（一）I2C學習

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一、介紹
     I2C匯流排是由Philips公司發明的一種兩線式串列匯流排，用於串連微控制器及其外圍裝置。I2C最主要的優點是簡單、有效。由於不需要額外獨立的介面，所以i2c匯流排佔用的空間非常少，減少了電路板的空間和晶片引腳的數量。i2c匯流排最初是為音頻和視頻裝置開放，現在已應用於各種裝置。


二、I2C概述
     I2C匯流排是由資料線SDA和時鐘線SCL構成的串列匯流排，可發送和接受資料，每個裝置都有唯一的地址識別。I2C運用主/從雙向通訊，器件發送資料到匯流排上則定義為發送器，器件接受資料則是接受器。主器件和從器件都可以工作於接收和發送狀態。匯流排必須由主器件（通常為微處理器）控制，主器件產生SCL控制匯流排的傳輸方向，併產生起始和停止條件。SDA上的資料狀態僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA上狀態的改變被用來表示起始和停止。
     I2C資料格式如下：
    無資料：SCL=1，SDA=1；
    開始位（Start）：當SCL=1時，SDA由1向0跳變；
    停止位（Stop）：當SCL=1時，SDA由0向1跳變；
    資料位元：當SCL由0向1跳變時，由發送方控制SDA，此時SDA為有效資料，不可隨意改變SDA；
    當SCL保持為0時，SDA上的資料可隨意改變；
    地址位：定義同資料位元，但只由發送器發給接收器；
    應答位（ACK）：當發送方傳送完8位時，發送方釋放SDA，由接收方控制SDA，且SDA=0；
    否應答位（NACK）：當發送方傳送完8位時，發送方釋放SDA，由接收方控制SDA，且SDA=1。
    當資料為單位元組傳送時，格式為：
       開始位，8位地址位（含1位讀寫位），應答，8位元據，應答，停止位。
    當資料為一串位元組傳送時，格式為：
           開始位，8位地址位（含1位讀寫位），應答，8位元據，應答，8位元據，應答，……，8位元據，應答，停止位。
     需要注意的是：
    (1)SCL一直由主器件（Master）控制，SDA依照資料傳送的方向，讀資料時由從器件（Slave）控制SDA，寫資料時由Master控制SDA。當8位元據傳送完畢之後，應答位或者否應答位的SDA控制權與資料位元傳送時相反。
    (2)開始位“Start”和停止位“Stop”，只能由Master來發出。
    (3)地址的8位傳送完畢後，成功配置地址的Slave裝置必鬚髮送“ACK”。否則否則一定時間之後Master視為逾時，將放棄資料傳送，發送“Stop”。
    (4)當寫資料的時候，Master每發送完8個資料位元，Slave裝置如果還有空間接受下一個位元組應該回答“ACK”，Slave裝置如果沒有空間接受更多的位元組應該回答“NACK”，Master當收到“NACK”或者一定時間之後沒收到任何資料
       將視為逾時，此時Master放棄資料傳送，發送“Stop”。
    (5)當讀資料的時候，Slave裝置每發送完8個資料位元，如果Master希望繼續讀下一個位元組，Master應該回答“ACK”以提示Slave準備下一個資料，如果Master不希望讀取更多位元組，Master應該回答“NACK”以提示Slave裝置准
       備接收Stop訊號。
    (6)當Master速度過快Slave端來不及處理時，Slave裝置可以拉低SCL不放（SCL=0將發生“線與”）以阻止Master發送更多的資料。此時Master將視情況減慢或結束資料傳送。
    


三、I2C驅動架構
Linux的I2C體繫結構分為3個組成部分：
1.I2C核心
I2C 核心提供了I2C匯流排驅動和裝置驅動的註冊、登出方法，I2C通訊方法（即“algorithm”）上層的、與具體適配器無關的代碼以及探測裝置、檢測裝置地址的上層代碼等。
2.I2C匯流排驅動
I2C匯流排驅動是對I2C硬體體繫結構中適配器端的實現，適配器可由CPU控制，甚至直接整合在CPU內部。
I2C匯流排驅動主要包含了I2C適配器資料結構i2c_adapter、I2C適配器的algorithm資料結構i2c_algorithm和控制I2C適配器產生通訊訊號的函數。
經由I2C匯流排驅動的代碼，我們可以控制I2C適配器以主控方式產生開始位、停止位、讀寫周期，以及以從裝置方式被讀寫、產生ACK等。
3.I2C裝置驅動
I2C裝置驅動是對I2C硬體體繫結構中裝置端的實現，裝置一般掛接在受CPU控制的I2C適配器上，通過I2C適配器與CPU交換資料。
I2C裝置驅動主要包含了資料結構i2c_driver和i2c_client，我們需要根據具體裝置實現其中的成員函數。