《STM32從零開始學習歷程》@EnzoReventon
STM32的I2C特性及架構
- 軟體模擬協議：直接控制GPIO引腳電平產生通訊時序時，需要由CPU控制每個時刻的引腳狀態，如果通訊資料量大，主從機數量多時這種通訊協議會對CPU產生較大的負載，
- 硬體協議：STM32 的I2C 片上外設專門負責實作I2C 通訊協議，只要配置好該外設，它就會自動根據協議要求產生通訊信號，收發資料并快取起來，CPU 只要檢測該外設的狀態和訪問資料暫存器，就能完成資料收發，這種由硬體外設處理I2C 協議的方式減輕了CPU 的作業，且使軟體設計更加簡單，
- STM32 的I2C 外設可用作通訊的主機及從機，支持100Kbit/s 和400Kbit/s 的速率，支持7 位、10位設備地址，支持DMA 資料傳輸，并具有資料校驗功能，
1.STM32的I2C架構圖：
- 通訊引腳：SDA，SCL，SMBA，連接到內部的電路邏輯中，SMBA有些功能與I2C共用，可以不必深究，用到的時候再去了解，
- 時鐘控制邏輯：噪聲濾波器，時鐘控制，時鐘控制暫存器（CCR），用來連接SCL，產生各種時鐘邏輯，
- 資料控制邏輯：噪聲濾波器，資料控制，資料移位暫存器，資料暫存器，比較器，PEC暫存器，自身地址暫存器，雙地址暫存器，PEC計算，用來存盤接收資料，
- 整體控制邏輯：控制暫存器（CR1和CR2），狀態暫存器（SR1和SR2），控制邏輯，中斷，DMA，ACK，
2.STM32的I2C通訊引腳：
STM32F407ZGT6共有3個I2C通訊介面，
| 引腳 | I2C1 | I2C2 | I2C3 |
|---|---|---|---|
| SCL | PB6/PB10 | PF1/PB10 | PA8 |
| SDA | PB7/PB9 | PF0/PB11 | PC9 |
3.STM32的I2C時鐘控制邏輯：
SCL線的時鐘信號，由I2C介面根據時鐘控制暫存器(CCR)控制，控制的引數主要為時鐘頻率，
- 可選擇I2C 通訊的“標準/快速”模式，這兩個模式分別I2C 對應100/400Kbit/s 的通訊速率，
- 在快速模式下可選擇SCL 時鐘的占空比，可選Tlow/Thigh=2 或Tlow/Thigh=16/9 模式，我們知道I2C 協議在SCL 高電平時對SDA 信號采樣，SCL 低電平時SDA 準備下一個資料，修改SCL 的高低電平比會影響資料采樣，但其實這兩個模式的比例差別并不大，若不是要求非常嚴格，這里隨便選就可以了，
T = Tl + Th
0： Tl / Th = 2
Tl = 2/3 T
Th = 1/3 T
1: Tl / Th = 16/9
Th = 9/25 T
Tl = 16/25 T
- CCR 暫存器中還有一個12 位的配置因子CCR，它與I2C 外設的輸入時鐘源共同作用，產生SCL 時鐘，STM32 的I2C 外設都掛載在APB1 總線上，使用APB1 的時鐘源PCLK1，SCL信號線的輸出時鐘公式如下：
標準模式：
快速模式：
用處是固定時鐘輸出，
例如，我們的PCLK1=42MHz，想要配置400Kbit/s 的速率，計算方式如下：
PCLK 時鐘周期： TPCLK1 = 1/42000000
目標SCL 時鐘周期： TSCL = 1/400000
SCL 時鐘周期內的高電平時間： THIGH = TSCL/3
SCL 時鐘周期內的低電平時間： TLOW = 2*TSCL/3
計算CCR 的值： CCR = THIGH/TPCLK1 = 35
該結果剛好為整數，所以我們可直接把CCR取值為35，這樣I2C 的SCL 實際頻率即為400KHz，特別地，CCR暫存器是無法配置小數引數的，如果配置某個速率算出來CCR 的結果為小數的話，需要對結果進行取整，再配置，取整后SCL的輸出頻率會跟原目標頻率稍微不同，取整后除了通訊稍慢或稍快一點以外，不會對I2C 的標準通訊造成其它影響，
4.STM32的I2C資料控制邏輯：
- I2C的SDA信號主要連接到資料移位暫存器上，資料移位暫存器的資料來源及目標是資料暫存器(DR)、地址暫存器(OAR)、PEC暫存器以及SDA資料線，
- 當向外發送資料的時候，資料移位暫存器以“資料暫存器”為資料源，把資料一位一位地通過SDA信號線發送出去，
- 當從外部接收資料的時候，資料移位暫存器把SDA信號線采樣到的資料一位一位地存盤到“資料暫存器”中，
- 若使能了資料校驗，接收到的資料會經過PCE計算器運算，運算結果存盤在**“PEC暫存器”**中，
- 當STM32的I2C作業在從機模式的時候，接收到設備地址信號時，資料移位暫存器會把接收到的地址與STM32 的自身的“I2C地址暫存器”的值作比較，以便回應主機的尋址，
- STM32 的自身I2C地址可通過修改“自身地址暫存器”修改，支持同時使用兩個I2C設備地址，兩個地址分別存盤在OAR1和OAR2中，
5.STM32的I2C整體控制邏輯：
- 整體控制邏輯負責協調整個I2C外設，控制邏輯的作業模式根據我們配置的“控制暫存器(CR1/CR2)”的引數而改變，
- 在外設作業時，控制邏輯會根據外設的作業狀態修改“狀態暫存器(SR1和SR2)”，我們只要讀取這些暫存器相關的暫存器位，就可以了解I2C的作業狀態了，
- 除此之外，控制邏輯還根據要求，負責控制產生I2C 中斷信號、DMA請求及各種I2C的通訊信號(起始、停止、回應信號等)，
6.STM32的I2C通訊程序：
6.1主發送器
- 控制產生起始信號(S)，當發生起始信號后，它產生事件“EV5”，并會對SR1暫存器的“SB”位置1，表示起始信號已經發送，
- 發送設備地址并等待應答信號，若有從機應答，則產生事件“EV6”及“EV8”，這時SR1暫存器的“ADDR”位及“TXE”位被置1，ADDR 為1表示地址已經發送，TXE為1表示資料暫存器為空；
- 往I2C的“資料暫存器DR”寫入要發送的資料，這時TXE位會被重置0，表示資料暫存器非空，I2C外設通過SDA信號線一位位把資料發送出去后，又會產生“EV8”事件，即TXE位被置1，重復這個程序，可以發送多個位元組資料，
- 發送資料完成后，控制I2C設備產生一個停止信號§，這個時候會產生EV2事件，SR1的TXE位及BTF位都被置1，表示通訊結束，
6.2主接收器
- 起始信號(S) 是由主機端產生的，控制發生起始信號后，它產生事件“EV5”，并會對SR1暫存器的“SB”位置1，表示起始信號已經發送；
- 發送設備地址并等待應答信號，若有從機應答，則產生事件“EV6”這時SR1暫存器的“ADDR”位被置1，表示地址已經發送，
- 從機端接收到地址后，開始向主機端發送資料，當主機接收到這些資料后，會產生“EV7”事件，SR1暫存器的RXNE被置1，表示接收資料暫存器非空，讀取該暫存器后，可對資料暫存器清空，以便接收下一次資料，此時可以控制I2C發送應答信號(ACK)或非應答信號(NACK)，若應答，則重復以上步驟接收資料，若非應答，則停止傳輸；
- 發送非應答信號后，產生停止信號§，結束傳輸，
轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/ruanti/272859.html
標籤：其他
上一篇：運維面試前準備