EEPROM I2C操作说明

1、I2C协议     2条双向串行线，一条数据线SDA，一条时钟线SCL。   SDA传输数据是大端传输，每次传输8bit，即一字节。   支持多主控(multimastering)，任何时间点只能有一个主控。   总线上每个设备都有自己的一个addr，共7个bit，广播地址全0.   系统中可能有多个同种芯片，为此addr分为固定部分和可编程部份，细节视芯片而定，看datasheet。1.1 I2C位传输   数据传输：SCL为高电平时，SDA线若保持稳定

2、，那么SDA上是在传输数据bit；             若SDA发生跳变，则用来表示一个会话的开始或结束（后面讲）   数据改变：SCL为低电平时，SDA线才能改变传输的bit1.2 I2C开始和结束信号      开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。   结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。  

3、1.3 I2C应答信号      Master每发送完8bit数据后等待Slave的ACK。   即在第9个clock，若从IC发ACK，SDA会被拉低。   若没有ACK，SDA会被置高，这会引起Master发生RESTART或STOP流程，如下所示：1.4 I2C写流程写寄存器的标准流程为：1.    Master发起START2.    Master发送I2C addr（7bit）和w操作0（1bit），等待ACK3.  

4、;  Slave发送ACK4.    Master发送reg addr（8bit），等待ACK5.    Slave发送ACK6.    Master发送data（8bit），即要写入寄存器中的数据，等待ACK7.    Slave发送ACK8.    第6步和第7步可以重复多次，即顺序写多个寄存器9.    Master发起STOP写一个寄存器写多个寄存器1.5 I2C读流程读寄存器的标准流程为：1.&#

5、160;   Master发送I2C addr（7bit）和w操作1（1bit），等待ACK2.    Slave发送ACK3.    Master发送reg addr（8bit），等待ACK4.    Slave发送ACK5.    Master发起START6.    Master发送I2C addr（7bit）和r操作1（1bit），等待ACK7.    Slave发送ACK8. 

6、   Slave发送data（8bit），即寄存器里的值9.    Master发送ACK10.    第8步和第9步可以重复多次，即顺序读多个寄存器读一个寄存器读多个寄存器1.前言    对于大多数工程师而言，I2C永远是一个头疼的问题。相比UART和SPI而言，I2C的时序要复杂一些，I2C组合变化也丰富一些。在这里以AT24C04为例说明I2C使用过程中的一些注意点。2.AT24C04操作示意图图 AT24C04操作示意图示意图说明：示意图分阐述了4种不同的操作方式，例如写单个存储单元，写

7、多个存储单元，读单个存储单元和写单个存储单元。对于单个操作而言，上部为MCU通过I2C输出的相关指令，下部为I2C设备的响应。例如写单个存储单元操作时，MCU发出I2C启动，设备地址，写标志位等，而I2C设备输出多个ACK。3.若干说明3.1 基本操作方式I2C设备的操作可分为写单个存储字节，写多个存储字节，读单个存储字节和读多个存储字节。相对于AT24C04而言，这些读写动作相对于内部的存储单元而言，对于其他的具备I2C接口的AD或传感器而言，存储单元变成了寄存器单元。虽然存在概念上的差别，但是其操作原理确实一样的。3.2 无应答在以上4种情况中，无应答为MCU发出，无应答意为MCU不需要从

8、机输出数据，MCU将会停止本次I2C操作。需要说明的是，无应答并不是一种异常情况。3.3 I2C设备并不只有一个设备地址这一点往往被忽略，一般情况下认为在I2C启动信号之后的字节为I2C从机地址（7位）。对于AT24C04而言，内部具有4Kb存储位，合计512字节。若需要访问512字节内容，总共需要9根地址线(8位宽度)，那么上图中的存储地址(8位长度)显然还差了一位，那么就需要从设备地址中“借”1位，这就使得AT24C04具有两个I2C地址，例如0x50和0x51。3.4 存储地址相对于AT24C04而言，存储地址占1个字节。若换成其他I2C设备，例如ADXL345，存储地址被寄存器地址替代

9、即可，其他操作方式相似。但是像AT24C32或AT24C64这样的大容量EEPROM，则存储地址需要2字节描述，也就意味着需要连续发送两个字节地址信息且高字节在前。其他像BH1750这样的光照芯片，存储地址被具体的操作命令替代，使用I2C设备时需要因地制宜，切不可照搬教条。3.5 连续读和连续写限制AT24C04中存在页的概念，一页的大小为8字节，若果在单页的范围内，存储地址累加，若超过该页的最大地址，存储地址回到页开始处。所以对于连续读和连续写而言，最大的操作字节数为8。若需要操作的字节内容超过8字节，则需要进行翻页操作，即写入下一页的起始存储地址。4 总结    I2C

10、设备有很多种，若掌握基本原理，便可见招拆招，那是I2C总线就不那么难了。5.参考资料2. PowerPC的I2C实现Mpc8560的CCSR中控制I2C的寄存器共有6个。2.1 I2CADR 地址寄存器CPU也可以是I2C的Slave，CPU的I2C地址有 I2CADR指定 2.2 I2CFDR 频率设置寄存器The serial bit clock frequency of SCL is equal to the CCB clock divided by the divider.用来设置I2C总线频率2.3 I2CCR 控制寄存器MEN： Module Enable. &

11、#160;  置1时，I2C模块使能MIEN：Module Interrupt Enable. 置1时，I2C中断使能。MSTA：Master/slave mode. 1 Master mode，0 Slave mode.        当1->0时，CPU发起STOP信号        当0->1时，CPU发起START信号MTX：Transmit/receive mode select.0 Receive mode，1 Transmit modeTX

12、AK：Transfer acknowledge. 置1时，CPU在9th clock发送ACK拉低SDARSTA：Repeat START. 置1时，CPU发送REPEAT STARTBCST：置1，CPU接收广播信息（信息的slave addr为7个0）2.4 I2CSR 状态寄存器MCF：0  Byte transfer is in process     1  Byte transfer is completedMAAS：当CPU作为Slave时，若I2CDR与会话中Slaveaddr匹配，此bit被置1MBB：0 I2C bu

13、s idle       1 I2C bus busyMAL：若置1，表示仲裁失败BCSTM：若置1，表示接收到广播信息SRW：When MAAS is set, SRW indicates the value of the R/W command bit of the calling address, which is sent from the master.   0 Slave receive, master writing to slave   1 Slave transmit, mas

14、ter reading from slaveMIF：Module interrupt. The MIF bit is set when an interrupt is pending, causing a processor interrupt request(provided I2CCRMIEN is set)RXAK：若置1，表示收到了ACK2.5 I2CDR 数据寄存器这个寄存器储存CPU将要传输的数据。3. PPC-Linux中I2C的实现   内核代码（linux-2.6.24）中，通过I2C总线存取寄存器的函数都在文件drivers/i2c/busses/i2c

15、-mpc.c中  最重要的函数是mpc_xfer.  1. static int mpc_xfer(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num)2. 3.     struct i2c_msg *pmsg;4.     int i;5.     int 

16、;ret = 0;6.     unsigned long orig_jiffies = jiffies;7.     struct mpc_i2c *i2c = i2c_get_adapdata(adap);8.9.     mpc_i2c_start(i2c);    / 设置I2CCRMEN, 使能I2C module 1

17、0.11.     /* Allow bus up to 1s to become not busy */12.     /一直读I2CSRMBB，等待I2C总线空闲下来13.     while (readb(i2c->base + MPC_I2C_SR) & CSR_MBB) 14.         if (s

18、ignal_pending(current) 15.             pr_debug("I2C: Interruptedn");16.             writeccr(i2c, 0);17.          

19、   return -EINTR;18.         19.         if (time_after(jiffies, orig_jiffies + HZ) 20.             pr_debug("

20、I2C: timeoutn");21.             if (readb(i2c->base + MPC_I2C_SR) =22.                 (CSR_MCF | CSR_MBB | CSR_

21、RXAK)23.                 mpc_i2c_fixup(i2c);24.             return -EIO;25.         26.     

22、60;   schedule();27.     28.29.     for (i = 0; ret >= 0 && i < num; i+) 30.         pmsg = &msgsi;31.   &#

23、160;     pr_debug("Doing %s %d bytes to 0x%02x - %d of %d messagesn",32.              pmsg->flags & I2C_M_RD ? "read" : "write",33.   

24、;           pmsg->len, pmsg->addr, i + 1, num);34.         /根据消息里的flag进行读操作或写操作35.         if (pmsg->flags & I2C

25、_M_RD) 36.             ret = mpc_read(i2c, pmsg->addr, pmsg->buf, pmsg->len, i);37.         else38.          &#

26、160;  ret = mpc_write(i2c, pmsg->addr, pmsg->buf, pmsg->len, i);39.     40.     mpc_i2c_stop(i2c);    /保证为I2CCSRMSTA为0，保证能触发STOP41.     return (ret < 0)&

27、#160;? ret : num;42. 1. static int mpc_write(struct mpc_i2c *i2c, int target,2.              const u8 * data, int length, int restart)3. 4.   

28、60; int i;5.     unsigned timeout = i2c->adap.timeout;6.     u32 flags = restart ? CCR_RSTA : 0;7.8.     /* Start with MEN */    /以防万一，保证I2C模块使能起来9.   &

29、#160; if (!restart)10.         writeccr(i2c, CCR_MEN);11.     /* Start as master */       /写了I2CCRCCR_MSTA，触发CPU发起START信号12.     writeccr(i2c, CCR_MIEN | C

30、CR_MEN | CCR_MSTA | CCR_MTX | flags);13.     /* Write target byte */     /CPU发送一个字节，slave I2C addr和0 (写操作bit) 14.     writeb(target << 1), i2c->base + MPC_I2C_DR);15.

31、16.     if (i2c_wait(i2c, timeout, 1) < 0)    /等待slave 发ACK17.         return -1;18.19.     for (i = 0; i < length; i+) 20.

32、        /* Write data byte */21.         writeb(datai, i2c->base + MPC_I2C_DR); /CPU接着发数据，包括reg addr和data22.23.         if (i2c_wait(i2c, timeout,&

33、#160;1) < 0)       /等待slave 发ACK24.             return -1;25.     26.27.     return 0;28. 1. static int i2c_wait(struct mpc_i2c

34、 *i2c, unsigned timeout, int writing)2. 3.     unsigned long orig_jiffies = jiffies;4.     u32 x;5.     int result = 0;6.7.     if (i2c->irq = 

35、;0)8.         /循环读I2CSR，直到I2CSRMIF置19.         while (!(readb(i2c->base + MPC_I2C_SR) & CSR_MIF) 10.             schedule()

36、;11.             if (time_after(jiffies, orig_jiffies + timeout) 12.                 pr_debug("I2C: timeoutn");13.  

37、0;              writeccr(i2c, 0);14.                 result = -EIO;15.           

38、0;     break;16.             17.         18.         x = readb(i2c->base + MPC_I2C_SR);19.    

39、60;    writeb(0, i2c->base + MPC_I2C_SR);20.      else 21.         /* Interrupt mode */22.         result = wait_event_interruptible_timeout(i

40、2c->queue,23.             (i2c->interrupt & CSR_MIF), timeout * HZ);24.25.         if (unlikely(result < 0) 26.      

41、       pr_debug("I2C: wait interruptedn");27.             writeccr(i2c, 0);28.          else if (unlikely(!(i2c->interrupt &

42、; CSR_MIF) 29.             pr_debug("I2C: wait timeoutn");30.             writeccr(i2c, 0);31.           

43、  result = -ETIMEDOUT;32.         33.34.         x = i2c->interrupt;35.         i2c->interrupt = 0;36.     37.38.

44、    if (result < 0)39.         return result;40.41.     if (!(x & CSR_MCF) 42.         pr_debug("I2C: unfinishedn");43.

45、60;       return -EIO;44.     45.46.     if (x & CSR_MAL)     /仲裁失败47.         pr_debug("I2C: MALn");48.    

46、60;    return -EIO;49.     50.51.     if (writing && (x & CSR_RXAK) /写后没收到ACK52.         pr_debug("I2C: No RXAKn");53.     

47、    /* generate stop */54.         writeccr(i2c, CCR_MEN);55.         return -EIO;56.     57.     return 0;58. 1. static int mpc_read(s

48、truct mpc_i2c *i2c, int target,2.             u8 * data, int length, int restart)3. 4.     unsigned timeout = i2c->adap.timeout;5.    

49、60;int i;6.     u32 flags = restart ? CCR_RSTA : 0;7.8.     /* Start with MEN */    /以防万一，保证I2C模块使能9.     if (!restart)10.         writeccr(

50、i2c, CCR_MEN);11.     /* Switch to read - restart */12.     /注意这里，再次把CCR_MSTA置1，再触发 START 13.     writeccr(i2c, CCR_MIEN | CCR_MEN | CCR_MSTA | CCR_MTX | flags);14.15.16.   &#

51、160; /* Write target address byte - this time with the read flag set */ 17.     /CPU发送slave I2C addr和读操作118.     writeb(target << 1) | 1, i2c->base + MPC_I2C_DR);       &#

52、160;   /等待Slave发ACK1.     if (i2c_wait(i2c, timeout, 1) < 0)2.         return -1;3.4.     if (length) 5.         if (length = 1)6.             writeccr(i2c, CCR_MIEN | CCR_MEN | CCR_MSTA | CCR_TXAK);7.