12_IIC驱动实现 - S3C2416 裸机开发

IIC是Philips推出的芯片间串行传输总线，它以二根连线实现完善的全双工同步数据传送，可以极方便地构成多机系统和外围器件扩展系统。由于其接口简单灵活，很多外围器件均提供了IIC接口，如手机、平板常用的重力传感器、地磁感应、陀螺仪、电容屏接口等均是采用IIC接口的。这些器件采用IIC接口可减少芯片封装的引脚，使之更小型化，同时也可以降低布线难度，这对于手机、平板这些PCB芯片集成度相当高的产品来说是很有必要的。笔者此处就s3c2416的IIC接口应用作一个简单的介绍。

1. IIC总线概述

IIC总线物理上包括两条总线线路，一条串行数据线SDA，一条串行时钟线SCL。为了使各个IIC设备线与相连在总线上，IIC总线接口均采用开集电极或开漏输出。因此，在IIC总线中是必须接上拉电阻的，上拉电阻的大小通常为1k~10k。上拉电阻小了，则IIC总线功耗增加，上拉电阻大了，负载能力弱，并且影响总线的允许传输速率。

IIC总线可构成多主和主从系统，在多主系统结构中，系统通过硬件或软件仲裁获得总线控制使用权。应用系统中IIC总线多采用主从结构，即总线上只有一个主控节点，总线上的其他设备都作为从设备。由于IIC通信使用7比特地址空间和16个保留地址，因此理论上同一总线能够支持的最大通信结点数为112个。但实际应用时，应尽可能地减小总线上的通信结点数，以增强总线的稳定性。因为通信结点的引入，同时也会引入寄生电容，而IIC总线结点数量受到总线最大电容400pF的限制。总线的传输速率为100Kbit/s(标准模式)，400Kbit/s(快速模式)，1Mbit/s(快速附加模式)，3.4Mbit/s(高速模式)。

其它的总线时序等请参考相关的IIC总线标准，笔者在此不再详述。

2. IIC驱动实现

s3c2416具有一路多主IIC串行接口，可作为主机，也可作为从机。对于IIC的操作，s3c2416的spec给出了非常详细的编程步骤，见下图：

12_IIC驱动实现 - 图1

图2-1 主机发送操作

12_IIC驱动实现 - 图2

图2-2 主机接收操作

12_IIC驱动实现 - 图3

图2-3 从机发送操作

12_IIC驱动实现 - 图4

图2-4 从机接收操作

此处主要介绍s3c2416 IIC外设作为主机的编程实现。IIC外设首先应进行初始化，包括引脚配置成IIC功能引脚，设置IIC的时钟等。对于外设通信，推荐用中断的方式进行收发数据，因为外设通信相对于cpu执行速度都是极其慢的，用查询的方法会让cpu进入空等状态，在大量数据要通过外设收发时，将造成cpu效率及其低下。一方面其它任务需要cpu执行，另一方面cpu在空等外设收发数据的完成。因此笔者采用的是中断方式进行IIC通信，需要在初始化函数中注册相应的IIC中断处理函数，并开启中断。异常处理在启动代码中的Exception.c统一处理，把IIC中断处理函数注册进中断向量表中，并编写IIC中断处理即可。在有操作系统应用中，用中断的方式让cpu等待或接收信号量来完成IIC的通信，可以让cpu资源得到充分的利用。

IIC模块中应提供最基本的底层IIC读和IIC写这两个功能函数实现，以供上层调用。IIC_WriteBytes用来向某一从机(SlaveAdd)中相应内部地址(WriteAddr)进行写数据，待写数据在pData中，写入长度为Length。函数原型如下：

intIIC_WriteBytes(unsigned char SlaveAddr,  unsignedchar WriteAddr, unsigned char *pData, int Length)

IIC_ReadBytes用来从某一从机(SlaveAdd)中相应内部地址(ReadAddr)进行读数据，读取的数据存放在pData中，读取长度为Length。函数原型如下：

intIIC_ReadBytes(unsigned char SlaveAddr,  unsignedchar ReadAddr, unsigned char *pData,  intLength)

IIC模块实现IIC.c内容如下：

#include"s3c2416.h"
#include"IIC.h"
#include"Exception.h"
#define IIC_ReadMode        1 // 连续读数据模式
#define IIC_WriteMode      2 // 连续写数据模式
#defineIIC_ReadSlaveMode       3 // 读从机地址模式
#defineIIC_WriteSlaveMode      4 // 写从机地址模式
// IIC状态,记录总线接口出错的信息
static volatile intIIC_Status;
// 跟踪IIC的状态转移,在中断中需确定IIC的状态,确定写或读
static volatile intIIC_Mode;
// 上层应用请求通过IIC接口发送或接收的数据长度计数
static volatile intIIC_DataCount;
// 数据发送或接收的存放位置
static volatile unsigned char *pIIC_Data;
static void Delay_us(unsigned int nCount)
{
//延时1us,共延时nCount(R0) us
    __asm__ __volatile__ (
        "Delay1:\n\t"  
        "LDR  R1, =100\n\t"  // Arm clock为400M    
        "Delay2:\n\t"
        "SUBS R1, R1, #1\n\t"  // 一个Arm clock
        "BNE  Delay2\n\t"      // 跳转会清流水线，3个Arm clock
        "SUBS R0, R0, #1\n\t"   // 调用者确保nCount不为0
        "BNE  Delay1\n\t"
        "BX   LR\n\t"
    );
}
static void IIC_IRQ()
{
    unsigned char Status;  
    Status = rIICSTAT;
    if (Status & (1<<3)) {
        // bus arbitration is failed
        IIC_Status |= ArbitrationFailed;
    }
    if (Status & (1<<2)) {
        // a slave address is matched withIICADD
        IIC_Status |= AddressMatche;
    }
    if (Status & (1<<1)) {
        // a slave address is 0000000b
        IIC_Status |= AddressZeros;
    }
    if (Status & (1<<0)) {
        // ACK isn't received
        IIC_Status |= NoAck;
    }
    switch (IIC_Mode) {
        case IIC_ReadMode:
            IIC_DataCount--;// 读了一字节,读计数减1
            if (IIC_DataCount == 1) {
// 读最后一个数据,主机不应应答,不然从机再发送数据,应直接停止总线
                *pIIC_Data = rIICDS;
                pIIC_Data++;
                rIICCON &= ~(1 <<7); // 读最后一字节禁止主机应答
                rIICCON &= ~(1<< 4); // 恢复操作,读下一个数据
            } else if(IIC_DataCount == 0) {
                *pIIC_Data =rIICDS; // 所有数据接收完
            // 若有操作系统,应用在数据等待发送完时通过信号量
            // 或标志等待而挂起OSSemPend(ucos),这样不会让cpu查询
            // 等待,极大提高效率。发送信号量或标志,唤醒等待的
            // 应用OSSemPost(ucos)
            } else { // 数据未接收完
                *pIIC_Data = rIICDS;
                pIIC_Data++;               
                rIICCON &= ~(1<< 4);// 恢复操作,连续读下一个数据
            }
            break;
        case IIC_WriteMode:
            IIC_DataCount--;// 写了一字节,写计数减1
            if (IIC_DataCount != 0){
                pIIC_Data++; // 数据未写完,写下一数据
                rIICDS =*pIIC_Data;
                rIICCON &= ~(1<< 4); // 恢复操作,连续下一个数据
            } else {
            // 所有数据写完,若有操作系统,应用在数据等待发送完时
            // 通过信号量或标志等待而挂起OSSemPend(ucos),这样不会
            // 让cpu查询等待,极大提高效率。发送信号量或标志,
            // 唤醒等待的应用OSSemPost(ucos)
            }
            break;
        case IIC_ReadSlaveMode:
    // 读从机地址已发送完,转换成连续读模式进行连接读数据
            IIC_Mode = IIC_ReadMode;
            if (IIC_DataCount == 1) {
                rIICCON &= ~(1 <<7); // 只读一字节禁止主机应答
            } else {
                rIICCON |= (1<< 7); // 读多字节应启用主机应答
            }      
            rIICCON &= ~(1<< 4);
            break;
        case IIC_WriteSlaveMode:
    // 写从机地址已发送完,转成写模式准备写从机1字节内部地址
            IIC_Mode = IIC_WriteMode;
            rIICDS = *pIIC_Data;
            rIICCON &= ~(1 << 4);      
            break;
        default:
            break; 
    }
    rSRCPND1 |= (1 << INT_IIC0); //Clearpending bit
    rINTPND1 |= (1 << INT_IIC0);
}
static void IIC_Start()
{
    rIICCON &= ~(1 << 4);// 清除中断标志位
    rIICSTAT |= (1<<5); // IIC总线开始传输
}
static void IIC_Stop()
{
    rIICSTAT &= ~(1<<5);// 不要禁止总线输出
    rIICCON &= ~(1 << 4);// 清除中断标志位
    // 清除中断标志位后才发给停止信号
    Delay_us(10); // 延时使IIC总线停止
}
int IIC_WriteBytes(unsigned char SlaveAddr, unsigned char WriteAddr,
                   unsigned char *pData, int Length)
{
    rIICSTAT |= (0x3<<6); // 主机传送模式
    IIC_Mode = IIC_WriteSlaveMode;  // 写从机地址模式
    rIICDS = SlaveAddr << 1;// 发送从机地址
    IIC_DataCount = 1; // 写一个字节从机内部地址
    pIIC_Data = &WriteAddr;// 内部地址值传递到中断服务函数中待发送
    IIC_Start();
    while(IIC_DataCount != 0) {
        // 等待IIC数据发送完
    }
    if (Length == 0) {
        IIC_Stop(); // 读取数据长度为0,返回
        return 0;
    }  
    IIC_Mode = IIC_WriteMode; // 写入了从机内部地址后,从该地址进行连续写
    IIC_DataCount = Length; // 连续写长度传递到中断写请求长度变量中
    pIIC_Data = pData; // 写数据的位置传递到中断请求中数据发送位置处
    rIICDS = *pData; // 写入第一字节开始连续写操作
    rIICCON &= ~(1 << 4);// 清除中断标志,恢复操作
    while (IIC_DataCount != 0) {
    // 等待IIC数据发送完
    // 可改成操作系统信号量等待函数,提高cpu效率,如OSSemPend(ucos)  
    }
    IIC_Stop(); // 所有数据发送完,总线挂起
    return 0;
}
int IIC_ReadBytes(unsigned char SlaveAddr, unsigned char ReadAddr,
                 unsigned char *pData, int Length)
{
    if ((Length==0) || (pData==(unsigned char*)0)) {
        return 0;
    }
    IIC_WriteBytes(SlaveAddr, ReadAddr, (void*)0, 0); // 写入从机内部地址
    rIICSTAT &= ~(0x3<<6);
    rIICSTAT |= (0x2<<6); // 转换成接收模式
    IIC_Mode = IIC_ReadSlaveMode; // 转换成从机读模式
    IIC_DataCount = Length; // 数据的读取长度传递到中断读请求中
    pIIC_Data = pData;  // 数据的保存位置传递到中断读请求中
    rIICDS = (SlaveAddr<<1) + 1; // 写入从机读
    IIC_Start();
    while(IIC_DataCount != 0) {
    // 等待IIC数据接收完
    // 可改成操作系统信号量等待函数,提高cpu效率,如OSSemPend(ucos)
    }  
    IIC_Stop(); // 所有数据读取完,总线挂起
    return 0;  
}
void IIC_Init()
{
    rPCLKCON |= (1 << 4); // 使能IIC时钟
    rGPEUDP &= ~((0x3<<28) |0xC0000000); // GPE14,15禁止上下拉
    rGPECON &= ~((0x3<<28) |0xC0000000);
    rGPECON |= (0x2<<28) | 0x80000000;// GPE14,15配置成IIC接口
    // ACK,中断使能,PCLK(66M) 512分频再1分频产生IIC传输时钟130k
    rIICCON = (1<<7) |(1<<6) | (1<<5) | (0x0<<0);
    // 主机发送模式,使能数据输出
    rIICSTAT = (0x3<<6) |(1<<4);  
    rIICADD = 0x20; // 作为设备时的地址
    rIICLC = (1 << 2); // IIC总线过滤使能
    IRQ_Register(INT_IIC0, IIC_IRQ);//IIC中断入口函数加入到向量表
    rINTMOD1 &= ~(1 <<INT_IIC0); // IIC IRQ
    rINTMSK1 &= ~(1 <<INT_IIC0); // IIC开启中断
}

IIC模块的头文件IIC.h引出接口函数：

#ifndef __IIC_H__
#define __IIC_H__
#ifdef __cplusplus
extern "C"{
#endif
#define ArbitrationFailed   (1<<3) // 总线仲裁失败
#define AddressMatche       (1<<2) // 从机地址相配
#define AddressZeros        (1<<1) // 接收的地址为0
#define NoAck           (1<<0) // 没有回复信号
extern int IIC_WriteBytes(unsigned char SlaveAddr, unsigned char WriteAddr,
                   unsigned char *pData, int Length);
extern int IIC_ReadBytes(unsigned char SlaveAddr, unsigned char ReadAddr,
                 unsigned char *pData, int Length);
extern void IIC_Init(void);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /*__IIC_H__*/

3. 附录

IIC.rar，包含IIC接口模块实现IIC.c/IIC.h。

源码下载： http://pan.baidu.com/s/1i3BR1Jn