瞭解I2C匯流排協議； 掌握S3C2410/S3C2440中I2C介面的使用方法 ...
本章目標： 瞭解I2C匯流排協議； 掌握S3C2410/S3C2440中I2C介面的使用方法； 12.1 I2C匯流排協議及硬體介紹 12.1.1 I2C匯流排協議 1 I2C匯流排的概念 2 I2C匯流排的信號類型 3 I2C匯流排的數據傳輸格式 12.1.2 S3C2410/S3C2440 I2C匯流排控制器 1. S3C2410/S3C2440 I2C匯流排控制器寄存器介紹 S3C2410/S3C2440的I2C介面有4種工作模式：主機發送、主機接收、從機發送、 從機接收。其內部結構如圖12.6所示。
從圖12.6可知，S3C2410/S3C2440提供4個寄存器來完成所有的I2C操作。SDA線上的數據
從IICDS寄存器發出，或傳入IICDS寄存器中；IICADD寄存器中保存S3C2410/S3C2440當做從
機時的地址；IICCON、IICSTAT 兩個寄存器用來控制或標識各種狀態，比如選擇工作模式，發出
S信號、P信號，決定是否發出ACK信號，檢測是否收到ACK信號。各寄存器的用法如下：
（1）IICCON寄存器(Multi-master IIC-bus control)
IICCON寄存器用於控制是否發出ACK信號、設置發送器的時鐘、開啟IIC中斷，並標識中斷是
否發生。它的各位含義如下表12.2所示。
使用IICCON寄存器時，有如下註意事項：
① 發送模式的時鐘頻率由位[6]、位[3:0]聯合決定。另外，當IICCON[6] = 0時，IICCON[3:0]
不能去0或1。
② IIC中斷在以下3種情況下發生：
當發出地址信息或接收到一個從機地址並且吻合時；
當總線仲裁失敗時；
當發送/接收完一個位元組的數據(包括響應位)時。
③ 基於SDA 、SCL線上時間特性的考慮，要發送數據時，先將數據寫入IICDS寄存器，
然後清除中斷。
④ 如果IICCON[5] = 0，IICCON[4]將不能正常工作。所以即使不使用IIC中斷，也要將
IICCON[5]設為1。
（2）IICSTAT寄存器(Multi-master IIC-bus control/status)。
IICSTAT寄存器用於選擇IIC介面的工作模式，發出S信號、P信號，使能接收/發送功能，
並標識各種狀態，比如匯流排仲裁是否成功、作為從機時是否被定址、是否接收到0地址、是
否接收到ACK信號等。
IICSTAT寄存器的各位如表12.3所示：
（3）IICADD寄存器(Multi-master IIC-bus address)
用到位[7:1]，表示從機地址。在IICSTAT[4]為1時，才可以寫入；隨時都可以讀出。
（4）IICDS寄存器(Multi-master IIC-bus Tx/Rx data shift)
用到位[7:0]，其中保存的是要發送或已經接收到的數據。在IICSTAT[4]為1時才可寫入，
隨時可以讀出。
2.S3C2410/S3C2440 I2C匯流排操作方法
啟動或複位S3C2410/S3C2440 的IIC傳輸有以下兩種方法。
（1）當IICCON[4]即中斷狀態位為0時，通過寫IICSTAT寄存器啟動IIC操作。有以下兩種
情況。
① 在主機模式：
令IICSTAT[5:4]等於0b11，將發出S信號和IICDS寄存器的數據(定址)，
令IICSTAT[5:4]等於0b01，將發出P信號。
② 在從機模式，令IICSTAT[4]等於1，將等待其他主機發出S信號及地址信息。
（2）當IICCON[4]即中斷狀態位為1時，表示I2C操作被暫停。在這期間設置好其他寄存器
之後，向IICCON[4]寫入0即可恢復I2C操作。
所謂“設置其他寄存器”，有以下3種情況。
① 對於主機模式，可以按照上面（1）的方法寫IICSTAT寄存器，恢復I2C操作後即可發出
S信號和IICDS寄存器的值(定址)，或發出P信號。
② 對於發送器，可以將下一個要發送的數據寫入IICDS寄存器中，恢復I2C操作後即可發
出這個數據。
③ 對於接收器，可以從IICDS寄存器中讀出接收到的數據。最後向IICCON[4]寫入0的同時，
設置IICCON[7]以決定在接收到下一個數據後是否發出ACK信號。
通過中斷服務程式驅動I2C傳輸。
（1）當仲裁失敗時，發生中斷——本次傳輸沒有搶到匯流排，可以稍後繼續。
（2）對於主機模式，當發出S信號、地址信息並經過一個SCL周期(對應ACK信號)後，發生
中斷——主機可在此時判斷是否成功定址到從機。
（3）對於從機模式，當接收到的地址與IICADD寄存器吻合時，先發出ACK信號，然後發生
中斷——從機可在此時準備後續的傳輸。
（4）對於發送器，當發送完一個數據並經過一個SCL周期(對應ACK信號)後，發生中斷。這
時可以準備下一個要發送的數據，或發出P信號以停止傳輸。
（5）對於接收器，當接收到一個數據時，先根據IICCON[7]決定是否發出ACK信號後，然後
發生中斷。這是可以讀取IICDS寄存器得到數據，並設置IICCON[7]已決定接收到下一個數據
後是否發出ACK。
對於4種工作模式，S3C2410/S3C2440數據手冊中都有它們的操作流程圖。現在以主機發
送器為例說明，它的工作流程如圖12.7所示，其他的工作模式請參考數據手冊。
M4lt11中有8個寄存器，分別對應秒、分、時、天(星期幾)、日、月、年、控制寄存器，
其中的數據都是以BCD格式保存(BCD格式例子：0x15表示數值15)，如表12.4所示。
除上表的8個寄存器(地址為0~7)之外，M4lt11內部還有56位元組的RAM(地址為8~63)。
訪問M4lt11前，先設置寄存器地址，以後每次讀寫操作完成後，M4lt11內部會自動將寄
存器地址加1.
所以讀寫M4lt11分以下兩個步驟：
（1）主機向M4lt11發出要操作的寄存器起始地址(0~7)。
（2）要設置M4lt11時，主機連續發出數據；讀取M4lt11時，主機連續讀取數據。
M4lt11的I2C從機地址為0xD0。
12.2.2 程式設計
本實例將在串口上輸出一個菜單，可以選擇設置時間和日期，或者將它們讀出來。將
通過本實例驗證I2C主機的發送、接收操作。
12.2.3 設置/讀取M4lt11的源碼詳解
本實例的源碼在/work/hardware/i2c目錄下。
文件i2c.c封裝了S3C2410/S3C2440作為主機發送器、主機接收器的4個操作函數：
i2c_init用於初始化，i2c_write用於發起發送數據，i2c_read用於發起讀取數據，
I2CIntHandle是I2C中斷服務程式，用於完成後續的數據傳輸。
1.S3C2410/S3C2440 I2C控制器初始化
i2c_init函數對應於圖12.7中的步驟（1），初始化I2C，代碼如下：
1 行號 2 24行/* 3 25行 *I2C初始化 4 26行 */ 5 27行 void i2c_init(void) 6 28行 { 7 29行 GPEUP |= 0xc000; //禁止內部上拉 8 30行 GPECON |= 0xa0000000; //選擇引腳功能，GPE15:IICSDA，GPE14:IICSCL 9 31行 10 32行 INTMSK &= ~(BIT_IIC); 11 33行 12 34行 /*bit[7] = 1，使能ACK 13 35行 *bit[6] = 0,IICCLK = PCLK/16 14 36行 *bit[5] = 1，使能中斷 15 37行 *bit[3:0] = 0xf，Tx clock = IICCLK/16 16 38行 *PCLK = 50MHz、IICCLK = 3.125MHz，Tx Clock = 0.195MHz 17 39行 */ 18 40行 IICCON = (1 << 7) | (0 << 6) | (1 << 5) | (0xf); //0xaf 19 41行 20 42行 IICADD = 0x10; //S3C24xx slave address = [7:1] 21 43行 IICSTAT = 0x10; //I2C串列輸出使能(Rx/Tx) 22 44行 } 23 45行i2c.c->i2c_init() 第32行在INTMSK寄存器中開啟I2C中斷，這樣，以後調用i2c_read、i2c_write啟動傳 輸時，即可觸發中斷，進而可以在中斷服務程式中進一步完成後續的傳輸。 第40行用於選擇發送時鐘，併進行一些設置：使能ACK、使能中斷。 第42行用於設置S3C2410/S3C2440作為I2C從機時的地址，本實例未用到。 第43行使能I2C串列輸出(設置IICSTAT[4]為1)，這樣，在i2c_write、i2c_read 函數中就可以寫IICDS寄存器了。 2.S3C2410/S3C2440 I2C主機發送函數 初始化完成後，就可以調用i2c_read、i2c_write讀寫I2C從機了。它們的使用方法從參數 名稱就可以看出。這兩個函數只是啟動I2C傳輸，然後等待，知道數據在中斷服務程式中傳 輸完畢後再返回。 i2c_write函數的實現如下：
1 行號 2 46行 /* 3 47行 *主機發送 4 48行 *slvAddr:從機地址，buf：數據存放的緩衝區，len：數據長度 5 49行 */ 6 50行 void i2c_write(unsigned int slvAddr, unsigned char *buf, int len) 7 51行 { 8 52行 g_tS3C24xx_I2C.Mode = WRDATA; //寫操作 9 53行 g_tS3C24xx_I2C.Pt = 0; //索引值初始化為0 10 54行 g_tS3C24xx_I2C.pDATA = buf; //保存緩衝區地址 11 55行 g_tS3C24xx_I2C.DataCount = len; //傳輸長度 12 56行 13 57行 IICDS = slvAddr; 14 58行 IICSTAT = 0xf0; //主機發送、啟動 15 59行 16 60行 /*等待直至數據傳輸完畢*/ 17 61行 while(g_tS3C24xx_I2C.DataCount != -1); 18 62行 } 19 63行i2c.c->i2c_write() 第57行將從機地址寫入IICDS寄存器，這樣，在第58行啟動傳輸併發出S信號後，緊接 著就自動發出從機地址。 第58行設置IICSTAT寄存器，將S3C2410/S3C2440設為主機發送器，併發出S信號。 後續的傳輸工作將在中斷服務程式中完成。 第61行等待g_tS3C24xx_I2C.DataCount在中斷服務程式中被設為-1，這表明傳輸完成， 於是返回。 3.S3C2410/S3C2440 I2C主機接收函數 i2c_read函數的實現與i2c_write類似，代碼如下：
1 行號 2 64行 /* 3 65行 *主機接收 4 66行 *slvAddr：從機地址，buf：數據存放的緩衝區，len：數據長度 5 67行 */ 6 68行 void i2c_read(unsigned int alvAddr, unsigned char *buf, int len) 7 69行 { 8 70行 g_tS3C24xx_I2C.Mode = RDDATA; //讀操作 9 71行 g_tS3C24xx_I2C.Pt = -1; //索引值初始化為-1，表示第一個中斷時不接收數據(地址中斷) 10 72行 g_tS3C24xx_I2C.pData = buf; //保存緩衝區地址 11 73行 g_tS3C24xx_I2C.DataCount = len; //傳輸長度 12 74行 13 75行 IICDS = slvAddr; 14 76行 IICSTAT = 0xb0; //主機接收，啟動 15 77行 16 78行 /*等待直至數據傳輸完畢*/ 17 79行 while(g_tS3C24xx_I2C.DataCount != -1); 18 80行 } 19 81行i2c.c->i2c_read() 需要註意的是第71行將索引值設為-1，在中斷處理函數中會根據這個值決定是否從 IICDS寄存器中讀取數據。讀操作時，第1次中斷發生時表示發出了地址，這時候不能 讀取數據。
4.S3C2410/S3C2440 I2C中斷服務程式 I2C操作的主體在中斷服務程式，它分為3部分：首先在SRCPND、INTPND中清除中 斷，後面兩部分對應於寫操作和讀操作。先看清除中斷的代碼：
1 行號 2 82行 /* 3 83行 *I2C中斷服務程式 4 84行 *根據剩餘的數據長度選擇繼續傳輸或者結束 5 85行 */ 6 86行 void I2CInitHandle(void) 7 87行 { 8 88行 unsigned int iicSt, i; 9 89行 10 90行 //清中斷 11 91行 SRCPND = BIT_IIC; 12 92行 INTPND = BIT_IIC; 13 93行 14 94行 iicSt = IICSTAT; 15 95行 16 96行 if(iicSt & 0x8){printf("Bus arbitration failed\n\r");} //仲裁失敗i2c.c->I2CInitHandle() 第91、92行用來清除I2C中斷的代碼。需要註意的是，即使清除中斷後，IICCON寄存器 中的位[4](中斷標識位)仍為1，這導致I2C傳輸暫停。 第94行讀取狀態寄存器IICSTAT，發生中斷時有可能時因為仲裁失敗，在第96行對它進行 處理。本程式忽略仲裁失敗，因為只有一個I2C主機。 接下來是一個switch語句，分別處理寫操作、讀操作。先看寫操作：
1 行號 2 98行 switch(g_tS3C24xx_I2C.Mode) 3 99行 { 4 100行 case WRDATA: 5 101行 { 6 102行 if((g_tS3C24xx_I2C.DataCount--) == 0) 7 103行 { 8 104行 //下麵兩行用於恢復I2C操作，發出P信號 9 105行 IICSTAT = 0xd0; 10 106行 IICCON = 0xaf; 11 107行 Delay(10000); //等待一段時間以便P信號已經發出 12 108行 break; 13 109行 } 14 110行 15 111行 IICDS = g_tS3C24xx_I2C.pData[g_tS3C24xx_I2C.Pt++]; 16 112行 17 113行 //將數據寫入IICDS後，需要一段時間才能出現在SDA線上 18 114行 for(i = 0; i < 10; i++); 19 115行 20 116行 IICCON = 0xaf; //恢復I2C傳輸 21 117行 break; 22 118行 } 23 119行i2c.c->I2CInitHandle()->switch()->case WRDATA g_tS3C24xx_I2C.DataCount表示剩餘等待傳輸的數據個數，第102行判斷數據是否已經 全部發送完畢：若是，則通過第105、106行發出P信號，停止傳輸； 第105行設置IICSTAT寄存器以便發出P信號，但是由於這時IICCON[4]仍為1，P信號還沒 有實際發出； 當第106行清除IICCON[4]後，P信號才真正發出去； 第107行等待一段時間，確保P信號已經發送完畢。 如果數據還沒有發送完畢，第111行從緩衝區中得到下一個要發送的數據，將它寫入IICDS 寄存器中。稍等之後，即可在第116行清除IICCON[4]以恢復I2C傳輸，這時，IICDS寄存器中
的數據就會發送出去，這將觸發下一個中斷。 I2C讀操作的處理與寫操作相似，代碼如下：
1 行號 2 120行 case RDDATA: 3 121行 { 4 122行 if(g_tS3C24xx_I2C.Pt == -1) 5 123行 { 6 124行 //這次中斷時在發送I2C設備地址後發生的，沒有數據 7 125行 //只接收一個數據時，不要發出ACK信號 8 126行 g_tS3C24xx_I2C.Pt = 0; 9 127行 if(g_tS3C24xx_I2C.DataCount == 1) 10 128行 IICCON = 0x2f; //恢復I2C傳輸，開始接收數據，接收到數據時不發出ACK 11 129行 else 12 130行 IICCON = 0xaf; //恢復I2C傳輸，開始接收數據 13 131行 break; 14 132行 } 15 133行 16 134行 if((g_tS3C24xx_I2C.DataCount--) == 0) 17 135行 { 18 136行 g_tS3C24xx_I2C.pData[g_tS3C24xx_I2C.Pt++] = IICDS; 19 137行 20 138行 //下麵兩行恢復I2C操作，發出P信號 21 139行 IICSTAT = 0x90; 22 140行 IICCON = 0xaf; 23 141行 Delay(10000); //等待一段時間以便P信號已經發出 24 142行 break; 25 143行 } 26 144行 27 145行 g_tS3C24xx_I2C.pData[g_tS3C24xx_I2C.Pt++] = IICDS; 28 146行 29 147行 //接收最後一個數據時，不要發出ACK信號 30 148行 if(g_tS3C24xx_I2C.DataCount == 0) 31 149行 IICCON = 0x2f; //恢復I2C傳輸，接收到下一個數據時無ACK 32 150行 else 33 151行 IICCON = 0xaf; //恢復I2C傳輸，接收到下一個數據時發出ACK 34 152行 break; 35 153行 }case RDDATA 讀操作比寫操作多一個步驟：第一次中斷發生時，表示發出了地址，這時候還不能讀取 數據。在代碼中要分辨這點。對應第122~132行：如果g_tS3C24xx_I2C.Pt等於-1，表示 這是第一次中斷，然後修改g_tS3C24xx_I2C.Pt為0，並設置IICCON寄存器恢復I2C傳輸 (第127~130行)。 當數據傳輸已經開始後，每接收到一個數據就會觸發一次中斷。後面的代碼讀取數據， 判斷所有數據是否已經完成：如果完成則發出P信號，否則繼續下一次傳輸。 第134行判斷數據是否已經發送完畢。 第19行設置IICSTAT寄存器以便發出P信號，但是由於這時IICCON[4]仍為1，P信號還沒 有實際發出。 第140行清除IICCON[4]後，P信號才真正發出。 第145~151行用來啟動下一次數據的接收。 第148~151行判斷是否只剩下最後一個數據了：若是，則通過第149行的清除IICCON[4]、 IICCON[7]，這樣即可恢復IIC傳輸，並使得接收到數據後，S3C2410/S3C2440不發出ACK 信號(這樣從機即可知道數據傳輸完畢)；否則在第151行中只要清除IICCON[4]以恢復IIC傳輸。 中斷服務程式中，當數據數據傳輸完畢時，g_tS3C24xx_I2C.DataCount將自減為-1，這樣， i2c_read或i2C_write函數即可跳出等待，直接返回。 5.RTC晶元M4lt11特性相關的操作 m4lt11.c文件中提供兩個函數m4lt11_set_datetime、m4lt11_get_datetime。它們都通過調 用i2c_read或i2c_write函數來完成與M4lt11的交互。 前面說過，操作M4lt11只需要兩步：發出寄存器地址，發出數據或讀取數據。 m4lt11_set_datetime函數把這兩個步驟合併為一個I2C寫操作，m4lt11_get_datetime函數先發 起一個I2C寫傳輸，再發起一個I2C讀傳輸。 m4lt11_set_datetime函數代碼如下：
1 行號 2 29行 /* 3 30行 *寫m4lt11，設置日期和時間 4 31行 */ 5 32行 int m4lt11_set_datetime(struct rtc_time *dt) 6 33行 { 7 34行 unsigned char leap_yr; 8 35行 struct{ 9 36行 unsigned char addr; 10 37行 struct rtc_registers rtc; 11 38行 }__attribute__ ((packed)) addr_and_regs; 12 ... .../*設置rtc結構，即根據傳入的參數構造各寄存器的值*/ 13 76行 i2c_write(0xD0, (unsigned char *)&addr_and_regs, sizeof(addr_and_regs)); 14 77行 15 78行 return 0; 16 79行 }m4lt11.c->m4lt11_set_datetime() 省略號表示的代碼用來設置addr_and_regs結構體。這個結構體分為兩部分： addr_and_regs表示M4lt11寄存器地址(它被設為0)； addr_and_regs.rtc表示M4lt11的8個寄存器——秒、分、時、天(星期幾)、日、月、年、控制寄存器。 根據傳入參數填充好addr_and_regs結構體後，就可以啟動I2C寫操作了。 第38行使用“__attribute__((packed))”設置這個結構體為緊湊格式。使得它的大小 為9位元組(否則大小為12位元組)：1位元組用來保存寄存器的地址，8位元組用來保存8個寄存器的值。 m4lt11_get_datetime函數的代碼與m4lt11_set_datetime函數類似，如下所示：
1 行號 2 81行 /* 3 82行 *讀取m4lt11，獲取日期與時間 4 83行 */ 5 84行 int m4lt11_get_datetime(struct rtc_time *dt) 6 85行 { 7 86行 unsigned char addr[1] = {0}; 8 87行 struct rtc_registers rtc; 9 88行 10 89行 memset(&rtc, 0, sizeof(rtc)); 11 90行 12 91行 i2c_write(0xD0, addr, 1); 13 92行 i2c_read(0xD0, (unsigned char *)&rtc, sizeof(rtc)); 14 93行 15 ... .../*根據讀出的各寄存器的值，設置dr結構體*/ 16 110行 return 0; 17 111行 }m4lt11.c->m4lt11_get_datetime() 第91行發起一次I2C寫傳輸，設置要操作的M4lt11寄存器地址為0； 第92行發起一次I2C讀傳輸，讀出M4lt11各寄存器的值； 省略號對應的代碼根據讀出的各寄存器的值，設置dr結構。M4lt11中以BCD碼表示 日期與時間，需要轉換為程式使用的一般二進位格式。 12.2.4 I2C實例的連接腳本 本實例要用到第8章NAND Flash控制器的代碼將代碼從NAND Flash複製到SDRAM 中。由於nand代碼中用到全局變數，而全局變數要運行與可讀寫的記憶體中，為了方便， 使用連接腳本將這些初始代碼放到Steppingstone中。 連接腳本為i2c.lds，內容如下：
1 SECTIONS{ 2 . = 0x00000000; 3 .init : AT(0){head.o init.o nand.o} 4 . = 0x30000000; 5 .text : AT(4096){ *(.text)} 6 .rodata ALIGN(4) : AT((LOADADDR(.text)+SIZEOF(.text)+3)&~(0x03)){*(.rodata*)} 7 .data ALIGN(4) :AT((LOADADDR(.rodata)+SIZEOF(.rodata)+3)&~(0x03)){*(.data)} 8 __bss_start = .; 9 .bss ALIGN(4) :{ *(.bss) *(COMMON)} 10 __bss_end = .; 11 }i2c.lds 第2~3行將head.S和nand.c對應的代碼的運行地址設為0，載入地址(存在NAND Flash 上的地址)設為0。從NAND Flash啟動時，這些代碼被覆制到Steppingstone後就可以直接運行。
第4行設置其餘代碼的運行地址為0x3000 0000；第5行將代碼段的載入地址設為4096， 表示代碼段將存在NAND Flash地址4096處。 第6~7行的“AT(...)”設置rodata段、data段的載入地址依次位於代碼段之後。 “LOADADDR（...）”表示某段的載入地址，SIZEOF(...)表示它的大小。這兩行的前面使用 “ALIGN(4)”使得它們的運行地址為4位元組對齊。為了使各段之間載入地址的相應偏移值等於 地址的相對偏移，需要將“AT(...)”中的值也設為4位元組對齊：先加上3，然後與~(0x03)進 行與操作(將低2位清0)。 12.2.5 實例測試 本程式在main函數中通過串口輸出一個菜單，用於設置或讀取時間，步驟如下： （1）使用串口將開發板的COM0和PC的串口相連，打開PC的穿褲工具設為115200、8N1; （2）在i2c目錄下執行make，將可執行文件燒入NAND Flash中運行； （3）在PC的串口工具上，可以看到如下菜單：
#### RTC Menu #### Data format: 'year.month.day w hour:min:sec', 'w' is week day eg:2007.08.30 4 01:16:57 [S] Set the RTC [R] Read the RTC Enter your selection:（4）要設置RTC，輸入"s"或“S”。可以看到如下字元。
Enter data&time:在串口工具中按照"year.month.day w hour:min:sec"格式輸入日期與時間，比如："2007.08.30 4 01:16:57"，然後按回車鍵。 註意：只能輸入2000.01.1至2099.12.31之間的日期與時間；年月日與星期必須真實存 在，否則RTC晶元無法正常工作。 （5）要可讀取RTC，輸入"r"或"R"，即可看到當前日期與時間，串口上回輸出類似 下麵的結果。
*** Now is: 2007.08.30 4 01:16:57 ***（6）斷電後重啟，輸入“R”，仍可看到正確的時間。 附：代碼： 鏈接: https://pan.baidu.com/s/1kV24a9L 密碼: tfab
