本章目标：
了解I2C总线协议；
掌握S3C2410/S3C2440中I2C接口的使用方法；
12.1 I2C总线协议及硬件介绍
12.1.1 I2C总线协议
1 I2C总线的概念
2 I2C总线的信号类型
3 I2C总线的数据传输格式
12.1.2 S3C2410/S3C2440 I2C总线控制器
1. S3C2410/S3C2440 I2C总线控制器寄存器介绍
S3C2410/S3C2440的I2C接口有4种工作模式：主机发送、主机接收、从机发送、
从机接收。其内部结构如图12.6所示。
从图12.6可知，S3C2410/S3C2440提供4个寄存器来完成所有的I2C操作。SDA线上的数据
从IICDS寄存器发出，或传入IICDS寄存器中；IICADD寄存器中保存S3C2410/S3C2440当做从
机时的地址；IICCON、IICSTAT 两个寄存器用来控制或标识各种状态，比如选择工作模式，发出
S信号、P信号，决定是否发出ACK信号，检测是否收到ACK信号。各寄存器的用法如下：
（1）IICCON寄存器(Multi-master IIC-bus control)
IICCON寄存器用于控制是否发出ACK信号、设置发送器的时钟、开启IIC中断，并标识中断是
否发生。它的各位含义如下表12.2所示。
使用IICCON寄存器时，有如下注意事项：
① 发送模式的时钟频率由位[6]、位[3:0]联合决定。另外，当IICCON[6] = 0时，IICCON[3:0]
不能去0或1。
② IIC中断在以下3种情况下发生：
当发出地址信息或接收到一个从机地址并且吻合时；
当总线仲裁失败时；
当发送/接收完一个字节的数据(包括响应位)时。
③ 基于SDA 、SCL线上时间特性的考虑，要发送数据时，先将数据写入IICDS寄存器，
然后清除中断。
④ 如果IICCON[5] = 0，IICCON[4]将不能正常工作。所以即使不使用IIC中断，也要将
IICCON[5]设为1。
（2）IICSTAT寄存器(Multi-master IIC-bus control/status)。
IICSTAT寄存器用于选择IIC接口的工作模式，发出S信号、P信号，使能接收/发送功能，
并标识各种状态，比如总线仲裁是否成功、作为从机时是否被寻址、是否接收到0地址、是
否接收到ACK信号等。
IICSTAT寄存器的各位如表12.3所示：
（3）IICADD寄存器(Multi-master IIC-bus address)
用到位[7:1]，表示从机地址。在IICSTAT[4]为1时，才可以写入；随时都可以读出。
（4）IICDS寄存器(Multi-master IIC-bus Tx/Rx data shift)
用到位[7:0]，其中保存的是要发送或已经接收到的数据。在IICSTAT[4]为1时才可写入，
随时可以读出。
2.S3C2410/S3C2440 I2C总线操作方法
启动或复位S3C2410/S3C2440 的IIC传输有以下两种方法。
（1）当IICCON[4]即中断状态位为0时，通过写IICSTAT寄存器启动IIC操作。有以下两种
情况。
① 在主机模式：
令IICSTAT[5:4]等于0b11，将发出S信号和IICDS寄存器的数据(寻址)，
令IICSTAT[5:4]等于0b01，将发出P信号。
② 在从机模式，令IICSTAT[4]等于1，将等待其他主机发出S信号及地址信息。
（2）当IICCON[4]即中断状态位为1时，表示I2C操作被暂停。在这期间设置好其他寄存器
之后，向IICCON[4]写入0即可恢复I2C操作。
所谓“设置其他寄存器”，有以下3种情况。
① 对于主机模式，可以按照上面（1）的方法写IICSTAT寄存器，恢复I2C操作后即可发出
S信号和IICDS寄存器的值(寻址)，或发出P信号。
② 对于发送器，可以将下一个要发送的数据写入IICDS寄存器中，恢复I2C操作后即可发
出这个数据。
③ 对于接收器，可以从IICDS寄存器中读出接收到的数据。最后向IICCON[4]写入0的同时，
设置IICCON[7]以决定在接收到下一个数据后是否发出ACK信号。
通过中断服务程序驱动I2C传输。
（1）当仲裁失败时，发生中断——本次传输没有抢到总线，可以稍后继续。
（2）对于主机模式，当发出S信号、地址信息并经过一个SCL周期(对应ACK信号)后，发生
中断——主机可在此时判断是否成功寻址到从机。
（3）对于从机模式，当接收到的地址与IICADD寄存器吻合时，先发出ACK信号，然后发生
中断——从机可在此时准备后续的传输。
（4）对于发送器，当发送完一个数据并经过一个SCL周期(对应ACK信号)后，发生中断。这
时可以准备下一个要发送的数据，或发出P信号以停止传输。
（5）对于接收器，当接收到一个数据时，先根据IICCON[7]决定是否发出ACK信号后，然后
发生中断。这是可以读取IICDS寄存器得到数据，并设置IICCON[7]已决定接收到下一个数据
后是否发出ACK。
对于4种工作模式，S3C2410/S3C2440数据手册中都有它们的操作流程图。现在以主机发
送器为例说明，它的工作流程如图12.7所示，其他的工作模式请参考数据手册。
下面结合I2C寄存器的用法，详细讲解图12.7中各步骤的含义。
（1）配置主机发送器的各类参数
设置GPE15、GPE14引脚用于SDA、SCL，设置IICCON寄存器选择I2C发送时钟，最后，
设置IICSTAT[4]为1，这样，后面才能写IICDS寄存器。
注意：初始时IICCON[4]为0，不能将IICSTAT设为主机模式，否则就会立刻发出S信号、
发送IICDS寄存器里的值。
（2）将要寻址的从机地址写入IICDS寄存器。
（3）将0xF0写入IICSTAT寄存器，即设为主机发送器、使能串行输出功能、发出S信号。
（4）发出S信号后，步骤(2)中设置的IICDS寄存器值也将被发出，它用来寻址从机。
（5）在响应周期之后，发生中断，此时IICCON[4]为1，I2C传输暂停。
（6）如果没有数据要发送，则跳到步骤（10）；否则跳到步骤（7）。
（7）将下一个要发送的数据写入IICDS寄存器中。
（8）向IICCON[4]中写入0，恢复I2C传输。
（9）这时，IICDS寄存器中的值将被一位一位地发送出去。当8位数据发送完毕，再经过
另一个SCL周期(对应ACK信号)后，中断再次发生，跳到步骤（5）。
步骤（5）~（9）不断循环知道发出所有数据。当要停止传输时，跳到步骤（10）。
（10）将0xF0写入IICSTAT寄存器，即设为主机发送器、使能串行输出功能、发出P信号。
注意：这时的P信号并没有实际发出，只有清除了IICCON[4]后才会发出P信号。
（11）清除IICCON[4]，P信号得以发出。
（12）等待一段时间，使得P信号完全发出。
12.2 I2C总线操作实例
12.2.1 I2C接口RTC芯片M41t11的操作方法
本书所用开发板中，通过I2C总线连接RTC(实时时钟)芯片M4lt11，它使用电池供电，系
统断电时也可以维持日期和时间。S3C2410/S3C2440作为I2C主机向M4lt11发送数据以设
置日期和时间、读取M4lt11以获取日期和时间。连接图如图12.8所示。
M4lt11中有8个寄存器，分别对应秒、分、时、天(星期几)、日、月、年、控制寄存器，
其中的数据都是以BCD格式保存(BCD格式例子：0x15表示数值15)，如表12.4所示。
除上表的8个寄存器(地址为0~7)之外，M4lt11内部还有56字节的RAM(地址为8~63)。
访问M4lt11前，先设置寄存器地址，以后每次读写操作完成后，M4lt11内部会自动将寄
存器地址加1.
所以读写M4lt11分以下两个步骤：
（1）主机向M4lt11发出要操作的寄存器起始地址(0~7)。
（2）要设置M4lt11时，主机连续发出数据；读取M4lt11时，主机连续读取数据。
M4lt11的I2C从机地址为0xD0。
12.2.2 程序设计
本实例将在串口上输出一个菜单，可以选择设置时间和日期，或者将它们读出来。将
通过本实例验证I2C主机的发送、接收操作。
12.2.3 设置/读取M4lt11的源码详解
本实例的源码在/work/hardware/i2c目录下。
文件i2c.c封装了S3C2410/S3C2440作为主机发送器、主机接收器的4个操作函数：
i2c_init用于初始化，i2c_write用于发起发送数据，i2c_read用于发起读取数据，
I2CIntHandle是I2C中断服务程序，用于完成后续的数据传输。
1.S3C2410/S3C2440 I2C控制器初始化
i2c_init函数对应于图12.7中的步骤（1），初始化I2C，代码如下：
1 行号 2 24行/* 3 25行 *I2C初始化 4 26行 */ 5 27行 void i2c_init(void) 6 28行 { 7 29行 GPEUP |= 0xc000; //禁止内部上拉 8 30行 GPECON |= 0xa0000000; //选择引脚功能，GPE15:IICSDA，GPE14:IICSCL 9 31行 10 32行 INTMSK &= ~(BIT_IIC); 11 33行 12 34行 /*bit[7] = 1，使能ACK 13 35行 *bit[6] = 0,IICCLK = PCLK/16 14 36行 *bit[5] = 1，使能中断 15 37行 *bit[3:0] = 0xf，Tx clock = IICCLK/16 16 38行 *PCLK = 50MHz、IICCLK = 3.125MHz，Tx Clock = 0.195MHz 17 39行 */ 18 40行 IICCON = (1 << 7) | (0 << 6) | (1 << 5) | (0xf); //0xaf 19 41行 20 42行 IICADD = 0x10; //S3C24xx slave address = [7:1] 21 43行 IICSTAT = 0x10; //I2C串行输出使能(Rx/Tx) 22 44行 } 23 45行