I2C作為常用的通訊外設，廣泛應用在各種通訊場合，而且也衍生各種變體協議，比如SCCB，SMbus，PMbus等等。先楫半導體在I2C這個通訊外設上，每個傳輸的階段都可以獨立自由去控制，這也極大得提高了開發的自由靈活度，而且也可以隨性發揮生成I2C的變體協議，而不需要去進行IO模擬。

首先介紹一下先楫半導體I2C的一些主要特性和功能，方便后續說明，大家也可以到官網參考先楫用戶手冊。

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I2C 特征

支持標準模式 (100Kb/s)，快速模式 (400Kb/s) 和快速模式 +(1Mb/s)

可配置主從模式

支持 7 位和 10 位地址模式

支持廣播呼叫地址 (general call address)

自動時鐘延展 (clock stretching)

可配置的時鐘/數據時序

支持直接內存訪問 (DMA)

4 字節 FIFO

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I2C 功能

每個傳輸由 4 個階段組成：起始，地址，數據和結束。在起始階段會產生 START 操作，在地址階段發送地址，在數據階段 1 個或多個數據字節被傳送，在結束階段產生 STOP 操作。每個階段都能夠獨立控制是否執行

4個字節FIFO，可不使用DMA的情況下，滿足多字節一次性傳輸。并且軟件沒有準備好下一個字節的收發數據或者FIFO已滿時候，I2C控制器會自動延展I2C總線時鐘來暫停總線傳輸。

I2C控制器默認使能了自動ACK響應，即是除了最后一個字節外其余字節接收后都會自動發出ACK，軟件可以使能字節接收中斷來禁止自動響應功能，軟件自己接收后決定是否發送ACK。

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場合需求

在某些場合，當I2C作為主機的時候，一次數據量傳輸當中，可能會有以下的需求方式：

傳輸過程中間變化讀寫方向，比如START操作到第一個數據字節傳輸是寫，后面變為讀。或者讀變成寫。

傳輸過程中分三次傳輸，START，數據，STOP傳輸。比如第一次傳輸需要帶START，但不需要STOP。

傳輸過程中需要restart重新發送start信號。

舉例，比如SMBUS，在進行block read傳輸中，就需要傳輸過程中發送restart信號，并且切換讀寫方向。

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實現方式

先楫半導體的用戶手冊對于 I2C 的寄存器說明一共有好幾個，本文重點介紹以下三個密切相關的寄存器：

1. CTRL寄存器：該寄存器是用來配置一次傳輸中的每個階段的控制，比如主機模式下，方向是發送，在START開始后，STOP結束前，傳輸的是數據段，可以不發START,地址，STOP。那么可以對其寄存器的對應位進行開啟和關閉。

2. INTEN寄存器的BYTERECV位，開啟或關閉自動響應功能。

3. CMD寄存器：定義的是對一次transaction的相關操作。比如主機在接收到從機的數據，需要不接受數據了，可以發送一個NACK響應。前提是關閉了自動響應功能。

根據以上的寄存器說明，在新的sdk版本V1.2.0中，我們在SDK的i2c driver中看到有定義一個順序傳輸接口，定義一個枚舉，分別表示第一幀，中間幀，最后一幀。

/**

* @brief I2c sequentialtransfer options

* @arg: i2c_frist_frame: hasstart signal

* @arg: i2c_next_frame:middle transfer

* @arg: i2c_last_frame: hasstop signal

*/

typedef enum i2c_seq_transfer_opt{

i2c_frist_frame = 0,

i2c_next_frame,

i2c_last_frame,

}i2c_seq_transfer_opt_t;

對于發送接口，sdk1.2也提供了i2c_master_seq_transimit 這個 API。

對于接收接口，sdk1.2也提供了i2c_master_seq_receive這個API,從內部API可以看出是關閉自動響應，軟件控制一次傳輸的ACK和NACK，避免STOP未出現時出現數據斷開。

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驗證功能

根據以上信息，我們來操作一個實驗，以sdk的poll例子的master和slave兩個開發板進行相互收發，slave不做改動，master的讀寫接口替換以上的接口。

int main(void)

{

hpm_stat_t stat;

i2c_config_t config;

uint32_t freq;

board_init();

init_i2c_pins(TEST_I2C);

config.i2c_mode = i2c_mode_normal;

config.is_10bit_addressing = false;

freq = clock_get_frequency(TEST_I2C_CLOCK_NAME);

stat = i2c_init_master(TEST_I2C, freq, &config);

if (stat != status_success) {

return stat;

}

printf("I2C polling master example\n");

prepare_tx_data();

uint32_t index = 0;

uint32_t inc_len = 30;

if (status_success != i2c_master_seq_transmit(TEST_I2C, TEST_I2C_SLAVE_ADDRESS, &tx_buff[index], inc_len, i2c_frist_frame)) {

printf("Master transfer frist frame failed\n");

while (1) {

}

}

index += inc_len;

if (status_success != i2c_master_seq_transmit(TEST_I2C, TEST_I2C_SLAVE_ADDRESS, &tx_buff[index], inc_len, i2c_next_frame)) {

printf("Master transfer next frame failed\n");

while (1) {

}

}

index += inc_len;

inc_len = (sizeof(tx_buff) - (inc_len * 2));

if (status_success != i2c_master_seq_transmit(TEST_I2C, TEST_I2C_SLAVE_ADDRESS, &tx_buff[index], inc_len, i2c_last_frame)) {

printf("Master transfer last frame failed\n");

while (1) {

}

}

/* wait for slave controller to be ready to send data */

board_delay_ms(100);

index = 0;

inc_len = 30;

if (status_success != i2c_master_seq_receive(TEST_I2C, TEST_I2C_SLAVE_ADDRESS, &rx_buff[index], inc_len, i2c_frist_frame)) {

printf("Master transfer read frist framefailed\n");

while (1) {

}

}

index += inc_len;

if (status_success != i2c_master_seq_receive(TEST_I2C, TEST_I2C_SLAVE_ADDRESS, &rx_buff[index], inc_len, i2c_next_frame)) {

printf("Master transfer read next framefailed\n");

while (1) {

}

}

index += inc_len;

inc_len = (sizeof(tx_buff) - (inc_len * 2));

if (status_success != i2c_master_seq_receive(TEST_I2C, TEST_I2C_SLAVE_ADDRESS, &rx_buff[index], inc_len, i2c_last_frame)) {

printf("Master transfer read last framefailed\n");

while (1) {

}

}

check_transfer_data();

while (1) {

}

return 0;

}

實驗現象

①當把一次完整傳輸拆分三次frame傳輸時候，依舊是沒什么問題的。可見以上的功能使用并沒有什么問題。

② 可以模擬下一個配置錯誤的現象，開啟auto-ack功能，master接收slave數據的數據，由于開啟了自動響應，在第一包frame接收的時候，I2C控制器認為傳輸到最后一個字節，會自動補充NACK，但我們并不希望補充NACK，因為一次完整的傳輸還沒完成，這時候就需要軟件自己添加ACK或者NACK。

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小 結

對于I2C，無論是poll方式，還是中斷方式，還是DMA方式，先楫的I2C控制器對于I2C傳輸的每個階段都是可控的，這為開發者的應用需求也極大提高軟件靈活度。