一、IIC的概念
I²C（Inter-Integrated Circuit），中文名为“集成电路总线”，是一种由 Philips 公司（现 NXP）在 1980 年代推出的串行通信总线协议。它广泛应用于嵌入式系统中，用于连接低速外设，比如 EEPROM、实时时钟（RTC）、传感器、OLED 显示屏等。
二、I²C 总线结构
I²C 是一种同步、半双工的串行通信方式，其核心由以下两个信号组成：
| 信号 | 功能说明 |
|---|---|
| SCL（Serial Clock Line） | 时钟信号，由主机产生，控制数据传输节奏 |
| SDA（Serial Data Line） | 数据信号，双向传输，用于发送和接收数据 |
三、I²C 的电气特性与总线驱动方式
3.1 推挽输出（Open-Drain）
包含两个互补的 MOSFET（或三极管）：
- 上管（P-MOS）：连接 VCC → 引脚
- 下管（N-MOS）：连接 引脚 → GND
当输出高电平时，上管导通，下管关闭，引脚被“推”到高电平；
当输出低电平时，下管导通，上管关闭，引脚被“拉”到低电平。
3.2 开漏输出（Open-Drain）
开漏输出只包含一个下拉的 N-MOS 管，没有上拉部分：
- 当 MOS 管导通 → 引脚接地（输出低电平）
- 当 MOS 管关闭 → 引脚处于高阻态（悬空），无法主动输出高电平
3.3 线与特性
当一个芯片输出高电平，真实的引脚电平。由外界芯片，上下拉电路决定
四、I²C 通信协议基础
4.1起始与停止条件
- 起始条件（Start Condition）：SCL 高电平时，SDA 由高变低。
- 停止条件（Stop Condition）：SCL 高电平时，SDA 由低变高。
4.2数据传输格式
I²C 每次传输 8 位数据，以字节为单位。每个字节后紧跟一个应答位（ACK/NACK）。
- 主机发送数据 → 从机应答（ACK）
- 从机发送数据 → 主机应答（ACK）
4.3地址帧
每次通信开始时，主机先发送一个地址帧，包含：
- 7 位从机地址（或 10 位）
- 1 位读写标志（0=写，1=读）
五、i.MX6ULL 中的 I²C 控制器
| 寄存器 | 功能 |
|---|---|
I2CR（I2C Control Register） | 控制 I²C 工作模式、使能、速度等 |
I2SR（I2C Status Register） | 当前状态（如是否忙、是否收到 ACK） |
I2DR（I2C Data Register） | 数据收发缓冲区 |
I2ADR（I2C Address Register） | 设置从机地址（可选） |
六、I²C 读写工作流程
6.1 I²C 初始化 (i2c_init)
引脚复用配置：将 UART4 的 RX/TX 引脚复用为 I²C1 的 SDA 和 SCL。
引脚电气配置：设置引脚为开漏输出模式，并配置上拉电阻、驱动强度等。0x10B0这个值通常包含了开漏使能（ODE）和上拉使能（PUS）等位。
void i2c_init(I2C_Type *base) { IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART4_RX_DATA_I2C1_SDA,1); IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART4_TX_DATA_I2C1_SCL,1); IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART4_RX_DATA_I2C1_SDA, 0x10B0); IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART4_TX_DATA_I2C1_SCL, 0x10B0); base->I2CR &= ~I2CR_IEN; base->IFDR=0x15; base->I2CR |= I2CR_IEN; }6.2 I²C 写操作 (i2c_write)
流程步骤：
1.初始化：配置引脚为开漏模式，设置上拉电阻，使能I²C控制器
2. 发送起始信号：主机发起START
3. 发送设备地址：发送7位从机地址+写标志(0)
4. 发送寄存器地址：发送要写入的寄存器地址
5. 发送数据：依次发送要写入的数据字节
6. 发送停止信号：主机发送STOP结束通信
void i2c_write(I2C_Type *base, unsigned char dev_addr, unsigned short reg_addr, int reg_len, unsigned char *data, unsigned int len ) { int stat = 0; //0. 清除IAL、IIF, base->I2SR &= ~(I2SR_IAL | I2SR_IIF); //1. 设置为发送模式 base->I2CR |= I2CR_MTX; //2.start信号 base->I2CR |= I2CR_MSTA; //3.发送从机地址及数据流向位 base->I2DR = ((dev_addr << 1) | 0); stat = wait_i2c_iif(base); if (stat != 0) goto stop; //4.发送从机寄存器地址 int i=reg_len-1; for (; i >=0; i--) { base->I2DR = (reg_addr >> (i * 8))& 0xFF; stat = wait_i2c_iif(base); if (stat != 0) goto stop; } for (i=0; i < len; i++) { base->I2DR = data[i]; stat = wait_i2c_iif(base); if (stat != 0) goto stop; } stop: //发送stop信号 base->I2CR &= ~I2CR_MSTA; while ((base->I2SR & I2SR_IBB) != 0) { //设计超时机制 } }6.3 I²C 读操作 (i2c_read)
- 初始化：同写操作
- 发送起始信号：主机发起START
- 发送设备地址(写)：发送7位从机地址+写标志(0)
- 发送寄存器地址：发送要读取的寄存器地址
- 发送重复起始信号：主机发起RESTART
- 发送设备地址(读)：发送7位从机地址+读标志(1)
- 接收数据：主机接收从机返回的数据
- 发送停止信号：主机发送STOP结束通信
void i2c_read(I2C_Type *base, unsigned char dev_addr, unsigned short reg_addr, int reg_len, unsigned char *data, unsigned int len) { int stat=0; base->I2SR &= ~(I2SR_IAL | I2SR_IIF); base->I2CR |= I2CR_MTX; //2.start信号 base->I2CR |= I2CR_MSTA; //3.发送从机地址及数据流向位 base->I2DR = ((dev_addr << 1) | 0); stat = wait_i2c_iif(base); if (stat != 0) goto stop; //4.发送从机寄存器地址 int i = reg_len - 1; for (; i >= 0; i--) { base->I2DR = (reg_addr >> (i * 8)) & 0xFF; stat = wait_i2c_iif(base); if (stat != 0) goto stop; } //5.重发start base->I2CR |= I2CR_RSTA; //6.发送从机地址及数据流向位 base->I2DR = ((dev_addr << 1)|1); stat = wait_i2c_iif(base); if (stat != 0) goto stop; //7.设置为接受模式 base->I2CR &= ~I2CR_MTX; //8.设置应答模式 if (len >1) { base->I2CR &= ~I2CR_TXAK; }else { base->I2CR |= I2CR_TXAK; } //9.触发一次伪读read_buff data[0]=base->I2DR; for (i=0; i < len; i++) { stat = wait_i2c_iif(base); if (i== len-2) { base->I2CR |= I2CR_TXAK; } if (i==len-1) { base->I2CR |= I2CR_MTX; } data[i]=base->I2DR; if (stat != 0) goto stop; } stop: //发出stop信号 base->I2CR &= ~I2CR_MSTA; while ((base->I2SR & I2SR_IBB) != 0) { //设计超时机制 } }
