單芯片解決方案，開(kāi)啟全新體驗(yàn)——W55MH32 高性能以太網(wǎng)單片機(jī)

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網(wǎng)單片機(jī)，它為用戶(hù)帶來(lái)前所未有的集成化體驗(yàn)。這顆芯片將強(qiáng)大的組件集于一身，具體來(lái)說(shuō)，一顆W55MH32內(nèi)置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達(dá)216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿(mǎn)足存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協(xié)議棧、內(nèi)置MAC以及PHY，擁有獨(dú)立的32KB以太網(wǎng)收發(fā)緩存，可供8個(gè)獨(dú)立硬件socket使用。如此配置，真正實(shí)現(xiàn)了All-in-One解決方案，為開(kāi)發(fā)者提供極大便利。

在封裝規(guī)格上，W55MH32 提供了兩種選擇：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封裝版本，尺寸為12x12mm，其資源豐富，專(zhuān)為各種復(fù)雜工控場(chǎng)景設(shè)計(jì)。它擁有66個(gè)GPIO、3個(gè)ADC、12通道DMA、17個(gè)定時(shí)器、2個(gè)I2C、5個(gè)串口、2個(gè)SPI接口（其中1個(gè)帶I2S接口復(fù)用）、1個(gè)CAN、1個(gè)USB2.0以及1個(gè)SDIO接口。如此豐富的外設(shè)資源，能夠輕松應(yīng)對(duì)工業(yè)控制中多樣化的連接需求，無(wú)論是與各類(lèi)傳感器、執(zhí)行器的通信，還是對(duì)復(fù)雜工業(yè)協(xié)議的支持，都能游刃有余，成為復(fù)雜工控領(lǐng)域的理想選擇。 同系列還有QFN68封裝的W55MH32Q版本，該版本體積更小，僅為8x8mm，成本低，適合集成度高的網(wǎng)關(guān)模組等場(chǎng)景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請(qǐng)進(jìn)入網(wǎng)站或者私信獲取。

此外，本W(wǎng)55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應(yīng)用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，為網(wǎng)絡(luò)通信安全再添保障。

為助力開(kāi)發(fā)者快速上手與深入開(kāi)發(fā)，基于W55MH32L這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開(kāi)發(fā)板。開(kāi)發(fā)板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數(shù)據(jù)線(xiàn)，就能輕松實(shí)現(xiàn)調(diào)試、下載以及串口打印日志等功能。開(kāi)發(fā)板將所有外設(shè)全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開(kāi)發(fā)者全面評(píng)估芯片性能。

若您想獲取芯片和開(kāi)發(fā)板的更多詳細(xì)信息，包括產(chǎn)品特性、技術(shù)參數(shù)以及價(jià)格等，歡迎訪(fǎng)問(wèn)官方網(wǎng)頁(yè)，我們期待與您共同探索W55MH32的無(wú)限可能。

第十八章 I2C通信測(cè)試

本章參考資料：《W55MH32參考手冊(cè)》I2C章節(jié)及《I2C總線(xiàn)協(xié)議》。

若對(duì)I2C通訊協(xié)議不了解，可先閱讀《I2C總線(xiàn)協(xié)議》文檔的內(nèi)容學(xué)習(xí)。

1 I2C協(xié)議簡(jiǎn)介

I2C 通訊協(xié)議(Inter－Integrated Circuit)是由Phiilps公司開(kāi)發(fā)的，由于它引腳少，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可擴(kuò)展性強(qiáng)， 不需要USART、CAN等通訊協(xié)議的外部收發(fā)設(shè)備，現(xiàn)在被廣泛地使用在系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)集成電路(IC)間的通訊。

在計(jì)算機(jī)科學(xué)里，大部分復(fù)雜的問(wèn)題都可以通過(guò)分層來(lái)簡(jiǎn)化。如芯片被分為內(nèi)核層和片上外設(shè)；W55MH32標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)則是在寄存器與用戶(hù)代碼之間的軟件層。 對(duì)于通訊協(xié)議，我們也以分層的方式來(lái)理解，最基本的是把它分為物理層和協(xié)議層。物理層規(guī)定通訊系統(tǒng)中具有機(jī)械、電子功能部分的特性， 確保原始數(shù)據(jù)在物理媒體的傳輸。協(xié)議層主要規(guī)定通訊邏輯，統(tǒng)一收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)打包、解包標(biāo)準(zhǔn)。

下面我們分別對(duì)I2C協(xié)議的物理層及協(xié)議層進(jìn)行講解。

1.1 I2C物理層

I2C通訊設(shè)備之間的常用連接方式見(jiàn)下圖，常見(jiàn)的I2C通訊系統(tǒng) ：

它的物理層有如下特點(diǎn)：

它是一個(gè)支持設(shè)備的總線(xiàn)?！翱偩€(xiàn)”指多個(gè)設(shè)備共用的信號(hào)線(xiàn)。在一個(gè)I2C通訊總線(xiàn)中， 可連接多個(gè)I2C通訊設(shè)備，支持多個(gè)通訊主機(jī)及多個(gè)通訊從機(jī)。

一個(gè)I2C總線(xiàn)只使用兩條總線(xiàn)線(xiàn)路，一條雙向串行數(shù)據(jù)線(xiàn)(SDA) ， 一條串行時(shí)鐘線(xiàn) (SCL)。數(shù)據(jù)線(xiàn)即用來(lái)表示數(shù)據(jù)，時(shí)鐘線(xiàn)用于數(shù)據(jù)收發(fā)同步。

每個(gè)連接到總線(xiàn)的設(shè)備都有一個(gè)獨(dú)立的地址， 主機(jī)可以利用這個(gè)地址進(jìn)行不同設(shè)備之間的訪(fǎng)問(wèn)。

總線(xiàn)通過(guò)上拉電阻接到電源。當(dāng)I2C設(shè)備空閑時(shí)，會(huì)輸出高阻態(tài)， 而當(dāng)所有設(shè)備都空閑，都輸出高阻態(tài)時(shí)，由上拉電阻把總線(xiàn)拉成高電平。

多個(gè)主機(jī)同時(shí)使用總線(xiàn)時(shí)，為了防止數(shù)據(jù)沖突， 會(huì)利用仲裁方式?jīng)Q定由哪個(gè)設(shè)備占用總線(xiàn)。

具有三種傳輸模式：標(biāo)準(zhǔn)模式傳輸速率為100kbit/s ，快速模式為400kbit/s ， 高速模式下可達(dá) 3.4Mbit/s，但目前大多I2C設(shè)備尚不支持高速模式。

連接到相同總線(xiàn)的 IC 數(shù)量受到總線(xiàn)的最大電容 400pF 限制 。

1.2 協(xié)議層

I2C的協(xié)議定義了通訊的起始和停止信號(hào)、數(shù)據(jù)有效性、響應(yīng)、仲裁、時(shí)鐘同步和地址廣播等環(huán)節(jié)。

1.2.1 I2C基本讀寫(xiě)過(guò)程

先看看I2C通訊過(guò)程的基本結(jié)構(gòu)，它的通訊過(guò)程見(jiàn)下圖，主機(jī)寫(xiě)數(shù)據(jù)到從機(jī) 、 主機(jī)由從機(jī)中讀數(shù)據(jù) 及圖 I2C通訊復(fù)合格式 ：

這些圖表示的是主機(jī)和從機(jī)通訊時(shí)，SDA線(xiàn)的數(shù)據(jù)包序列。

其中S表示由主機(jī)的I2C接口產(chǎn)生的傳輸起始信號(hào)(S)，這時(shí)連接到I2C總線(xiàn)上的所有從機(jī)都會(huì)接收到這個(gè)信號(hào)。

起始信號(hào)產(chǎn)生后，所有從機(jī)就開(kāi)始等待主機(jī)緊接下來(lái)廣播 的從機(jī)地址信號(hào) (SLAVE_ADDRESS)。在I2C總線(xiàn)上， 每個(gè)設(shè)備的地址都是唯一的，當(dāng)主機(jī)廣播的地址與某個(gè)設(shè)備地址相同時(shí)，這個(gè)設(shè)備就被選中了，沒(méi)被選中的設(shè)備將會(huì)忽略之后的數(shù)據(jù)信號(hào)。 根據(jù)I2C協(xié)議，這個(gè)從機(jī)地址可以是7位或10位。

在地址位之后，是傳輸方向的選擇位，該位為0時(shí)，表示后面的數(shù)據(jù)傳輸方向是由主機(jī)傳輸至從機(jī)，即主機(jī)向從機(jī)寫(xiě)數(shù)據(jù)。該位為1時(shí)，則相反，即主機(jī)由從機(jī)讀數(shù)據(jù)。

從機(jī)接收到匹配的地址后，主機(jī)或從機(jī)會(huì)返回一個(gè)應(yīng)答(ACK)或非應(yīng)答(NACK)信號(hào)，只有接收到應(yīng)答信號(hào)后，主機(jī)才能繼續(xù)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。

寫(xiě)數(shù)據(jù)

若配置的方向傳輸位為“寫(xiě)數(shù)據(jù)”方向，即第一幅圖的情況，廣播完地址，接收到應(yīng)答信號(hào)后，主機(jī)開(kāi)始正式向從機(jī)傳輸數(shù)據(jù)(DATA)， 數(shù)據(jù)包的大小為8位，主機(jī)每發(fā)送完一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，都要等待從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)(ACK)，重復(fù)這個(gè)過(guò)程，可以向從機(jī)傳輸N個(gè)數(shù)據(jù)， 這個(gè)N沒(méi)有大小限制。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)，主機(jī)向從機(jī)發(fā)送一個(gè)停止傳輸信號(hào)(P)，表示不再傳輸數(shù)據(jù)。

讀數(shù)據(jù)

若配置的方向傳輸位為“讀數(shù)據(jù)”方向，即第二幅圖的情況，廣播完地址，接收到應(yīng)答信號(hào)后，從機(jī)開(kāi)始向主機(jī)返回?cái)?shù)據(jù)(DATA)， 數(shù)據(jù)包大小也為8位，從機(jī)每發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)，都會(huì)等待主機(jī)的應(yīng)答信號(hào)(ACK)，重復(fù)這個(gè)過(guò)程，可以返回N個(gè)數(shù)據(jù)，這個(gè)N也沒(méi)有大小限制。 當(dāng)主機(jī)希望停止接收數(shù)據(jù)時(shí)，就向從機(jī)返回一個(gè)非應(yīng)答信號(hào)(NACK)，則從機(jī)自動(dòng)停止數(shù)據(jù)傳輸。

讀和寫(xiě)數(shù)據(jù)

除了基本的讀寫(xiě)，I2C通訊更常用的是復(fù)合格式，即第三幅圖的情況，該傳輸過(guò)程有兩次起始信號(hào)(S)。一般在第一次傳輸中， 主機(jī)通過(guò)SLAVE_ADDRESS尋找到從設(shè)備后，發(fā)送一段“數(shù)據(jù)”，這段數(shù)據(jù)通常用于表示從設(shè)備內(nèi)部的寄存器或存儲(chǔ)器地址(注意區(qū)分它與SLAVE_ADDRESS的區(qū)別)； 在第二次的傳輸中，對(duì)該地址的內(nèi)容進(jìn)行讀或?qū)?。也就是說(shuō)，第一次通訊是告訴從機(jī)讀寫(xiě)地址，第二次則是讀寫(xiě)的實(shí)際內(nèi)容。

以上通訊流程中包含的各個(gè)信號(hào)分解如下：

1.2.2 通訊的起始和停止信號(hào)

前文中提到的起始(S)和停止(P)信號(hào)是兩種特殊的狀態(tài)，見(jiàn)下圖，起始和停止信號(hào) 。 當(dāng) SCL 線(xiàn)是高電平時(shí) SDA 線(xiàn)從高電平向低電平切換，這個(gè)情況表示通訊的起始。 當(dāng) SCL 是高電平時(shí) SDA 線(xiàn)由低電平向高電平切換，表示通訊的停止。起始和停止信號(hào)一般由主機(jī)產(chǎn)生。

1.2.3 數(shù)據(jù)有效性

I2C使用SDA信號(hào)線(xiàn)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，使用SCL信號(hào)線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。見(jiàn)下圖，數(shù)據(jù)有效性 。 SDA數(shù)據(jù)線(xiàn)在SCL的每個(gè)時(shí)鐘周期傳輸一位數(shù)據(jù)。傳輸時(shí)，SCL為高電平的時(shí)候SDA表示的數(shù)據(jù)有效，即此時(shí)的SDA為高電平時(shí)表示數(shù)據(jù)“1”， 為低電平時(shí)表示數(shù)據(jù)“0”。當(dāng)SCL為低電平時(shí)，SDA的數(shù)據(jù)無(wú)效，一般在這個(gè)時(shí)候SDA進(jìn)行電平切換，為下一次表示數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。

每次數(shù)據(jù)傳輸都以字節(jié)為單位，每次傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)不受限制。

1.2.4 地址及數(shù)據(jù)方向

I2C總線(xiàn)上的每個(gè)設(shè)備都有自己的獨(dú)立地址，主機(jī)發(fā)起通訊時(shí)，通過(guò)SDA信號(hào)線(xiàn)發(fā)送設(shè)備地址(SLAVE_ADDRESS)來(lái)查找從機(jī)。 I2C協(xié)議規(guī)定設(shè)備地址可以是7位或10位，實(shí)際中7位的地址應(yīng)用比較廣泛。緊跟設(shè)備地址的一個(gè)數(shù)據(jù)位用來(lái)表示數(shù)據(jù)傳輸方向， 它是數(shù)據(jù)方向位(R/)，第8位或第11位。數(shù)據(jù)方向位為“1”時(shí)表示主機(jī)由從機(jī)讀數(shù)據(jù)，該位為“0”時(shí)表示主機(jī)向從機(jī)寫(xiě)數(shù)據(jù)。 見(jiàn)下圖，設(shè)備地址及數(shù)據(jù)傳輸方向 ：

讀數(shù)據(jù)方向時(shí)，主機(jī)會(huì)釋放對(duì)SDA信號(hào)線(xiàn)的控制，由從機(jī)控制SDA信號(hào)線(xiàn)，主機(jī)接收信號(hào)， 寫(xiě)數(shù)據(jù)方向時(shí)，SDA由主機(jī)控制，從機(jī)接收信號(hào)。

1.2.5 響應(yīng)

I2C的數(shù)據(jù)和地址傳輸都帶響應(yīng)。響應(yīng)包括“應(yīng)答(ACK)”和“非應(yīng)答(NACK)”兩種信號(hào)。作為數(shù)據(jù)接收端時(shí)， 當(dāng)設(shè)備(無(wú)論主從機(jī))接收到I2C傳輸?shù)囊粋€(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)或地址后，若希望對(duì)方繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，則需要向?qū)Ψ桨l(fā)送“應(yīng)答(ACK)”信號(hào)， 發(fā)送方會(huì)繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)；若接收端希望結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸，則向?qū)Ψ桨l(fā)送“非應(yīng)答(NACK)”信號(hào)， 發(fā)送方接收到該信號(hào)后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)停止信號(hào)，結(jié)束信號(hào)傳輸。

傳輸時(shí)主機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘，在第9個(gè)時(shí)鐘時(shí)，數(shù)據(jù)發(fā)送端會(huì)釋放SDA的控制權(quán)，由數(shù)據(jù)接收端控制SDA， 若SDA為高電平，表示非應(yīng)答信號(hào)(NACK)，低電平表示應(yīng)答信號(hào)(ACK)。

2 W55MH32的I2C特性及架構(gòu)

如果我們直接控制W55MH32的兩個(gè)GPIO引腳，分別用作SCL及SDA，按照上述信號(hào)的時(shí)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(shí)則讀取SDA電平)，就可以實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)它，不管是ST生產(chǎn)的控制器還是ATMEL生產(chǎn)的存儲(chǔ)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(shí)序時(shí)，需要由CPU控制每個(gè)時(shí)刻的引腳狀態(tài)， 所以稱(chēng)之為“軟件模擬協(xié)議”方式。

相對(duì)地，還有“硬件協(xié)議”方式，W55MH32的I2C片上外設(shè)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)I2C通訊協(xié)議， 只要配置好該外設(shè)，它就會(huì)自動(dòng)根據(jù)協(xié)議要求產(chǎn)生通訊信號(hào)，收發(fā)數(shù)據(jù)并緩存起來(lái)， CPU只要檢測(cè)該外設(shè)的狀態(tài)和訪(fǎng)問(wèn)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(jì)更加簡(jiǎn)單。

2.1 W55MH32的I2C外設(shè)簡(jiǎn)介

I2C(芯片間)總線(xiàn)接口連接微控制器和串行 I2C 總線(xiàn)。它提供多主機(jī)功能，控制所有 I2C 總線(xiàn)特定的時(shí)序、協(xié)議、仲裁和定時(shí)。支持標(biāo)準(zhǔn)和快速兩種模式，同時(shí)與 SMBus2.0 兼容。I2C 模塊有多種用途，包括 CRC 碼的生成和校驗(yàn)、SMBus(系統(tǒng)管理總線(xiàn)—SystemManagementBus)和 PMBus(電源管理總線(xiàn)—PowerManagementBus)。根據(jù)特定設(shè)備的需要，可以使用 DMA 以減輕 CPU 的負(fù)擔(dān)。

2.2 W55MH32的I2C架構(gòu)剖析

W55MH32的I2C架構(gòu)圖如下 ：

2.2.1 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(xiàn)和SDA線(xiàn)展開(kāi)的(其中的SMBA線(xiàn)用于SMBUS的警告信號(hào)，I2C通訊沒(méi)有使用)。 W55MH32芯片有多個(gè)I2C外設(shè)，它們的I2C通訊信號(hào)引出到不同的GPIO引腳上，使用時(shí)必須配置到這些指定的引腳。關(guān)于GPIO引腳的復(fù)用功能，以規(guī)格書(shū)為準(zhǔn)。

2.2.2. 時(shí)鐘控制邏輯

SCL線(xiàn)的時(shí)鐘信號(hào)，由I2C接口根據(jù)時(shí)鐘控制寄存器(CCR)控制， 控制的參數(shù)主要為時(shí)鐘頻率。配置I2C的CCR寄存器可修改通訊速率相關(guān)的參數(shù)：

可選擇I2C通訊的“標(biāo)準(zhǔn)/快速”模式，這兩個(gè)模式分別I2C對(duì)應(yīng)100/400Kbit/s的通訊速率。

在快速模式下可選擇SCL時(shí)鐘的占空比，可選Tlow/Thigh=2或Tlow/Thigh=16/9模式， 我們知道I2C協(xié)議在SCL高電平時(shí)對(duì)SDA信號(hào)采樣， SCL低電平時(shí)SDA準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù)，修改SCL的高低電平比會(huì)影響數(shù)據(jù)采樣，但其實(shí)這兩個(gè)模式的比例差別并不大， 若不是要求非常嚴(yán)格，這里隨便選就可以了。

CCR寄存器中還有一個(gè)12位的配置因子CCR，它與I2C外設(shè)的輸入時(shí)鐘源共同作用，產(chǎn)生SCL時(shí)鐘， W55MH32的I2C外設(shè)都掛載在APB1總線(xiàn)上，使用APB1的時(shí)鐘源PCLK1，SCL信號(hào)線(xiàn)的輸出時(shí)鐘公式如下：

標(biāo)準(zhǔn)模式：

Thigh=CCR*TPCKL1 Tlow = CCR*TPCLK1

快速模式中 Tlow/Thigh=2 時(shí)：

Thigh = CCR*TPCKL1 Tlow = 2*CCR*TPCKL1

快速模式中 Tlow/Thigh=16/9 時(shí)：

Thigh = 9*CCR*TPCKL1 Tlow = 16*CCR*TPCKL1

例如，我們的PCLK1=36MHz，想要配置400Kbit/s的速率，計(jì)算方式如下：

PCLK時(shí)鐘周期： TPCLK1 = 1/36000000

目標(biāo)SCL時(shí)鐘周期： TSCL = 1/400000

SCL時(shí)鐘周期內(nèi)的高電平時(shí)間： THIGH = TSCL/3

SCL時(shí)鐘周期內(nèi)的低電平時(shí)間： TLOW = 2*TSCL/3

計(jì)算CCR的值： CCR = THIGH/TPCLK1 = 30

計(jì)算結(jié)果得出CCR為30，向該寄存器位寫(xiě)入此值則可以控制IIC的通訊速率為400KHz，其實(shí)即使配置出來(lái)的SCL時(shí)鐘不完全等于標(biāo)準(zhǔn)的400KHz， IIC通訊的正確性也不會(huì)受到影響，因?yàn)樗袛?shù)據(jù)通訊都是由SCL協(xié)調(diào)的，只要它的時(shí)鐘頻率不遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)即可。

2.2.3. 數(shù)據(jù)控制邏輯

I2C的SDA信號(hào)主要連接到數(shù)據(jù)移位寄存器上，數(shù)據(jù)移位寄存器的數(shù)據(jù)來(lái)源及目標(biāo)是數(shù)據(jù)寄存器(DR)、地址寄存器(OAR)、PEC寄存器以及SDA數(shù)據(jù)線(xiàn)。 當(dāng)向外發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，數(shù)據(jù)移位寄存器以“數(shù)據(jù)寄存器”為數(shù)據(jù)源，把數(shù)據(jù)一位一位地通過(guò)SDA信號(hào)線(xiàn)發(fā)送出去；當(dāng)從外部接收數(shù)據(jù)的時(shí)候， 數(shù)據(jù)移位寄存器把SDA信號(hào)線(xiàn)采樣到的數(shù)據(jù)一位一位地存儲(chǔ)到“數(shù)據(jù)寄存器”中。若使能了數(shù)據(jù)校驗(yàn)，接收到的數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)過(guò)PCE計(jì)算器運(yùn)算， 運(yùn)算結(jié)果存儲(chǔ)在“PEC寄存器”中。當(dāng)W55MH32的I2C工作在從機(jī)模式的時(shí)候，接收到設(shè)備地址信號(hào)時(shí)， 數(shù)據(jù)移位寄存器會(huì)把接收到的地址與W55MH32的自身的“I2C地址寄存器”的值作比較，以便響應(yīng)主機(jī)的尋址。 W55MH32的自身I2C地址可通過(guò)修改“自身地址寄存器”修改，支持同時(shí)使用兩個(gè)I2C設(shè)備地址，兩個(gè)地址分別存儲(chǔ)在OAR1和OAR2中。

2.2.4. 整體控制邏輯

整體控制邏輯負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)整個(gè)I2C外設(shè)，控制邏輯的工作模式根據(jù)我們配置的“控制寄存器(CR1/CR2)”的參數(shù)而改變。在外設(shè)工作時(shí)， 控制邏輯會(huì)根據(jù)外設(shè)的工作狀態(tài)修改“狀態(tài)寄存器(SR1和SR2)”，我們只要讀取這些寄存器相關(guān)的寄存器位，就可以了解I2C的工作狀態(tài)。 除此之外，控制邏輯還根據(jù)要求，負(fù)責(zé)控制產(chǎn)生I2C中斷信號(hào)、DMA請(qǐng)求及各種I2C的通訊信號(hào)(起始、停止、響應(yīng)信號(hào)等)。

2.3 通訊過(guò)程

使用I2C外設(shè)通訊時(shí)，在通訊的不同階段它會(huì)對(duì)“狀態(tài)寄存器(SR1及SR2)”的不同數(shù)據(jù)位寫(xiě)入?yún)?shù)，我們通過(guò)讀取這些寄存器標(biāo)志來(lái)了解通訊狀態(tài)。

2.3.1 主發(fā)送器

主發(fā)送器通訊過(guò)程如下圖 。圖中的是“主發(fā)送器”流程，即作為I2C通訊的主機(jī)端時(shí)，向外發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的過(guò)程：

主發(fā)送器發(fā)送流程及事件說(shuō)明如下：

控制產(chǎn)生起始信號(hào)(S)，當(dāng)發(fā)生起始信號(hào)后，它產(chǎn)生事件“EV5”， 并會(huì)對(duì)SR1寄存器的“SB”位置1，表示起始信號(hào)已經(jīng)發(fā)送；

緊接著發(fā)送設(shè)備地址并等待應(yīng)答信號(hào)，若有從機(jī)應(yīng)答，則產(chǎn)生事件“EV6”及“EV8”， 這時(shí)SR1寄存器的“ADDR”位及“TXE”位被置1，ADDR 為1表示地址已經(jīng)發(fā)送，TXE為1表示數(shù)據(jù)寄存器為空；

以上步驟正常執(zhí)行并對(duì)ADDR位清零后，我們往I2C的“數(shù)據(jù)寄存器DR”寫(xiě)入要發(fā)送的數(shù)據(jù)， 這時(shí)TXE位會(huì)被重置0，表示數(shù)據(jù)寄存器非空，I2C外設(shè)通過(guò)SDA信號(hào)線(xiàn)一位位把數(shù)據(jù)發(fā)送出去后，又會(huì)產(chǎn)生“EV8”事件，即TXE位被置1，重復(fù)這個(gè)過(guò)程，就可以發(fā)送多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)了；

當(dāng)我們發(fā)送數(shù)據(jù)完成后，控制I2C設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)停止信號(hào)(P)，這個(gè)時(shí)候會(huì)產(chǎn)生EV8_2事件， SR1的TXE位及BTF位都被置1，表示通訊結(jié)束。

假如我們使能了I2C中斷，以上所有事件產(chǎn)生時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生I2C中斷信號(hào)，進(jìn)入同一個(gè)中斷服務(wù)函數(shù)，到I2C中斷服務(wù)程序后，再通過(guò)檢查寄存器位來(lái)判斷是哪一個(gè)事件。

2.3.2. 主接收器

再來(lái)分析主接收器過(guò)程，即作為I2C通訊的主機(jī)端時(shí)，從外部接收數(shù)據(jù)的過(guò)程，見(jiàn)下圖，主接收器過(guò)程 ：

主接收器接收流程及事件說(shuō)明如下：

同主發(fā)送流程，起始信號(hào)(S)是由主機(jī)端產(chǎn)生的，控制發(fā)生起始信號(hào)后，它產(chǎn)生事件“EV5”， 并會(huì)對(duì)SR1寄存器的“SB”位置1，表示起始信號(hào)已經(jīng)發(fā)送；

緊接著發(fā)送設(shè)備地址并等待應(yīng)答信號(hào)，若有從機(jī)應(yīng)答，則產(chǎn)生事件“EV6”這時(shí)SR1寄存器的“ADDR”位被置1， 表示地址已經(jīng)發(fā)送。

從機(jī)端接收到地址后，開(kāi)始向主機(jī)端發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)主機(jī)接收到這些數(shù)據(jù)后，會(huì)產(chǎn)生“EV7”事件， SR1寄存器的RXNE被置1，表示接收數(shù)據(jù)寄存器非空，我們讀取該寄存器后，可對(duì)數(shù)據(jù)寄存器清空， 以便接收下一次數(shù)據(jù)。此時(shí)我們可以控制I2C發(fā)送應(yīng)答信號(hào)(ACK)或非應(yīng)答信號(hào)(NACK)，若應(yīng)答， 則重復(fù)以上步驟接收數(shù)據(jù)，若非應(yīng)答，則停止傳輸；

發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)后， 產(chǎn)生停止信號(hào)(P)，結(jié)束傳輸。

在發(fā)送和接收過(guò)程中，有的事件不只是標(biāo)志了我們上面提到的狀態(tài)位，還可能同時(shí)標(biāo)志主機(jī)狀態(tài)之類(lèi)的狀態(tài)位，而且讀了之后還需要清除標(biāo)志位， 比較復(fù)雜。我們可使用W55MH32標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)來(lái)直接檢測(cè)這些事件的復(fù)合標(biāo)志，降低編程難度。

3 I2C初始化結(jié)構(gòu)體詳解

跟其它外設(shè)一樣，W55MH32標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供了I2C初始化結(jié)構(gòu)體及初始化函數(shù)來(lái)配置I2C外設(shè)。 初始化結(jié)構(gòu)體及函數(shù)定義在庫(kù)文件“w55mh32_i2c.h”及“w55mh32_i2c.c”中， 編程時(shí)我們可以結(jié)合這兩個(gè)文件內(nèi)的注釋使用或參考庫(kù)幫助文檔。了解初始化結(jié)構(gòu)體后我們就能對(duì)I2C外設(shè)運(yùn)用自如了， 見(jiàn)代碼清單:I2C-1 ：

代碼清單:I2C-1 I2C初始化結(jié)構(gòu)體

typedef struct {
    uint32_t I2C_ClockSpeed; /*!< 設(shè)置SCL時(shí)鐘頻率，此值要低于400000*/
    uint16_t I2C_Mode;      /*!< 指定工作模式，可選I2C模式及SMBUS模式 */
    uint16_t I2C_DutyCycle; /*指定時(shí)鐘占空比，可選low/high = 2:1及16:9模式*/
    uint16_t I2C_OwnAddress1;     /*!< 指定自身的I2C設(shè)備地址 */
    uint16_t I2C_Ack;                 /*!< 使能或關(guān)閉響應(yīng)(一般都要使能) */
    uint16_t I2C_AcknowledgedAddress; /*!< 指定地址的長(zhǎng)度，可為7位及10位 */
} I2C_InitTypeDef;

這些結(jié)構(gòu)體成員說(shuō)明如下，其中括號(hào)內(nèi)的文字是對(duì)應(yīng)參數(shù)在W55MH32標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中定義的宏：

I2C_ClockSpeed

本成員設(shè)置的是I2C的傳輸速率，在調(diào)用初始化函數(shù)時(shí)，函數(shù)會(huì)根據(jù)我們輸入的數(shù)值經(jīng)過(guò)運(yùn)算后把時(shí)鐘因子寫(xiě)入到I2C的時(shí)鐘控制寄存器CCR。 而我們寫(xiě)入的這個(gè)參數(shù)值不得高于400KHz。實(shí)際上由于CCR寄存器不能寫(xiě)入小數(shù)類(lèi)型的時(shí)鐘因子，影響到SCL的實(shí)際頻率可能會(huì)低于本成員設(shè)置的參數(shù)值， 這時(shí)除了通訊稍慢一點(diǎn)以外，不會(huì)對(duì)I2C的標(biāo)準(zhǔn)通訊造成其它影響。

I2C_Mode

本成員是選擇I2C的使用方式，有I2C模式(I2C_Mode_I2C)和SMBus主、 從模式(I2C_Mode_SMBusHost、 I2C_Mode_SMBusDevice ) 。 I2C不需要在此處區(qū)分主從模式，直接設(shè)置I2C_Mode_I2C即可。

I2C_DutyCycle

本成員設(shè)置的是I2C的SCL線(xiàn)時(shí)鐘的占空比。該配置有兩個(gè)選擇， 分別為低電平時(shí)間比高電平時(shí)間為2：1 ( I2C_DutyCycle_2)和16：9 (I2C_DutyCycle_16_9)。 其實(shí)這兩個(gè)模式的比例差別并不大，一般要求都不會(huì)如此嚴(yán)格，這里隨便選就可以。

I2C_OwnAddress1

本成員配置的是W55MH32的I2C設(shè)備自己的地址，每個(gè)連接到I2C總線(xiàn)上的設(shè)備都要有一個(gè)自己的地址，作為主機(jī)也不例外。 地址可設(shè)置為7位或10位(受下面I2C_AcknowledgeAddress成員決定)，只要該地址是I2C總線(xiàn)上唯一的即可。

W55MH32的I2C外設(shè)可同時(shí)使用兩個(gè)地址，即同時(shí)對(duì)兩個(gè)地址作出響應(yīng)，這個(gè)結(jié)構(gòu)成員I2C_OwnAddress1配置的是默認(rèn)的、OAR1寄存器存儲(chǔ)的地址， 若需要設(shè)置第二個(gè)地址寄存器OAR2，可使用I2C_OwnAddress2Config()函數(shù)來(lái)配置，OAR2不支持10位地址，只有7位。

I2C_Ack_Enable

本成員是關(guān)于I2C應(yīng)答設(shè)置，設(shè)置為使能則可以發(fā)送響應(yīng)信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)配置為允許應(yīng)答(I2C_Ack_Enable)， 這是絕大多數(shù)遵循I2C標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備的通訊要求，改為禁止應(yīng)答(I2C_Ack_Disable)往往會(huì)導(dǎo)致通訊錯(cuò)誤。

I2C_AcknowledgeAddress

本成員選擇I2C的尋址模式是7位還是10位地址。這需要根據(jù)實(shí)際連接到I2C總線(xiàn)上設(shè)備的地址進(jìn)行選擇，這個(gè)成員的配置也影響到I2C_OwnAddress1成員， 只有這里設(shè)置成10位模式時(shí)，I2C_OwnAddress1才支持10位地址。

配置完這些結(jié)構(gòu)體成員值，調(diào)用庫(kù)函數(shù)I2C_Init()即可把結(jié)構(gòu)體的配置寫(xiě)入到寄存器中。

4 I2C通信測(cè)試

4.1 編程要點(diǎn)

配置通訊使用的目標(biāo)引腳為開(kāi)漏模式；

使能I2C外設(shè)的時(shí)鐘；

配置I2C外設(shè)的模式、地址、速率等參數(shù)并使能I2C外設(shè)；

編寫(xiě)基本I2C按字節(jié)收發(fā)的函數(shù)；

4.2 代碼分析

1. 頭文件和宏定義

#include 
#include 
#include 
#include "delay.h"
#include "w55mh32.h"

#define BUFF_SIZE 256

引入了標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)、自定義延時(shí)庫(kù)和硬件相關(guān)庫(kù)的頭文件，同時(shí)定義了緩沖區(qū)大小為 256 字節(jié)。

2. 函數(shù)聲明

聲明了一系列函數(shù)，涵蓋 UART、NVIC、I2C 的配置，I2C 主從設(shè)備測(cè)試，數(shù)據(jù)填充、打印，以及命令獲取等功能。

3. 全局變量

USART_TypeDef *USART_TEST = USART1;
uint8_t SendBuff[BUFF_SIZE];
uint8_t RecvBuff[BUFF_SIZE];
uint8_t RecvFlag = 0;

定義了用于測(cè)試的串口為USART1，以及發(fā)送緩沖區(qū)、接收緩沖區(qū)和接收標(biāo)志。

4. 主函數(shù)main()

int main(void)
{
    uint8_t           cmd;
    RCC_ClocksTypeDef clocks;

    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_CRC, ENABLE);
    delay_init();
    UART_Configuration(115200);
    RCC_GetClocksFreq(&clocks);

    printf("n");
    printf("SYSCLK: %3.1fMhz, HCLK: %3.1fMhz, PCLK1: %3.1fMhz, PCLK2: %3.1fMhz, ADCCLK: %3.1fMhzn",
           (float)clocks.SYSCLK_Frequency / 1000000, (float)clocks.HCLK_Frequency / 1000000,
           (float)clocks.PCLK1_Frequency / 1000000, (float)clocks.PCLK2_Frequency / 1000000, (float)clocks.ADCCLK_Frequency / 1000000);

    printf("IIC Transmit Test.n");
    printf("m: IIC master polling sendn");
    printf("r: IIC slave int receiven");

    IIC_Configuration();

    while (1)
    {
        cmd = GetCmd();
        switch (cmd)
        {
        case 'm':
            printf("IIC polling master send data:n");
            IIC_MasterTest();
            break;
        case 'r':
            printf("IIC slave receive data...n");
            NVIC_Configuration();
            IIC_SlaveTest();
            break;
        }
    }
}

初始化 CRC 時(shí)鐘、延時(shí)函數(shù)和 UART，波特率設(shè)為 115200。

獲取系統(tǒng)時(shí)鐘頻率并通過(guò)串口輸出。

輸出 I2C 通信測(cè)試提示和命令選項(xiàng)。

配置 I2C。

進(jìn)入無(wú)限循環(huán)，等待用戶(hù)輸入命令：輸入m，執(zhí)行 I2C 主設(shè)備輪詢(xún)發(fā)送測(cè)試。

輸入r，配置 NVIC 并執(zhí)行 I2C 從設(shè)備中斷接收測(cè)試。

5. I2C 配置函數(shù)IIC_Configuration()

void IIC_Configuration(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    I2C_InitTypeDef  I2C_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1 | RCC_APB1Periph_I2C2, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_OD;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_ForcePuPdCmd(GPIOB, ENABLE);
    GPIO_ForcePullUpConfig(GPIOB, GPIO_Pin_6);
    GPIO_ForcePullUpConfig(GPIOB, GPIO_Pin_7);

    I2C_DeInit(I2C1);
    I2C_InitStructure.I2C_Mode                = I2C_Mode_I2C;
    I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle           = I2C_DutyCycle_2;
    I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;
    I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1         = 0xA0;
    I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed          = 100000;
    I2C_InitStructure.I2C_Ack                 = I2C_Ack_Enable;

    I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure);
    I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);
}

使能 GPIOB 和 I2C1、I2C2 的時(shí)鐘。

配置 GPIOB 的 6、7 引腳為復(fù)用開(kāi)漏輸出，并啟用內(nèi)部上拉。

初始化 I2C1，設(shè)置工作模式、占空比、地址模式、自身地址、時(shí)鐘速度和應(yīng)答使能，最后使能 I2C1。

6. I2C 主設(shè)備測(cè)試函數(shù)IIC_MasterTest()

void IIC_MasterTest(void)
{
    uint32_t i = 0, j;

    FillData();
    j = BUFF_SIZE;
    DataPrintf(SendBuff, BUFF_SIZE);

    I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);
    while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

    I2C_Send7bitAddress(I2C1, 0xA0, I2C_Direction_Transmitter);
    while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));

    while (j--)
    {
        I2C_SendData(I2C1, SendBuff[i]);
        while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));
        i++;
    }

    I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);
    while ((I2C1->CR1 & 0x200) == 0x200);
}

調(diào)用FillData()函數(shù)填充發(fā)送緩沖區(qū)，并打印發(fā)送數(shù)據(jù)。

生成 I2C 起始信號(hào)，等待主模式選擇事件。

發(fā)送從設(shè)備地址，等待主發(fā)送模式選擇事件。

循環(huán)發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，每次發(fā)送后等待字節(jié)發(fā)送完成事件。

生成 I2C 停止信號(hào)，等待停止信號(hào)發(fā)送完成。

7. I2C 從設(shè)備測(cè)試函數(shù)IIC_SlaveTest()

void IIC_SlaveTest(void)
{
    FillData();
    I2C_ITConfig(I2C1, I2C_IT_EVT | I2C_IT_BUF, ENABLE);
    I2C_ITConfig(I2C1, I2C_IT_ERR, ENABLE);

    while (1)
    {
        if (RecvFlag == 1)
        {
            DataPrintf(RecvBuff, BUFF_SIZE);
            if (memcmp(RecvBuff, SendBuff, BUFF_SIZE) == 0)
            {
                printf("IIC slave int receive data successn");
            }
            memset(RecvBuff, 0, BUFF_SIZE);
            RecvFlag = 0;
        }
    }
}

調(diào)用FillData()函數(shù)填充發(fā)送緩沖區(qū)。

使能 I2C1 的事件、緩沖區(qū)和錯(cuò)誤中斷。

進(jìn)入無(wú)限循環(huán)，當(dāng)RecvFlag置 1 時(shí)，打印接收數(shù)據(jù)，比較接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，若相同則輸出接收成功信息，然后清空接收緩沖區(qū)并復(fù)位RecvFlag。

8. NVIC 配置函數(shù)NVIC_Configuration()

void NVIC_Configuration(void)
{
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel                   = I2C1_EV_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority        = 2;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd                = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel                   = I2C1_ER_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority        = 3;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

配置 I2C1 的事件和錯(cuò)誤中斷的優(yōu)先級(jí)，并使能這兩個(gè)中斷。

9. 還有一些其他函數(shù)

UART_Configuration()：配置 UART1，設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等參數(shù)。

DataPrintf()：以十六進(jìn)制格式打印緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。

FillData()：填充發(fā)送緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)從0x01開(kāi)始遞增。

GetCmd()：從 UART1 接收用戶(hù)輸入的命令。

SER_PutChar和fputc()：重定向標(biāo)準(zhǔn)輸出函數(shù)，將字符發(fā)送到 UART1。

4.3 下載驗(yàn)證

在電腦端打開(kāi)串口調(diào)試助手， 把編譯好的程序下載到開(kāi)發(fā)板。在串口調(diào)試助手可看到EEPROM測(cè)試的調(diào)試信息：

WIZnet 是一家無(wú)晶圓廠半導(dǎo)體公司，成立于 1998 年。產(chǎn)品包括互聯(lián)網(wǎng)處理器 iMCU?，它采用 TOE（TCP/IP 卸載引擎）技術(shù)，基于獨(dú)特的專(zhuān)利全硬連線(xiàn) TCP/IP。iMCU? 面向各種應(yīng)用中的嵌入式互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

WIZnet 在全球擁有 70 多家分銷(xiāo)商，在香港、韓國(guó)、美國(guó)設(shè)有辦事處，提供技術(shù)支持和產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)。

香港辦事處管理的區(qū)域包括：澳大利亞、印度、土耳其、亞洲（韓國(guó)和日本除外）。