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I2C规范

发布时间：2011-09-25 19:57:27 来源：文档文库

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以前我们使用AMD 的GX1搭配CS5530做主板，用的还比较顺手，后来AMD的GX1停产了，加上欧洲无铅化的要求，只好在AMD的LX CPU搭配CS5536开新主板，在这片新主板上，我们为了能有一个较好的AV输出，放上了一颗AIT2138的芯片，专门负责把VGA输出转换成AV输出，AIT2138这颗芯片也可以不用软件去控制，但是如果能用软件控制，当然更好，AIT2138上有一个I2C总线可以实现软件控制，我们看到CS5536上也有一个I2C总线的接口，于是我们把他们接到了一起，实践证明，非常有效，本文将重点介绍CS5536上的这个I2C总线接口的操作方法。
1、I2C总线介绍
I2C(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。
I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性；另一个优点是它支持多主控，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主控。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率，当然，在任何时间点上只能有一个主控。
I2C总线只有两条线，数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。

上图截自I2C总线的规范，它清楚地告诉我们，I2C总线，只有两条线，所有的设备（IC）都并联接在这两条线上，图中有两个MICRO CONTROLLER，A和B，告诉我们在I2C总线上可以连接多个主控。下面我们尽可能简单地说明它的通信原理。

上图同样截自I2C总线的规范，它清楚地告诉我们，I2C总线在空闲状态由两个上拉电阻把总线拉到高电平，器件对I2C总线的控制只有释放和拉低这两种方式，这一点对后面理解信号很有帮助。

I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。

∙ 开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。

∙ 结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

∙ 应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，可以判断为受控单元出现故障。

先看开始和结束信号，空闲状态，SDA、SCL高，当某个主控器件要传输或接收数据时，它要将SDA拉低，这便产生一个开始信号，之后，主控机要控制SCL，开始在SCL上发送时钟信号，当传输完毕后，主控机首先释放SCL，然后再释放SDA，经过一定时延后，认为传输结束。

在开始信号后，主控期间开始发送时钟信号，根据规范，SDA上的数据要在SCL为低时改变，在SCL为高时保持稳定，这样数据位就可以在总线上传输，数据必须以8位为一组传输，高位在前，低位再后，8位之后要有一个确认位，在确认位的时钟周期，主控机释放SDA，此时SDA为高，从机要把SDA拉低，同时保证在SCL为高电平时保持信号稳定，如果从机由于某些原因不能马上响应下一位的数据传输，可以一直保持SDA为低，直到可以响应为止，此时，主控机将处于等待状态。

根据规范，主控机在I2C上传输的第一个字节（8位）中，bit0--bit6为地址，bit7位读/写位，0表示要向从机写信息，即由主控机向从机发送数据，1表示读数据，即表示准备从从机接收数据。很显然，接在总线上的所有器件均可以收到这个信息，但应该只有与地址码相符的从机响应，否则将引起混乱。

基本上I2C总线的传输原理就是这样，并不复杂，可以很容易地使用单片机实现，下面是I2C总线规范的下载地址：

英文原版I2C总线规范：http://blog.hengch.com/specification/i2c-en.pdf

中文翻译版I2C总线规范：http://blog.hengch.com/specification/i2c-cn.pdf

个人建议尽量阅读原文文献，但中文版可以做参考，对概念的理解会有帮助。

2、CS5536上的I2C总线
在CS5536这颗芯片上集成了一个I2C总线，在芯片的DATASHEET中被称作为System Management Bus Controller，简称SMB，有7个内部寄存器控制总线，使操作变得十分方便。

SMBCTL2和SMBCTL3用来指定在SCL上发送的时钟频率，其中SMBCTL2的bit0是一个使能位，1--SMB使能，0--SMB禁止，bit1--bit7是时钟频率的低7位，SMBCTL3的bit0--bit7是时钟频率的高8位，一共15位（抱歉，这些与上图中标注不符，上图尽管截自规范，但很遗憾，其中的SMBCTL2和SMBCTL3是错的），始终频率的结果符合下面公式：

tSCL= 2 x SCLFRQ x tclk

下面我们仅介绍工作在主控状态时，信号的产生方法，但CS5536也可以工作在从机模式。

START信号的产生

∙ 把SMBCTL1的INTEN置为0，采用轮询方式，如果使用中断方式，可以设为1

∙ 把SMBCTL1的START置为1，表示要产生START信号

这将使CS5536发出START信号，如果总线发生冲突，SMBST的BER将置为1；如果没有冲突，SMBST的MASTER和SDAST将被置为1，其中MASTER=1表明CS5536工作在主控方式，SDAST=1表明准备好发送数据位。

发送地址字节

发送的地址字节不能是自己的地址，另外，在SMB的寄存器中，有一个SMBADDR寄存器，这个寄存器是CS5536做从机时用的，里面放本机地址，用于比较总线上发出的地址信息，要特别说明的是，这个寄存器不是用于放地址字节的。实际发送地址字节与发送数据基本无异。

∙ 把7位地址位和一位数据传送方向位按照前面介绍I2C总线时介绍的顺序放到SMBSDA中

∙ SMBSDA中的数据发送到总线上，地址字节发送完毕。

∙ 在发送地址字节时，如果发生冲突，SMBST的BER将置位，同时SMBST的MASTER将被清0

∙ 发送完毕，将把收到的确认位放到SMBST的NEGACK中

发送数据

先说明一下SMBCTL1的STASTRE的作用，如果这位置1，当发送完一个字节并收到确认信号后，CS5536会把SDA拉低，使总线进入等待状态（前面有介绍），此时SMBST的STASTR会置位，表明总线处于等待状态，要清除此状态需要读取SMBST寄存器，如果下一字节不需进入等待，请记得把SMBCTL1的STASTRE清0。

∙ 检查SMBST的BER和NEGACK，均应该是0，BER为1说明出错（一般是总线冲突），NEGACK为1说明没有收到相应的确认信号，所以在这种情况下再发数据没有意义。

∙ 在SMBST的BER和NEGACK均为0的情况下，检查SMBST的SDAST，如果为1，表示可以发送数据

∙ 把要发送的数据字节放到SMBSDA中

∙ 数据发送到总线上

STOP信号的产生

在发送最后一个字节后不要去读SMBST

将SMBCTL1的STOP置1

如何操作CS5536的SMB？
说了半天，我们一直说SMB的寄存器，而且一直用的是偏移地址，那么到底SMB的基地址是多少？应该用I/O方式还是访问存储器的方式访问SMB呢？
CS5536的所有器件均以虚拟PCI的形式挂在PCI总线上，SMB挂接在其中的ISA上，ISA的基地址就是SMB的基地址，CS5536的Vendor ID是0x1022，这个在以前的文章中说过，ISA的Device ID是0x2090，通过这两个条件就可以在PCI总线上找到这个设备，然后读取它的基地址即可。SMB的寄存器是用I/O端口映射的，所以要用in和out指令操作SMB的寄存器。