21.2.瑞薩RA6M5的I2C特性及架構(gòu)

如果我們直接控制RA6M5的兩個GPIO引腳，分別用作SCL及SDA，按照上述信號的時序要求，直接像控制LED燈那樣控制引腳的輸出（若是接收數(shù)據(jù)時則讀取SDA電平），就可以實現(xiàn)I2C通訊。同樣，假如我們按照USART的要求去控制引腳，也能實現(xiàn)USART通訊。所以只要遵守協(xié)議，就是標(biāo)準(zhǔn)的通訊，不管您如何實現(xiàn)它，不管是ST生產(chǎn)的控制器還是ATMEL生產(chǎn)的存儲器，都能按通訊標(biāo)準(zhǔn)交互。

由于直接控制GPIO引腳電平產(chǎn)生通訊時序時，需要由CPU控制每個時刻的引腳狀態(tài)，所以稱之為“軟件模擬協(xié)議”方式。

相對地，還有“硬件協(xié)議”方式，RA6M5的I2C片上外設(shè)專門負(fù)責(zé)實現(xiàn)I2C通訊協(xié)議，只要配置好該外設(shè)，它就會自動根據(jù)協(xié)議要求產(chǎn)生通訊信號，收發(fā)數(shù)據(jù)并緩存起來，CPU只要檢測該外設(shè)的狀態(tài)和訪問數(shù)據(jù)寄存器，就能完成數(shù)據(jù)收發(fā)。這種由硬件外設(shè)處理I2C協(xié)議的方式減輕了CPU的工作，且使軟件設(shè)計更加簡單。

21.2.1.瑞薩RA6M5的I2C外設(shè)簡介

瑞薩RA6M5的I2C外設(shè)可用作通訊的主機(jī)及從機(jī)，支持100Kbit/s和400Kbit/s和1Mbit/s的速率，支持7位、10位設(shè)備地址，支持DMA數(shù)據(jù)傳輸，并具有數(shù)據(jù)校驗功能。它的I2C外設(shè)還支持SMBus2.0協(xié)議，SMBus協(xié)議與I2C類似，主要應(yīng)用于筆記本電腦的電池管理中。

表1：瑞薩RA6M5的IIC支持頻率

21.2.1.1.通訊引腳

I2C的所有硬件架構(gòu)都是根據(jù)圖中左側(cè)SCL線和SDA線展開的（其中的SMBA線用于SMBUS的警告信號，I2C通訊沒有使用）。RA6M5芯片有多個I2C外設(shè)，它們的I2C通訊信號引出到不同的GPIO引腳上，使用時必須配置到這些指定的引腳，見表22?1。

關(guān)于GPIO引腳的復(fù)用功能，可查閱《RA6M5GroupUser_sManual》，以它為準(zhǔn)。

表22?1：RA6M5的I2C引腳（整理自《RA6M5GroupUser_sManual》）

21.2.2.瑞薩RA6M5的I2C功能框圖

注：

我們這里主要介紹的是瑞薩的fsp庫的使用，所以在這里寄存器我們在這里做一些簡單的介紹。

21.2.3. 時鐘控制邏輯

下面將介紹時鐘的控制流程

21.2.3.1. IIC起始信號與重啟信號

當(dāng)ICCR2中的RS位被設(shè)置為1時，IIC會發(fā)出一個重啟條件請求。當(dāng)ICCR2的BBSY標(biāo)志位為1(總線繁忙狀態(tài))，ICCR2的MST位為1(主模式)時IIC發(fā)出重啟條件。 發(fā)出重啟條件:

釋放SDAn線路。

確保ICBRL中設(shè)置的SCLn線路的低電平周期已過。

釋放SCLn線(低電平到高電平)。

在SCLn線上檢測高電平，并確保ICBRL中設(shè)置的時間和重啟條件設(shè)置時間經(jīng)過。

將SDAn線拉低(從高電平到低電平)。

確保ICBRH中設(shè)置的時間和重啟條件保持時間。

驅(qū)動SCLn線低電平(高電平到低電平)。

檢測SCLn線上的一個低水平，確保ICBRL中設(shè)置的SCLn線的低水平周期已經(jīng)過去

21.2.3.2. IIC循環(huán)發(fā)送

初始化IIC。

讀取ICCR2中的BBSY標(biāo)志，檢查總線是否打開，然后設(shè)置ICCR2中的ST位為1(啟動條件發(fā)出請求)。收到請求后，IIC發(fā)出啟動條件。與此同時，BBSY位和START為被設(shè)置為1,ST位自動設(shè)置為0。如果檢測到啟動條件，并且SDA輸出狀態(tài)的內(nèi)部電平和SDAn線路上的電平在ST位為1時匹配，IIC就會識別出，由于ST位已經(jīng)成功完成了請求，啟動條件已經(jīng)成功發(fā)出。ICCR2的MST和TRS位自動設(shè)置為1,IIC處于主發(fā)送模式。當(dāng)TRS位設(shè)置為1時，ICSR2中的TDRE標(biāo)志也會自動設(shè)置為1。

檢查ICSR2中的TDRE標(biāo)志位是否為1，然后將傳輸值(從地址和R/W#位)寫入ICDRT。傳輸數(shù)據(jù)寫入ICDRT后，TDRE標(biāo)志位自動設(shè)置為0，數(shù)據(jù)從ICDRT傳輸?shù)絀CDRS后，TDRE標(biāo)志位再次設(shè)置為1。字節(jié)后包含從地址和當(dāng)發(fā)送了R/W#位時，TRS位的值會根據(jù)發(fā)送的R/W#位的值自動更新，選擇主發(fā)送或主接收模式。如果R/W#為0，則IIC繼續(xù)主傳輸模式。如果此時ICSR2.NACKF標(biāo)志位為1，表示從設(shè)備沒有識別到該地址，或者通信出現(xiàn)錯誤，并向ICCR2.SP位寫入1發(fā)出停止條件。如果要傳輸10位地址格式的數(shù)據(jù)，首先將11110b和從地址的高兩位和W寫入ICDRT作為第一個地址傳輸。然后將從地址低8位寫入ICDRT作為第二個地址傳輸。

確認(rèn)ICSR2的TDRE標(biāo)志位為1后，將傳輸數(shù)據(jù)寫入ICDRT寄存器。IIC自動保持SCLn線路處于低位，直到傳輸數(shù)據(jù)就緒，發(fā)出重啟條件或停止條件。

當(dāng)所有要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字節(jié)寫入ICDRT寄存器后，等待ICSR2中的TEND標(biāo)志位的值返回1。確認(rèn)ICSR2的START標(biāo)志位為1后，將ICSR2的START標(biāo)志位設(shè)置為0。

設(shè)置ICCR2中的RS位為1(重啟條件問題請求)。在接收到請求時，IIC發(fā)出一個重啟條件。

檢查ICSR2中的START標(biāo)志位為1后，將傳輸值(從地址和R/W#位)寫入ICDRT。

21.3. EEPROM簡介

EEPROM是一種掉電后數(shù)據(jù)不丟失的存儲器，常用來存儲一些配置信息，以便系統(tǒng)重新上電的時候加載。 EEPROM芯片最常用的通訊方式就是I^2^C協(xié)議，本小節(jié)以EEPROM的讀寫實驗為例子給大家講解RA6M5的I^2^C使用方法。 實驗中RA6M5的I2C外設(shè)采用主機(jī)模式，分別用作主發(fā)送器和主接收器，通過查詢事件的方式來確保正常通訊。

本實驗板中的EEPROM芯片(型號：AT24C02)的SCL及SDA引腳連接到了瑞薩RA6M5對應(yīng)的I2C引腳中，結(jié)合上拉電阻，構(gòu)成了I2C通訊總線，它們通過I2C總線交互。EEPROM芯片的設(shè)備地址一共有7位，其中高4位固定為：1010 b，低3位則由A0/A1/A2信號線的電平?jīng)Q定，見圖22_12，圖中的R/W是讀寫方向位，與地址無關(guān)。

圖 22?12 EEPROM設(shè)備地址(摘自《AT24C02》規(guī)格書)

按照我們此處的連接，A0/A1/A2均為0，所以EEPROM的7位設(shè)備地址是：1010 000b ，即0x50。由于I2C通訊時常常是地址跟讀寫方向連在一起構(gòu)成一個8位數(shù)，且當(dāng)R/W位為0時，表示寫方向，所以加上7位地址，其值為“0xA0”，常稱該值為I2C設(shè)備的“寫地址”；當(dāng)R/W位為1時，表示讀方向，加上7位地址，其值為“0xA1”，常稱該值為“讀地址”。

EEPROM芯片中還有一個WP引腳，具有寫保護(hù)功能，當(dāng)該引腳電平為高時，禁止寫入數(shù)據(jù)，當(dāng)引腳為低電平時，可寫入數(shù)據(jù)，我們直接接地，不使用寫保護(hù)功能。

關(guān)于EEPROM的更多信息，可參考其數(shù)據(jù)手冊《AT24C02》來了解。若您使用的實驗板EEPROM的型號、設(shè)備地址或控制引腳不一樣，只需根據(jù)我們的工程修改即可，程序的控制原理相同。