(shù)據(jù)到從機(jī)時(shí)，從機(jī)應(yīng)答；由從機(jī)讀數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)應(yīng)答。

如果應(yīng)答成功，傳輸將繼續(xù)；未及時(shí)返回應(yīng)答，將重置通信進(jìn)度，下一次傳輸將從頭開始。所以你會(huì)看到一個(gè)奇葩要求，由從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到主機(jī)之后，主機(jī)要在最后一個(gè)字節(jié)回復(fù)“應(yīng)答失敗”。

因?yàn)閺臋C(jī)芯片的IIC控制器是保存內(nèi)存指針的，根據(jù)不同芯片/工作模式，會(huì)出現(xiàn)“每次傳輸下一內(nèi)存地址”或者“每次傳輸固定內(nèi)存地址”其中一種工作模式，如果讀了最后一個(gè)字節(jié)還是“應(yīng)答成功”，從機(jī)就不會(huì)重置內(nèi)存指針，認(rèn)定下一個(gè)寫進(jìn)去的字節(jié)不是地址而是數(shù)據(jù)。

芯片讀寫數(shù)據(jù)流向

寫入：主機(jī)發(fā)起始位→主機(jī)發(fā)設(shè)備地址→從機(jī)應(yīng)答→主機(jī)發(fā)內(nèi)存地址→從機(jī)應(yīng)答→主機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)1→從機(jī)應(yīng)答→數(shù)據(jù)2→應(yīng)答……→數(shù)據(jù)n→應(yīng)答→主機(jī)發(fā)停止位

從首內(nèi)存讀?。?/span>主機(jī)發(fā)起始位→主機(jī)發(fā)設(shè)備地址（讀?。鷱臋C(jī)應(yīng)答→從機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)1→主機(jī)應(yīng)答→……→從機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)n→主機(jī)發(fā)應(yīng)答失敗→主機(jī)發(fā)停止位

從指定內(nèi)存讀?。?/span>主機(jī)發(fā)起始位→主機(jī)發(fā)設(shè)備地址→從機(jī)應(yīng)答→主機(jī)發(fā)內(nèi)存地址→從機(jī)應(yīng)答↓

……主機(jī)發(fā)停止位→主機(jī)發(fā)起始位（又叫“重復(fù)起始”）→主機(jī)發(fā)設(shè)備地址（讀?。鷱臋C(jī)應(yīng)答→從機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)1→……從機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)n→主機(jī)發(fā)應(yīng)答失敗→主機(jī)發(fā)停止位

完成一次傳輸（發(fā)完停止位）之后，還需要插入延時(shí)等候從機(jī)芯片初始化完成。

多主機(jī)仲裁

理論上IIC會(huì)工作在“單主多從”模式，但一些特殊設(shè)計(jì)共用從機(jī)芯片，就會(huì)出現(xiàn)“多主多從”結(jié)構(gòu)，這是每一個(gè)串行數(shù)據(jù)總線都無(wú)法避免的問題（如IIC/CAN/LIN/485）。

每個(gè)芯片的端口既有開漏三極管用于驅(qū)動(dòng)，又有輸入電平采樣器，上文提出的“開漏輸出/輸入”端口結(jié)構(gòu)，既為了識(shí)別來自其他芯片的應(yīng)答信號(hào)，也為了識(shí)別來自其他芯片的活動(dòng)造成的干擾。

IIC總線會(huì)使用“線與機(jī)制”識(shí)別來自其他芯片的活動(dòng)（搶答），一般不會(huì)在開漏三極管導(dǎo)通的時(shí)候檢查仲裁，而是在開漏三極管截止的時(shí)候檢查總線是否被其他芯片拉到低電平，如果檢測(cè)到總線被其他芯片拉到低電平，就要立即退出通信并向軟件報(bào)告“仲裁失利”，等待其他芯片傳輸完成。

主機(jī)A請(qǐng)求地址0b01001001→退出通信

主機(jī)B請(qǐng)求地址0b01011001→繼續(xù)傳輸