利用數字示波器調試嵌入式I2C總線的方法

　　I2C總線是PHLIPS公司上世紀80年代推出的一種兩線式串行總線，最初為音頻、視頻設備所開發，如今則多在各種嵌入式系統中用于連接微控制器及其外圍設備。

　　I2C總線僅需采用兩根通信線（一根為串行數據線“SDA”，一根為串行時鐘線“SCL”），而傳輸速率在高速模式下可達3.4Mbit/s，并且是多主總線。每一個掛接在I2C總線上的I2C器件均可通過唯一的地址進行訪問。

　　在嵌入式系統開發中應用I2C總線可有效縮減元器件面積、改善抗干擾能力及增強設計的兼容性。當然，在享受其設計便利性的同時，信號的復雜性也將提高系統調試的難度。

　　本文闡述了在實際開發中所遇到的I2C通信問題及使用示波器分析問題和解決問題的方法。

　　分析過程中采用了RIGOL公司最新推出的DS6104示波器，其具體特性包括：高達1GHz帶寬，足以滿足常用標準總線的帶寬需求；5GSa/s實時采樣率，確保不會遺漏信號細節；每秒18萬次的波形捕獲率，最大概率捕獲感興趣的信號；標配140M深存儲，同時滿足總覽全局和觀察局部的需求；可錄制多達18萬幀的波形，奇異信號隨意回放和分析；提供多種串行觸發，RS232、I2C、SPI、CAN、USB等。

　　問題探討

　　項目設計中計劃采用Cypress 68013A芯片來實現USB器件功能。68013A是Cypress公司出產的一款高速USB器件，該芯片的參考設計是通過I2C總線讀取存儲在EEPROM中的固件程序來運行的，如圖1所示。

　　圖1：Cypress 68013A與EEPROM連接示意圖。

　　設計中，為進一步減少器件面積、降低功耗，以及便于在后續進行在線升級固件，決定使用DSP來模擬實現EEPROM與68013A之間的通信。同時，通過I2C總線在線下載固件至68013A并運行來完成，如圖2所示。

　　參考68013A數據手冊編程后，卻發現在通過DSP模擬EEPROM與68013A通信時無法正確下載固件程序，即DSP怎樣通過I2C總線下載固件至68013A？

　　圖2：Cypress 68013A與DSP連接示意圖。

　　解決方法

　　首先，需要確認通信環境無問題，即：總線連接無問題；DSP的I2C通信程序無問題；Cypress 68013A的I2C通信無問題。

　　經依次驗證后發現以上各項均無問題，那么，只可能是在通信過程中發生了錯誤。但是，在參考手冊中卻沒有找到關于68013A與EEPROM通信的詳細描述。為獲取兩者間在初始通信階段的詳細數據，使用RIGOL公司的DS6104示波器來捕獲初始階段的通信數據。

　　DS6104示波器具有I2C觸發及I2C解碼套件，為捕獲數據需設置如下：設置DS6104示波器觸發方式為“I2C”、觸發條件為“啟動”；設置觸發時鐘信源、數據信源及合適的觸發電平；打開I2C解碼并設置解碼閾值；設置示波器為單次觸發。設置完畢后，通過監測I2C與EEPROM通信即可捕獲全部的通信數據頭，圖3所示為所得解碼數據。