對I2C總線的時(shí)鐘同步和總線仲裁的深入理解
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①由于SDA、SCL為漏極開路結(jié)構(gòu)，借助于外部的上拉電阻實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的“線與”邏輯；
本文引用地址：http://www.104case.com/article/201611/320014.htm②引腳在輸出信號(hào)的同時(shí)還將引腳上的電平進(jìn)行檢測，檢測是否與剛才輸出一致。為 “時(shí)鐘同步”和“總線仲裁”提供硬件基礎(chǔ)。
I2C總線接口內(nèi)部結(jié)構(gòu)
IIC設(shè)備對總線的操作僅有“把線路接地”——輸出邏輯0。基于IIC總線的設(shè)計(jì)，線路上不可能出現(xiàn)電平?jīng)_突現(xiàn)象。如果一設(shè)備發(fā)送邏輯0，其他發(fā)送邏輯1，那么線路看到的只有邏輯0。也就是說，如果出現(xiàn)電平?jīng)_突，發(fā)送邏輯0的始終是“贏家”。總線的物理接法允許主設(shè)備往總線寫數(shù)據(jù)的同事讀取數(shù)據(jù)。這樣兩主設(shè)備爭總線的時(shí)候“贏家”并不知道競爭的發(fā)生，只有“輸家”發(fā)現(xiàn)了沖突——當(dāng)寫一個(gè)邏輯1，卻讀到了0——而退出競爭。
時(shí)鐘同步
如果被控器希望主控器降低傳送速度可以通過將SCL主動(dòng)拉低延長其低電平時(shí)間的方法來通知主控器，當(dāng)主控器在準(zhǔn)備下一次傳送發(fā)現(xiàn)SCL的電平被拉低時(shí)就進(jìn)行等待，直至被控器完成操作并釋放SCL線的控制控制權(quán)。這樣以來，主控器實(shí)際上受到被控器的時(shí)鐘同步控制。可見SCL線上的低電平是由時(shí)鐘低電平最長的器件決定；高電平的時(shí)間由高電平時(shí)間最短的器件決定。這就是時(shí)鐘同步，它解決了I2C總線的速度同步。
總線仲裁
假設(shè)主控器1要發(fā)送的數(shù)據(jù)DATA1為“101 ……”；主控器2要發(fā)送的數(shù)據(jù)DATA2為“1001 ……”總線被啟動(dòng)后兩個(gè)主控器在每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)位時(shí)都要對自己的輸出電平進(jìn)行檢測，只要檢測的電平與自己發(fā)出的電平一致，他們就會(huì)繼續(xù)占用總線。在這種情況下總線還是得不到仲裁。當(dāng)主控器1發(fā)送第3位數(shù)據(jù)“1”時(shí)（主控器2發(fā)送“0” ），由于“線與”的結(jié)果SDA上的電平為“0”，這樣當(dāng)主控器1檢測自己的輸出電平時(shí)，就會(huì)測到一個(gè)與自身不相符的“0”電平。這時(shí)主控器1只好放棄對總線的控制權(quán)；因此主控器2就成為總線的唯一主宰者。不難看出：
- ① 對于整個(gè)仲裁過程主控器1和主控器2都不會(huì)丟失數(shù)據(jù)；
- ② 各個(gè)主控器沒有對總線實(shí)施控制的優(yōu)先級(jí)別；
- ③總線控制隨即而定，他們遵循“低電平優(yōu)先”的原則，即誰先發(fā)送低電平誰就會(huì)掌握對總線的控制權(quán)。
- ①主控器通過檢測SCL上的電平來調(diào)節(jié)與從器件的速度同步問題——時(shí)鐘同步；
- ②主控器通過檢測SDA上自身發(fā)送的電平來判斷是否發(fā)生總線“沖突”——總線仲裁。因此，I2C總線的“時(shí)鐘同步”與“總線仲裁”是靠器件自身接口的特殊結(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)的。
[1]同相器：當(dāng)輸入高電平時(shí)輸出也是高電平，輸入低電平時(shí)輸出也是低電平。主要要于需要緩沖的場合，就是只要輸入很小的電流，可輸出較大的電流，增加帶載能力。
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