I2C通讯协议物理层和协议层的简单通信知识经验

按照学习通信协议的套路，下面讨论I2C的物理层和协议层。

物理层

在上图中我们可以看到：

那么根据我们所掌握的简单的通信知识和经验，我们可以得出以下初步结论：

有了上面的初步了解，在看协议的具体内容时，我们就能很快接受并记住I2C的物理层特性。

物理层特性 它是支持设备的总线。 可连接多个I2C通信设备，支持多个通信主从。 连接到总线上的每个设备都有一个独立的地址。 总线通过上拉电阻连接到电源。 当I2C设备空闲时，会输出高阻状态。 当所有设备空闲且全部输出高阻状态时，上拉电阻会将总线拉至高电平。 当多台主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，采用仲裁的方式来决定哪个设备占用总线。 它具有三种传输模式：标准模式传输速率为/s，快速模式为/s，高速模式可达3.4Mbit/s。 连接到同一总线的IC数量受到总线最大电容400pF的限制。 协议层

协议层定义：

说白了，它定义了传输过程中01字符串的含义。

传输过程

我将最基本的操作（例如启动和停止信号以及响应信号）称为原子操作。

在讨论如何实现原子操作之前，我们首先对I2C传输流程有一个整体的了解。

粗略地说，I2C传输过程中存在三种情况：写、读、混合读写。

写作过程

从上图可以看出，整个编写流程由以下几个部分组成：

这是一个非常严格的过程。 每次发送特定消息时，都需要等待对方的回复。 只有确认接收端已经收到后，才会继续发送数据。 最大程度保证了数据传输的可靠性。

值得注意的是，这里的从机地址协议规定可以选择7位或10位，但大多数情况下都使用7位地址。

阅读过程

整个阅读过程由以下几个部分组成：

读写混合模式

读写混合的过程比读写分离模式要复杂一些。

它在一次通信中有两个操作：

具体流程有以下几个部分：

根据我的初步研究分析，之所以有三种模式，应该是对应三种不同的需求：

原子操作

上述传输过程是比较宏观的。 我们来看看I2C是如何实现上述信号的。

下面的实现都是协议特定的设计，是人为定位的。 虽然它们有一定的内部设计逻辑，但你只需要记住定义即可。

启动和停止信号

当下列条件同时满足时，为启动信号：

当下列条件同时满足时，为终止信号：

数据表示

也称为数据有效性，它具体定义了01数据的级别表示。

1的表示：

0 表示：

当SCL为低电平时，SDA没有意义。 此时01表示切换。

从上面的定义可以看出，I2C在一个时钟周期内只能传输1位数据。

总结以上几点：当SCL为高电平时，数据有效。

地址和数据方向

协议将地址定义为7位或10位。 这个你可以自己选择。 一般选择7位。

原因很简单，一个字节就是8位。 7个地址位+方向位正好是一个字节。

因此，有两个对应的地址名称需要注意：

回复

接收端每收到一个字节信号，就必须向发送端发送一个确认（ACK）或无响应（NACK）信号。

协议规定该信号在发送一个字节数据后的第9个时钟周期内产生。

此时，如果SDA为低电平，则表示响应信号，否则为非响应信号。

概括

有了上面对I2C协议的了解。 你会发现，所谓xxx通信协议，是指总线上的控制电平按照协议标准发生变化。 只要能够达到协议规定的特征级别，协议就可以实现。 因此，软件和硬件都可以实现该协议通信。 不同的是软件实现会消耗CPU资源，而硬件通信可以减轻CPU的负担。