i2c接口笔记

一. i2c基础知识

1. NACK信号：当在第9个时钟脉冲的时候SDA线保持高电平，就被定义为NACK信号。Master要么产生STOP条件来放弃这次传输，或者重复START条件来发起一个新的开始。

2. i2c write的时候，master在写完最后一个字节之后Slave会回ACK，然后master发送stop信号结束通信

3. i2c read的时候，master在接收完slave发送的最后一个字节之后会回NAK，因为这个时候master已经接收到足够的字节，NAK告诉slave不要在发送数据了。

4. SCL一直由Master控制，SDA依照数据传送的方向，读数据时由Slave控制SDA，写数据时由Master控制SDA。当8位数据传送完毕之后，应答位或者否应答位的SDA控制权与数据位传送时相反。

5. 开始位“Start”和停止位“Stop”，只能由Master来发出。

6. 地址的8位传送完毕后，成功配置地址的Slave设备必须发送“ACK”。否则一定时间之后Master视为超时，将放弃数据传送，发送“Stop”。

7. 当写数据的时候，Master每发送完8个数据位，Slave设备如果还有空间接受下一个字节应该回答“ACK”，Slave设备如果没有空间接受更多的字节应该回答“NACK”，Master当收到“NACK”或者一定时间之后没收到任何数据将视为超时，此时Master放弃数据传送，发送“Stop”。

8. 当读数据的时候，Slave设备每发送完8个数据位，如果Master希望继续读下一个字节，Master应该回答“ACK”以提示Slave准备下一个数据，如果Master不希望读取更多字节，Master应该回答“NACK”以提示Slave设备准备接收Stop信号。

9. 当Master速度过快Slave端来不及处理时，Slave设备可以拉低SCL不放（SCL=0将发生“线与”）以阻止Master发送更多的数据。此时Master将视情况减慢或结束数据传送。

二、i2c死锁

1.死锁时SDA恒为低，SCL恒为高

当I2C主设备异常复位时(看门狗动作，板上电源异常导致复位芯片动作，手动按钮复位等等)有可能导致I2C总线死锁产生。
在I2C主设备进行读写操作的过程中.主设备在开始信号后控制SCL产生8个时钟脉冲然后释放SCL，然后从设备将SDA信号拉为低电平ACK并拉低SCL后释放SCL进行对SDA电平的锁存。如果这个时候主设备
异常复位，且从设备没有复位，就会继续I2C的应答，将SDA一直拉为低电平，直到SCL变为低电平，才会结束应答信号。
而对于I2C主设备来说.复位后检测SCL和SDA信号，如果发现SDA信号为低电平，则会认为I2C总线被占用，会一直等待SCL和SDA信号变为高电平。这样，I2C主设备等待从设备释放SDA信号，而同时I2C从
设备又在等待主设备将SCL信号拉低以释放应答信号，两者相互等待，I2C总线进人一种死锁状态。
同样，当I2C进行读操作，I2C从设备应答后输出数据，如果在这个时刻I2C主设备异常复位而此时I2C从设备输出的数据位正好为0，也会导致I2C总线进入死锁状态。

I2C死锁解决方法

1.尽量选用带复位输人的I2C从器件。
2.将所有的从I2C设备的电源连接在一起，通过MOS管连接到主电源，而MOS管的导通关断由I2C主设备来实现。
3.在I2C从设备设计看门狗的功能。
4.在I2C主设备中增加I2C总线恢复程序。每次I2C主设备复位后，如果检测到SDA数据线被拉低，则控制I2C中的SCL时钟线产生9个时钟脉冲(针对8位数据的情况)，这样I2C从设备就可以完成被挂起的读操作，
从死锁状态中恢复过来。这种方法有很大的局限性，因为大部分主设备的I2C模块由内置的硬件电路来实现，软件并不能够直接控制SCL信号模拟产生需要时钟脉冲。
5.在I2C总线上增加一个额外的总线恢复设备。这个设备监视I2C总线。当设备检测到SDA信号被拉低超过指定时间时，就在SCL总线上产生9个时钟脉冲，使I2C从设备完成读操作，从死锁状态上恢复出来。总
线恢复设备需要有具有编程功能，一般可以用单片机或CPLD实现这一功能。
6.在I2C上串人一个具有死锁恢复的I2C缓冲器，如Linear公司的LTC4307如图2所示:LTC4307是一个双向的I2C总线缓冲器，并且具有I2C总线死锁恢复的功能。LTC4307总线输人侧连接主设备，总线输出侧连
接所有从设备。当LTC4307检测到输出侧SDA或SCL信号被拉低30ms时，就自动断开I2C总线输人侧与输出侧 的连接.并且在输出侧SCL信号上产生16个时钟脉冲来释放总线。当总线成功恢复后，LTC4307会再次
连接输人输出侧，使总线能够正常工作。