第001節_I2C協議與EEPROM
I2C協議
I2C在硬件上的接法如下(圖19-1)所示，主控芯片引出兩條線SCL,SDA線，在一條I2C總線上可以接很多I2C設備，我們還會放一個上拉電阻（放一個上拉電阻的原因以后我們再說)。
我們怎么傳輸數據，我們需要發數據從主設備發送到從設備上去，也需要把數據從從設備傳送到主設備上去，數據涉及到雙向傳輸。
舉個例子：
體育老師：可以把球發給學生，也可以把球從學生中接過來。
1.發球：a.老師說：注意了(start)
b.老師對A學生說我要球發給你(地址)。
:: c.老師就把球發出去了（傳輸）。
:: d.A收到球之后，應該告訴老師一聲（回應）。
:: e.老師說下課（停止）
2.接球：
:: a.老師說注意了(start)，
:: b.老師說：B把球發給我(地址)
:: c.B就把球發給老師（傳輸）
:: d.老師收到球之后，給B說一聲，表示收到球了（回應）。
:: e.老師說下課（停止）
我們就使用這個簡單的例子，來解釋一下IIC的傳輸協議。
* 老師說注意了，表示開始信號(start)
* 老師告訴某個學生，表示發送地址(address)
* 老師發球/接球，表示數據的傳輸
* 老師/學生收到球，回應表示：回應信號(ACK)
* 老師說下課，表示IIC傳輸接受(P)
IIC傳輸數據的格式
1.寫操作：
剛開始主芯片要發出一個start信號，然后發出一個設備地址(用來確定是往哪一個芯片寫數據)，方向(讀/寫，0表示寫，1表示讀)。
回應(用來確定這個設備是否存在)，然后就可以傳輸數據，傳輸數據之后，要有一個回應信號（確定數據是否接受完成)，然后再傳輸下一個數據。
每傳輸一個數據，接受方都會有一個回應信號，數據發送完之后，主芯片就會發送一個停止信號。
:: 白色背景：主→從
:: 灰色背景：從→主
2.讀操作：
剛開始主芯片要發出一個start信號，然后發出一個設備地址(用來確定是從哪一個芯片讀取數據)，方向(讀/寫，0表示寫，1表示讀)。
回應(用來確定這個設備是否存在)，然后就可以傳輸數據，傳輸數據之后，要有一個回應信號（確定數據是否接受完成)，然后在傳輸下一個數據。
每傳輸一個數據，接受方都會有一個回應信號，數據發送完之后，主芯片就會發送一個停止信號。
:: 白色背景：主→從
:: 灰色背景：從→主
傳輸是以8位為單元數據傳輸的，先傳輸最高位(MSB)，主芯片發出start信號之后，然后發出9個時鐘傳輸數據。
（1）開始信號（S）：SCL為高電平時，SDA山高電平向低電平跳變，開始傳送數據。
（2）結束信號（P）：SCL為電平時，sDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數據。
（3）響應信號(ACK)：接收器在接收到8位數據后，在第9個時鐘周期，拉低SDA
SDA上傳輸的數據必須在SCL為高電平期間保持穩定，SDA上的數據只能在SCL為低電平期間變化。如圖
1.問題：如何在SDA上實現雙向傳輸？
答：主芯片通過一根SDA線既可以把數據發給從設備，也可以從SDA上讀取數據，連接SDA線的引腳里面必然有兩個引腳（發送引腳/接受引腳）。
2.問題：主設備(從設備)發送數據時，從設備(主設備)的發送引腳，不影響數據的發送，怎么做到呢？
答：里面放一個三極管，使用開極(極電集開發出去作為輸出)電路，如下圖
下面畫一個真值表:
從真值表和電路圖我們可以知道，當某一個芯片不行影響SDA線時，那就不驅動這個三極管。
想輸出高電平時；都不驅動(高電平就由上拉電阻決定)。
想輸出低電平，就驅動三極管。
從下面的例子可以看看數據是怎么傳的（實現雙向傳輸），比如：主設備發送（8bit）給從設備
1.前8個clk
* 從設備不要影響，從設備不驅動三極管；
* 主設備決定數據；
2.第9個clk，由從設備決定數據
* 主設備不驅動三極管；
* 從設備決定數據；
從上面的例子，就可以知道，怎樣在一條線上實現，雙向傳輸的辦法。這就是為什么在SDA,SCL上放上拉電阻的原因。
在第9個時鐘之后，如果有某一方處于繁忙狀態，它可以一直把SCL拉低當SCL為低電平時候，大家都不應該使用IIC總線，只有當SCL從低電平變為高電平的時候，IIC總線才能被使用。
從前圖我們也可以知道ACK信號應該是低電平。主設備不驅動三極管，如果從設備不驅動三極端的化SDA應該是高電平，當從設備接收數據之后，發出回應信號的時候，就會驅動三極管，讓SDA變為低電平。所以說：ACK信號是低電平。
對于IIC協議它只能規定怎么傳輸數據，數據什么含義它完全不能夠控制，數據的含義有從設備決定。
第002節_S3C2440的I2C控制器
在嵌入式系統里面的主控芯片一般都會有I2C控制器，要是沒有可以根據I2C協議用GPIO管腳模擬，但是非常麻煩，我們要發送數據時，可以把數據放到某個寄存器，它就會自動的發出時鐘，并且把數據發送給從設備，同時會等待從設備會返回回應信號。
當我們想發送一個數據的時候，要設置某個寄存器啟動傳輸，它也一樣會產生時鐘，然后從設備就會把數據通過SDA傳到I2C控制器里面，組裝進某個寄存器里面，最終寄存器會把接收到的8位數據返回給我們的程序，從這里可以看到I2C控制器簡化了I2C的操作。簡短電路連接圖，如圖:
根據上圖，我們首先設置IICCON(來設置時鐘)，時鐘源是PCLK(是50MHZ)太快了我們需要設置這個分頻系數，把時鐘降低，降低到我們想要的SCL,然后我們要發出start信號，我們需要設置寄存器發出start信號，之后我們需要發出數據啊，我們的程序可以把數據寫入到IICDS寄存器，一寫入就會自動的發出時鐘，并且把這8位數據從SDA發送給從設備，數據發送之后，在第九個時鐘會收到回應信號，可以查詢IICSTAT是否有ACK(有ACK表示數據發送成功了)，可以繼續發送數據，等發完數據之后，再來設置IICSTAT讓它發出P信號。
在第九個CLK，就會產生一個中斷,在中斷處理過程中SCL被拉為低電平，誰都不能再使用IIC總線，等待中斷處理完成.
怎樣處理中斷？
寫操作：
若無ACK,出錯，然后發出P信號結束，
:: 若有ACK信號表示上一個字節成功發送出去
:: 若仍有數據，寫入IICDS寄存器，然后清中斷，一清中斷就會釋放SCL信號，繼續發出時鐘，把數據再次發送出去。
:: 若沒有數據了，發出P信號結束。
讀操作：
讀到8位數時，應該回應一個ACK信號。
:: 還想讀數據，清中斷，啟動傳輸。等它再次發生中斷時，再來讀取IICDS寄存器,得到數據。不想讀取數據，發出P信號結束。
重點： 發生中斷時，我們的IIC控制器會把SCL拉低，阻止任何設備再使用IIC總線，清中斷之后才能繼續使用，這種機制就給我們中斷服務程序的執行提供了時間。
讀-寫操作
在發送模式：
:: 1.往寄存器IICDS寄存器放入一個val值。
:: 2.發完，產生中斷，并且會把 SCL拉低。
:: 3.在中斷程序里，判斷狀態，然后往IICDS里面寫入下一個數據，一旦寫入下一個數據IIC繼續操作，若再次發完，就會再次產生中斷。
在接受模式：
:: 1.我的程序發起傳輸，接受數據。
:: 2.接收到數據之后，產生中斷，SCL被拉低。
:: 3.中斷程序里，判斷數據是否要繼續接受等，如果還有繼續接受的話，再次設置，設置好之后讀IICDS寄存器，一但讀出來IIC。
:: 繼續接受下一個數據，收到新數據之后，又會產生一個中斷（就是這樣循環操作）。
（l)IICCON寄存器（Multi-masterIIC-buscontrol)
IICCON寄存器用于控制是否發出ACK信號、設置發送器的時鐘、開啟，i2c中斷，并標識中斷是否發生。它的各位含義如表:
使用IICCON寄存器時，有如下注意事項。
1.發送模式的時鐘頻率由位[6]、位[3:0]聯合決定,另外，llCCON[6]=0,IICCON[3:0]
不能取0或10
2.12c中斷在以下3種情況下發生：當發出地址信息或接收到一個從機地址并且吻合時,當總線仲裁失敗時，當發送/接收完一個字節的數據（包括響應位）時。
3.基于SDA、SCL線上時間特性的考慮，要發送數據時，先將數據寫入IICDS寄存器，然后再清除中斷。
4.如果IICCON[5]=0，IICCON14]將不能正常工作。所以，即使不使用12c中斷，也要將IICCON[5]設為1。
(2)IICSTAT寄存器(Multi-masterIIC-buscontrol/status)
IICSTAT寄存器用于選擇12c接口的工作模式，發出S信號、P信號，使能接收／發送功能，并標識各種狀態，比如總線仲裁是否成功、作為從機時是否被尋址、是否接收到0地址、是否接收到ACK信號等。IICSTAT寄存器的各位如表:
（3）IICADD寄存器(Multi-masterIlC-busaddress)
用到IICADD寄存器的位[7:11]，表示從機地址。IICADD寄存器在串行輸出使能位
IICSTAT[4]為0時，才可以寫入：在任何時間都可以讀出。IICADD寄存器的各位如表:
（4）IICDS寄存器(Multi-masterIIC-busTx/Rxdatashift)
用到IICDS寄存器的位丨7：0]，其中保存的是要發送或己經接收的數據。IICDS寄存器在串行輸出使能位IICSTAT()1為1時，叼可以寫入；在任何時間都可以讀出。IICDS寄存器的各位如表:
讀寫操作流程圖
主機發送器模式操作:
主機接收器模式操作:
第003節_程序框架
寫程序之前 考慮好程序的框架，我們想寫出一個結構比較好，比較容易擴展的程序
我們先要考慮清楚框架的設計。
IIC控制器的功能
IIC會做什么事情呢？
對于IIC控制器，它負責傳輸數據，不知道數據的含義，但是它要實現寫/讀操作
讀操作
寫操作
IIC設備的功能
很顯然，IIC控制器提供了傳輸數據的能力，至于數據有什么含義，IIC控制器并不知道，數據的含義有外接的IIC芯片決定，我們需要閱讀芯片手冊，才知道IIC控制器應該發出怎樣的數據，
AT24cxx的操作方法
顯然我們的程序應該分為兩層（IIC設備層，IIC控制器層），框架如下圖所示：
我們提供一個統一的接口i2c_transfer，不關使用哪個芯片，他最終都會調用i2c_transfer，來選擇某一款I2C控制器，把數據發送出去，或者從I2c設備讀到數據，對于每一次傳輸的數據都可以用一個i2c_msg結構體來表示。但是，讀某個地址的數據時，就要用兩個i2c_msg結構體來描述它，因為一個i2c_msg結構體只能描述一個傳輸方向(讀/寫)，我們讀取ac24ccxx某個地址上的數據時，要先寫出要讀取的地址，然后來讀取設備地址上的數據。
我們想設計出以一個結構體比較容易擴展的框架，對于I2C控制器我們要抽象出一個結構體i2c_controller，我們構造這個結構體之后，把這個這個結構體，告訴上層(I2C控制器那一層)，上層有個管理者i2c_contreller.c文件。
我們在s3c2440_i2c_controller.c這個文件中我們構造出一個i2c_controller結構體，把它放入上層文件中的數組里，以后就根據結構體的名字，把這個結構體取出來使用。
假設我們有一個TI的開發板，在ti_i2c_controller.c文件中，也要構造出一個i2c_controller結構體，同樣們也會把這個結構體放入上層的結構體數組(i2c_contreller.c文件中)中，以后根據名字先出來使用。
對于設備層中的at24cxx芯片我們寫出at24cxx.c文件在這個文件實現讀寫函數：
1.at24cxx_write函數
2.at24cxx_read。
函數讀寫函數都會調用i2c_transfer發起IIC傳輸，所以我們寫程序的時候主要的暫時會涉及到三個文件：
at24cxx.c， s3c2440_i2c_controller.c，i2c_contreller.c。在最上層會寫出一個i2c_test.c文件，它會提供菜單供我們選擇來測試。
下面我們寫一個程序框架，涉及到的文件有：i2c_test.c、at24cxx.c、i2c_controller.c、s3c2440_i2c_controller.c。
i2c_test.c文件
該文件的內容如下：
void i2c_test(void)
{
/* 初始化: 選擇I2C控制器 */
/* 提供菜單供測試 */
}
這個菜單最終會調用到at24cxx.c里面的函數。
at24cxx.c文件
在里面會使用標準的接口i2c_transfer來啟動I2C傳輸。該文件的內容如下：
int at24cxx_write(unsigned int addr, unsigned char *data, int len)
{
/* 構造i2c_msg */
/* 調用i2c_transfer */
}
int at24cxx_read(unsigned int addr, unsigned char *data, int len)
{
/* 構造i2c_msg */
/* 調用i2c_transfer */
}
i2c_controller.c文件
該文件的內容如下：
/* 有一個i2c_controller數組用來存放各種不同芯片的操作結構體 */
void register_i2c_controller()
{
}
/* 根據名字來選擇某款I2C控制器 */
void select_i2c_controller(char *name)
{
}
/* 實現 i2c_transfer 接口函數 */
int i2c_transfer(i2c_msg msgs, int num)
{
}
select_i2c_controller函數根據名字來選擇某款I2C控制器后，以后就會使用被選擇的I2C控制器來啟動傳輸。
有數組一定有注冊函數register_i2c_controller會把下面實現的I2C控制器結構體i2c_controller放到i2c_controller數組里面。
s3c2440_i2c_controller.c文件
對于具體的芯片，要實現自己的i2c_controller。該文件的內容如下：
/* 實現i2c_controller
.init
.master_xfer
.name
*/
第004節I2C控制器編程框架
我們現在來講I2C控制器怎么寫，它是I2C程序中最核心的地方，我們要先構造幾個結構體，這幾個結構體放在i2c_controller.h里面。
我們要發出I2c傳輸時，要構造出i2c_msg，把構造出的i2c_msg扔給下面的i2c_controller.c，i2c_controller.c會選擇某一個i2c控制器，使用里面的master_xfer來傳輸數據， 所以我們需要構造出一個i2c_controller結構體。
i2c_controller.h文件
文件的內容如下所示：
#ifndef _I2C_CONTROLLER_H
#define _I2C_CONTROLLER_H
typedef struct i2c_msg {
unsigned int addr; /* 7bits */
int flags; /* 0 - write, 1 - read */
int len;
int cnt_transferred;
unsigned char *buf;
}i2c_msg, *p_i2c_msg;
typedef struct i2c_controller {
int (*int)(void);
int (*master_xfer)(i2c_msg msgs, int num);
char *name;
}i2c_controller, *p_i2c_controller;
#endif /* _I2C_CONTROLLER_H */
解析：我們構造這兩個結構體，我們要把它放在i2c_controller.c把它用起來，
i2c_controller.c文件
文件的內容如下所示：
include "i2c_controller.h"
#define I2C_CONTROLLER_NUM 10
/* 有一個i2c_controller數組用來存放各種不同芯片的操作結構體 */
static p_i2c_controller p_i2c_controllers[I2C_CONTROLLER_NUM];
static p_i2c_controller p_i2c_con_selected;
void register_i2c_controller(p_i2c_controller *p)
{
int i;
for (i = 0; i < I2C_CONTROLLER_NUM; i++)
{
if (!p_i2c_controllers[i])
{
p_i2c_controllers[i] = p;
return;
}
}
}
解析：register_i2c_controller函數用于把參數中的結構體指針，注冊到p_i2c_controllers指針數組中。
/* 根據名字來選擇某款I2C控制器 */
int select_i2c_controller(char *name)
{
int i;
for (i = 0; i < I2C_CONTROLLER_NUM; i++)
{
if (p_i2c_controllers[i] && !strcmp(name, p_i2c_controllers[i]->name))
{
p_i2c_con_selected = p_i2c_controllers[i];
return 0;
}
}
return -1;
}
解析：select_i2c_controller函數根據參數中的名字(name) 從p_i2c_controllers指針數組中取出對應的結構體指針復制給p_i2c_con_selected結構體指針(靜態全局變量)。
/* 實現 i2c_transfer 接口函數 */
int i2c_transfer(i2c_msg msgs, int num)
{
return p_i2c_con_selected->master_xfer(msgs, num);
}
解析：i2c_transfer接口函數，調用選擇的p_i2c_con_selected成員中master_xfer函數。
void i2c_init(void)
{
/* 注冊下面的I2C控制器 */
s3c2440_i2c_con_add();
/* 選擇某款I2C控制器 */
/* 調用它的init函數 */
}
解析：s3c2440_i2c_con_add()函數，把定義的s3c2440_i2c_con結構體注冊到p_i2c_controllers數組中。
s3c2440_i2c_controller.c文件
中斷服務函數，當發成中斷是，就會調用中斷服務函數，代碼如下
void i2c_interrupt_func(int irq)
{
/* 每傳輸完一個數據將產生一個中斷 */
/* 對于每次傳輸, 第1個中斷是"已經發出了設備地址" */
}
s3c2440_i2c_con_init函數，用來初始化I2C,控制器代碼如下：
void s3c2440_i2c_con_init(void)
{
/* 設置時鐘 */
/* [7] : IIC-bus acknowledge enable bit, 1-enable in rx mode
* [6] : 時鐘源, 0: IICCLK = fPCLK /16; 1: IICCLK = fPCLK /512
* [5] : 1-enable interrupt
* [4] : 讀出為1時表示中斷發生了, 寫入0來清除并恢復I2C操作
* [3:0] : Tx clock = IICCLK/(IICCON[3:0]+1).
* Tx Clock = 100khz = 50Mhz/16/(IICCON[3:0]+1)
*/
IICCON = (0<<6) | (1<<5) | (30<<0);
/* 注冊中斷處理函數 */
register_irq(27, i2c_interrupt_func);
}
解析：
1).IICCON = (0<<6) | (1<<5) | (30<<0); 設置IICCON控制寄存器。選擇發送時鐘，使能中斷。
2).register_irq(27, i2c_interrupt_func)：注冊中斷處理函數，當發生I2C中斷的時候就會調用i2c_interrupt_func中斷處理函數。
初始化完成后，就可以調用do_master_tx寫I2C從機了，這個函數僅僅啟動I2C傳輸，然后等待，直到數據在中斷服務程序中傳輸完畢后再返回。函數代碼如下：
void do_master_tx(p_i2c_msg msg)
{
msg->cnt_transferred = 0;
/* 設置寄存器啟動傳輸 */
/* 1. 配置為 master tx mode */
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史海拾趣
機頂盒，全稱數字視頻變換盒（Set Top Box，簡稱STB），是連接電視機與外部信號源的關鍵設備。它不僅能接收來自有線電纜、衛星天線、寬帶網絡及地面廣播的數字電視信號，還能將這些信號轉換成適合電視機播放的格式，極大地豐富了電視節目的選擇，提升了觀看體驗。
從技術層面看，機頂盒具備強大的媒體處理能力和交互功能。它能接收高清乃至4K的超高清電視節目，并通過內置的解碼器將數字信號轉換為電視可識別的視頻和音頻流，實現細膩的畫面和震撼的音效。此外，機頂盒還支持數據廣播、電子節目指南（EPG）、因特網接入、視頻點播等多種增值服務，使電視機成為了一個互動的智能終端。
隨著技術的不斷進步，機頂盒正朝著高清化、智能化方向發展。智能化技術如人工智能（AI）的集成，使機頂盒具備了語音助手、智能推薦等功能，為用戶提供了更為便捷、智能的使用體驗。同時，云計算和邊緣計算技術的應用，也進一步提升了內容分發和管理的效率。
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