Synchronization And Arbitration

在多主的通信系統(tǒng)中?？偩€(xiàn)上有多個(gè)節(jié)點(diǎn)，它們都有自己的尋址地址，可以作為從節(jié)點(diǎn)被別的節(jié)點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)，同時(shí)它們都可以作為主節(jié)點(diǎn)向其他的節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制字節(jié)和傳送數(shù)據(jù)。

但是如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)都向總線(xiàn)上發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)并開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)，這樣就形成了沖突。要解決這種沖突，就要進(jìn)行仲裁的判決，這就是 I2C
總線(xiàn)上的仲裁。

I2C 總線(xiàn)上的仲裁分兩部分：SCL 線(xiàn)的同步和 SDA 線(xiàn)的仲裁，這兩部分沒(méi)有先后關(guān)系，同時(shí)進(jìn)行。

SCL Synchronization

SCL
同步是由于總線(xiàn)具有線(xiàn)“與”的邏輯功能，即只要有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送低電平時(shí)，總線(xiàn)上就表現(xiàn)為低電平。當(dāng)所有的節(jié)點(diǎn)都發(fā)送高電平時(shí)，總線(xiàn)才能表現(xiàn)為高電平。正是由于線(xiàn)“與”邏輯功能的原理，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，在總線(xiàn)上表現(xiàn)的是統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)。這就是
SCL 的同步原理。

同步過(guò)程如下圖：

SDA Arbitration

SDA線(xiàn)的仲裁也是建立在總線(xiàn)具有線(xiàn)“與”邏輯功能的原理上的。節(jié)點(diǎn)在發(fā)送1位數(shù)據(jù)后，比較總線(xiàn)上所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)與自己發(fā)送的是否一致。是，繼續(xù)發(fā)送；否則，退出競(jìng)爭(zhēng)。

SDA 線(xiàn)的仲裁可以保證 I2C
總線(xiàn)系統(tǒng)在多個(gè)主節(jié)點(diǎn)同時(shí)企圖控制總線(xiàn)時(shí)通信正常進(jìn)行并且數(shù)據(jù)不丟失?？偩€(xiàn)系統(tǒng)通過(guò)仲裁只允許一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)占據(jù)總線(xiàn)。

仲裁在 SDA 上進(jìn)行，此時(shí) SCL 為高電平。

A 主機(jī)傳輸高電平，B 主機(jī)傳輸?shù)碗娖?，A 失去仲裁。

丟失仲裁的主機(jī)將生成時(shí)鐘脈沖，直到丟失仲裁的字節(jié)結(jié)束。

仲裁過(guò)程：

DATA1 和 DATA2 分別是主節(jié)點(diǎn)向總線(xiàn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)，SDA 為總線(xiàn)上所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)信號(hào)，SCL 是總線(xiàn)上所呈現(xiàn)的時(shí)鐘信號(hào)。

當(dāng)主節(jié)點(diǎn) 1、2
同時(shí)發(fā)送起始信號(hào)時(shí)，兩個(gè)主節(jié)點(diǎn)都發(fā)送了高電平信號(hào)。這時(shí)總線(xiàn)上呈現(xiàn)的信號(hào)為高電平，兩個(gè)主節(jié)點(diǎn)都檢測(cè)到總線(xiàn)上的信號(hào)與自己發(fā)送的信號(hào)相同，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。

第2個(gè)時(shí)鐘周期，2個(gè)主節(jié)點(diǎn)都發(fā)送低電平信號(hào)，在總線(xiàn)上呈現(xiàn)的信號(hào)為低電平，仍繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。

在第3個(gè)時(shí)鐘周期，主節(jié)點(diǎn)1發(fā)送高電平信號(hào)，而主節(jié)點(diǎn)2發(fā)送低電平信號(hào)。根據(jù)總線(xiàn)的線(xiàn)“與”的邏輯功能，總線(xiàn)上的信號(hào)為低電平，這時(shí)主節(jié)點(diǎn)1檢測(cè)到總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)和自己所發(fā)送的數(shù)據(jù)不一樣，就斷開(kāi)數(shù)據(jù)的輸出級(jí)，轉(zhuǎn)為從機(jī)接收狀態(tài)。這樣主節(jié)點(diǎn)2就贏(yíng)得了總線(xiàn)，而且數(shù)據(jù)沒(méi)有丟失，即總線(xiàn)的數(shù)據(jù)與主節(jié)點(diǎn)2所發(fā)送的數(shù)據(jù)一樣，而主節(jié)點(diǎn)1在轉(zhuǎn)為從節(jié)點(diǎn)后繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，同樣也沒(méi)有丟掉
SDA 線(xiàn)上的數(shù)據(jù)。因此在仲裁過(guò)程中數(shù)據(jù)沒(méi)有丟失。

再次提醒：SDA仲裁和SCL時(shí)鐘同步處理過(guò)程沒(méi)有先后關(guān)系，而是同時(shí)進(jìn)行的。