2.0 Введение в спецификацию шины i2c

Для приложений 8-битного управления, использующих микроконтроллеры, могут быть установлены определенные конструкторские критерии:

• Полная система обычно состоит из по крайней мере одного микроконтроллера и других периферийных устройств, таких как память и порты ввода/вывода.

• Стоимость соединения различных устройств в системе должна быть минимизирована.

• Система, осуществляющая функции управления, не требует высокоскоростной передачи данных.

• Общая эффективность зависит от выбранных устройств и природы соединяющей шины.

Для того, чтобы разработать систему, удовлетворяющую этим критериям, необходима последовательная шина. Хотя последовательные шины не имеют пропускной способности параллельных шин, они требуют меньше соединений и меньше контактов микросхем. Однако, шина состоит не только из соединяющих проводов, она также включает в себя все форматы и процедуры для связи внутри системы.

Устройства, связывающиеся по шине, должны обладать неким протоколом, который упреждает все возможности столкновений, потери данных и блокирования информации. Быстрые устройства должны быть в состоянии связаться с медленными устройствами. Система не должна быть зависима от устройств, подключенных к ней, иначе модификации и улучшения станут невозможными. Также должна быть разработана процедура, устанавливающая, какое устройство управляет шиной и когда. Кроме того, если различные устройства с разными тактовыми частотами подключены к шине, должен быть определен источник синхронизации шины. Всем этим критериям удовлетворяет шина I²C.

3.0 Концепция шины i2c

Шина I2C поддерживает любую технологию изготовления микросхем (НМОП, КМОП, биполярную). Две линии, данных (SDA) и синхронизации (SCL) служат для переноса информации. Каждое устройство распознается по уникальному адресу - будь то микроконтроллер, ЖКИ буфер, память или интерфейс клавиатуры - и может работать как передатчик или приёмник, в зависимости от назначения устройства. Обычно ЖКИ буфер - только приёмник, а память может как принимать, так и передавать данные. Кроме того, устройства могут быть классифицированы как ведущие и ведомые при передаче данных (см. Табл 1). Ведущий - это устройство, которое инициирует передачу данных и вырабатывает сигналы синхронизации. При этом любое адресуемое устройство считается ведомым по отношению к ведущему.

Термин (англ)	Термин (рус)	Описание
Transmitter	Передатчик	Устройство, посылающее данные в шину
Receiver	Приемник	Устройство, принимающее с шины
Master	Ведущий	Начинает пересылку данных, вырабатывает синхроимпульсы, заканчивает пересылку данных
Slave	Ведомый	Устройство, адресуемое ведущим
Multi-master	-	Несколько ведущих могут пытаться захватить шину одновременно, без нарушения передаваемой информации
Arbitration	Арбитраж	Процедура, обеспечивающая Multi-master
Synchronization	Синхр.	Процедура синхронизации двух устройств

Рисунок 3. Пример конфигурации шины I²C с двумя микроконтроллерами

1. Микроконтроллер А

2. Массив

3. ЖКИ драйвер

4. АЦП

5. Статическая ОЗУ или ППЗУ

6. Микроконтроллер B

Шина I²C допускает несколько ведущих. Это означает, что более чем одно устройство, способное управлять шиной, может быть подключено к ней. Поскольку в качестве ведущих обычно выступают микроконтроллеры, давайте рассмотрим пример пересылки данных между двумя микроконтроллерами, подключенными к шине (рис 3). Пример покажет взаимоотношения передатчик-приемник и ведущий-ведомый, существующие в шине I²C. Необходимо заметить, что эти отношения не постоянны, а зависят только от направления пересылки данных в данный момент времени. Пересылка данных будет происходить следующим образом:

1. Пусть микроконтроллер А желает послать информацию в микроконтроллер В:

   • микроконтроллер А (ведущий) адресует микроконтроллер В (ведомый)

   • микроконтроллер А (ведущий-передатчик) посылает данные микроконтроллеру В (ведомый-приёмник)

   • микроконтроллер А заканчивает пересылку

2. Пусть микроконтроллер А желает принять информацию от микроконтроллера В:

   • микроконтроллер А (ведущий) адресует микроконтроллер В (ведомый)

   • микроконтроллер А (ведущий-приемник) принимает данные от микроконтроллера В (ведомый-передатчик)

   • микроконтроллер А заканчивает пересылку

В обоих случаях ведущий (микроконтроллер А) генерирует синхроимпульсы и заканчивает пересылку.

Возможность подключения более одного микроконтроллера к шине означает, что более чем один ведущий может попытаться начать пересылку в один и тот же момент времени. Для устранения хаоса, который может возникнуть в данном случае, разработана процедура арбитража. Эта процедура основана на том, что все I²C-устройства подключаются к шине по правилу монтажного И. Подробнее об арбитраже см. Раздел 7.0.

Генерация синхросигнала - это всегда обязанность ведущего; каждый ведущий генерирует свой собственный сигнал синхронизации при пересылке данных по шине. Сигнал синхронизации может быть изменен только если он “вытягивается” медленным ведомым устройством (путем удержания линии в низком состоянии), или другим ведущим, если происходит столкновение.