【ARM】Exynos 4412 IIC（I2C）总线详解
概述
Exynos 4412支持四路多主机I2C串行总线，为了使连接总线上主机和外设之间实现数据传输，使用了一条SDA（Serial Data Line）线和一条SCL（Serial Clock Line）线，这两条都支持双向传输。
当I2C总线处于多主机模式时，多个Exynos 4412处理器都可以与从设备收发数据。I2C总线上的主设备负责启动和结束一次数据传输。Exynos 4412的I2C总线使用标准的总线仲裁规程来实现多主机、多从机的数据传输。
要实现对I2C总线的控制，你需要修改下面这些寄存器的值：
- 控制寄存器 —— I2CCON
- 控制/状态寄存器 —— I2CSTAT
- 发送/接收移位寄存器 —— I2CDS
- 地址寄存器 —— I2CADDR
当I2C总线处于空闲状态时，SCL和SDA都是高电平。当SCL为高电平时，SDA从高电平变为低电平表示一个开始信号；当SCL为高电平时，SDA从低电平变为高电平表示一个结束信号。
开始信号和结束信号由主设备负责生成。当发出起始信号后，I2CDS的前七位将作为从设备的地址被发送到SDA线上。这个地址决定了主设备选择了总线上的哪一个从设备。I2CDS的第八位标识主设备是要读取数据还是写入数据。
每一次数据传输放到SDA总线上的数据必须是一个字节，即8位。至于传送多少个字节则没有限制。数据发送时，总是从数据的最高位MSB（Most Significant Bit）开始发送。在每一个字节的最后，也就是第九个时钟周期，将紧跟一个ACK位，由接收方发出，表示数据已收到。
特征
- 9通道、多主机、多从机的总线接口。（8个通用的通道，一个专用于HDMI的通道）
- 7位地址
- 串行、面向字节的双向数据传输
- 标准模式最高支持100kbit/s的速率
- 快速模式最高支持400kbit/s的速率
- 支持主发送、主接收、从发送、从接收四种模式
- 支持基于中断或者轮询的事件
I2C总线框图
I2C总线接口操作
Exynos 4412支持的四中操作模式如下：
- 主发送模式
- 主接收模式
- 从发送模式
- 从接收模式
开始/停止信号
当I2C总线接口处于空闲状态时，它通常处于从设备模式，或者说在检测到开始信号之前，接口处于从设备模式。当控制器将接口修改为主设备模式，就可以在SDA线上传输数据，以及在SCL线上生成时钟信号。
一个开始信号将会通过SDA线传输1byte的数据，一个停止信号将结束数据传输。
当一个主设备发送了一个开始信号，它同时需要发送一个从设备的地址来通知这个从设备。1byte的数据包含7位地址和1位读写标志位，0表示写，1表示读。
主设备通过发送停止信号来结束数据传输。如果主设备想继续传输数据，它需要重新发送一个开始信号和从设备地址。
下图展示开始信号和停止信号的电平变化：
数据传输格式
每一个放到SDA线上的字节数据必须是8位长度，每次传输的字节数量不限。紧跟在开始信号后面的第一个字节数据需要包含从设备的地址数据。一个ACK应答位紧跟在每个字节的后面，由接收方发出。I2C控制器先发送字节的高位数据，再发送低位数据。
下图展示了I2C总线接口的数据格式：
下图描述的是I2C总线上的数据传输电位图：
ACK应答信号的传输
要完成1个字节的数据传输操作，接收方需要向发送方发送一个ACK应答位。ACK脉冲信号出现在SCL线的第9个时钟周期，由从设备负责将SDA线拉低来表示ACK。
当发送方接收到ACK应答信号，会将SDA置为高电平从而释放总线。通过软件（I2CSTAT）可以使能或者禁用ACK发送功能。
下图展示了I2C总线上的应答信号：
读写操作
当I2C总线控制器处于发送模式，在新的数据被写入I2CDS寄存器之前，总线接口将一直等待，同时SCL将一直处于低电平。当写入数据后，控制器将释放SCL。Exynos 4412通过中断来判断数据是否发送完成，当CPU接收到中断，会自动把新的数据写入到I2CDS中。
当I2C总线控制器处于接收模式，在寄存器被读取之前，总线接口将一直等待，同时SCL线保持低电平。当读取数据之后，控制器将释放SCL。Exynos 4412通过中断来判断数据是否接收完成，当CPU接收到中断，会自动读取I2CDS中的数据。
每种模式下的操作流程图
在你进行发送/接收操作之前：
- 如果有必要，把自己的从设备地址写入到I2CADD中。
- 设置I2CCON寄存器：
- 开启中断
- 设置SCL的时钟频率
- 设置I2CSTAT使能Serial Output。
下图描述了主发送模式下的操作流程：
下图描述了主接收模式下的操作流程：
下图描述了从发送模式下的操作流程：
下图描述了从接收模式下的操作流程：