嵌入式开发学习日志40——stm32之I2C协议层

        在了解完I2C的物理层之后，就要正式开始转入协议层了，这一部分可以说涵盖了I2C绝大部分的功能原理，掌握了它才算真正触及了I2C的核心。

        I2C定义了通信的数据有效性、起始与停止信号等环节，根据其要求，通信过程被划分为发送起始信号——寻址——数据传输——发送停止信号。

        首先来看数据有效性规定，根据上一章所述，I2C总线有两根线，一根数据线，一根时钟线，数据的读写正是根据这两根线的电平高低关系来决定的。SCL（时钟线）保持高电平期间，是进行数据的读取操作的时间，此时的SDA（数据线）上的电平不能发生改变。当SCL电平是低电平时，才能够使SDA上的电平发生变化，此时就会进行数据的写操作。

        关于起始与终止信号，I2C也是通过SCL与SDA上的电平变化来决定的。SCL此时需要保持高电平，而SDA由高电平变为低电平时，这一变化会表示起始信号，SDA由低电平变为高电平时，会代表停止信号。

        之前提到过，主机会通过总线对从机进行寻址后，进行数据的读写操作，那么在从机接收完某次传递数据或者主机读取完某次的数据后，要如何告诉主机（从机）接下来是停止进一步传输还是继续传输呢？

        答案很简单，I2C通过应答响应来解决这个问题。

        什么是应答响应？通俗点来说，其实可以看作数据传输时紧跟着的特殊校验位，这里也称应答位。在主机控制SDA拉低电平产生起始信号后，若一直处于低电平状态，释放SDA，由从机控制，此时就会在主机与从机之间进行数据传输。当一段数据发送完后，如果从机主动拉低电平，那么说明从机可以继续接受数据，此时就会产生应答信号，主机在接收到这一信号后就会继续发送数据。

        当然，如果从机不想再接收数据时，可以保持高电平，此时主机就会接收到非应答信号，那么主机就会拉高电平，发出终止信号终止数据的进一步传输。

        当然，要实现上述功能，首先主机得寻址到从机才行，I2C提供了7位从机地址和10位从机地址，但一般常使用7位。说是7位寻址，实际上传输的寻址位后还要加上一个方向位，方向位写0，表示主机向从机写数据，1则是从从机里面读取数据。

        寻址成功时，从机也会向主机发送一个应答信号（ACK），如果应答失败，那么需要看看从机的地址是否出错？如果没有出错，那可能从机正繁忙，无暇接收信号。最坏的情况可能就是从机故障。

        说到这，其实I2C的数据传输方式也是呼之欲出了。

        根据情况的不同，大抵可以分为三种形式。

        第一种是主机向从机发送数据。首先由主机拉低电平产生起始信号，并且后面紧跟从机的地址进行寻址，此时地址位后写0。当从机被寻址到并且可以接收时，会返回应答信号，此时由主机向从机传输数据，如果从机满了或者不想再接收时，就会在某次接收完数据后返回非应答信号（NACK），此时主机就会拉高电平，产生停止信号。

        第二种是主机从从机读取信号，这个过程和写数据大差不差，只是寻址时方向位写1，同时应答信号与非应答信号都由主机发送给从机。

        第三种就是两者的综合，以先写再读为例，读和写的流程都和上面差不多，但是要注意，二者的连接需要重新发送起始信号，同时再次寻址，用方向位来改变操作。

        读到这，那么恭喜你，你对I2C的工作方式已经有了大致的了解，剩下的就是多做题目熟练即可。