本节介绍I2C接口的物理特征、通信特征（串行、同步、非差分、低速率）、主从设备、通信时序，以及S5PV210的I2C控制器，然后还有x210自带的 gsensor 芯片

什么是I2C通信

物理接口：SCL + SDA

SCL(serial clock)：
- 时钟线，传输CLK信号，一般是I2C主设备向从设备提供时钟的通道。
SDA(serial data):
- 数据线，通信数据都通过SDA线传输

通信特征：串行、同步、非差分、低速率

I2C属于串行通信，所有的数据以位为单位在SDA线上串行传输。
同步通信就是通信双方工作在同一个时钟下，一般是通信的A方通过一根CLK信号线传输A自己的时钟给B，B工作在A传输的时钟下。所以同步通信的显著特征就是：通信线中有CLK
非差分。因为I2C通信速率不高，而且通信双方距离很近，所以使用电平信号通信。
低速率。I2C一般是用在同一个板子上的2个IC之间的通信，而且用来传输的数据量不大，所以本身通信速率很低（一般几百KHz，不同的I2C芯片的通信速率可能不同，具体在编程的时候要看自己所使用的设备允许的I2C通信最高速率，不能超过这个速率）

突出特征

主设备+从设备

I2C通信的时候，通信双方地位是不对等的，而是分主设备和从设备。通信由主设备发起，由主设备主导，从设备只是按照I2C协议被动的接受主设备的通信，并及时响应。谁是主设备、谁是从设备是由通信双方来定的（I2C协议并无规定），一般来说一个芯片可以只能做主设备、也可以只能做从设备、也可以既能当主设备又能当从设备（软件配置）。

可以多个设备挂在一条总线上

I2C通信可以一对一（1个主设备对1个从设备），也可以一对多（1个主设备对多个从设备）。
主设备来负责调度总线，决定某一时间和哪个从设备通信。注意：同一时间内，I2C的总线上只能传输一对设备的通信信息，所以同一时间只能有一个从设备和主设备通信，其他从设备处于“冬眠”状态
每一个I2C从设备在通信中都有一个I2C从设备地址，这个设备地址是从设备本身固有的属性，然后通信时主设备需要知道自己将要通信的那个从设备的地址，然后在通信中通过地址来甄别是不是自己要找的那个从设备。（这个地址是一个电路板上唯一的，不是全球唯一的）

主要用途

SoC和周边外设之间的通信（典型的如EEPROM、电容触摸IC、各种sensor等）

由I2C学通信时序

什么是时序

时序：字面意思，时序就是时间顺序，实际上在通信中时序就是通信线上按照时间顺序发生的电平变化，以及这些变化对通信的意义就叫时序。

I2C的总线空闲状态、起始位、结束位

condition

I2C总线上有1个主设备，n（n>=1）个从设备。
I2C总线上有2种状态:
- 空闲态（所有从设备都未和主设备通信，此时总线空闲）
- 忙态（其中一个从设备在和主设备通信，此时总线被这一对占用，其他从设备必须歇着）。
整个通信分为一个周期一个周期的，两个相邻的通信周期是空闲态。每一个通信周期由一个起始位开始，一个结束位结束，中间是本周期的通信数据。
起始位并不是一个时间点，起始位是一个时间段，在这段时间内总线状态变化情况是：SCL线维持高电平，同时SDA线发生一个从高到低的下降沿。
与起始位相似，结束位也是一个时间段。在这段时间内总线状态变化情况是：SCL线维持高电平，同时SDA线发生一个从低到高的上升沿。

I2C数据传输格式（数据位&ACK）

format

每一个通信周期的发起和结束都是由主设备来做的，从设备只有被动的响应主设备，没法自己自发的去做任何事情。
主设备在每个通信周期会先发8位的从设备地址（其实8位中只有7位是从设备地址，还有1位表示主设备下面要写入还是读出）到总线（主设备是以广播的形式发送的，只要是总线上的所有从设备其实都能收到这个信息）。然后总线上的每个从设备都能收到这个地址，并且收到地址后和自己的设备地址比较看是否相等。如果相等说明主设备本次通信就是给我说话，如果不想等说明这次通信与我无关，不用听了不管了。
发送方发送一段数据后，接收方需要回应一个ACK。这个响应本身只有1个bit位，不能携带有效信息，只能表示2个意思（要么表示收到数据，即有效响应；要么表示未收到数据，无效响应）
在某一个通信时刻，主设备和从设备只能有一个在发（占用总线，也就是向总线写），另一个在收（从总线读）。如果在某个时间主设备和从设备都试图向总线写那就完蛋了，通信就乱套了。

数据在总线上的传输协议

transfer

I2C通信时的基本数据单位也是以字节为单位的，每次传输的有效数据都是1个字节（8位）。
起始位及其后的8个 CLK 中都是主设备在发送（这设备掌控总线），此时从设备只能读取总线，通过读总线来得知主设备发给从设备的信息；然后到了第9周期，按照协议规定从设备需要发送ACK给主设备，所以此时主设备必须释放总线（主设备把总线置为高电平然后不要动，其实就类似于总线空闲状态），同时从设备试图拉低总线发出ACK。如果从设备拉低总线失败，或者从设备根本就没有拉低总线，则主设备看到的现象就是总线在第9周期仍然一直保持高，这对主设备来说，意味着我没收到ACK，主设备就认为刚才给从设备发送的8字节不对（接收失败）

S5PV210 的 I2C 控制器

S5PV210 RISC微处理器支持四个多主站I2C总线串行接口。为了在总线主站和连接到I2C总线的外围设备之间传输信息，使用了一条专用的串行数据线(SDA)和一条串行时钟线(SCL)。SDA和SCL线都是双向的。

为了控制多主站I2C总线操作，必须将值写入以下寄存器中：

多主站I2C总线控制寄存器-I2CCON
多主站I2C总线控制/状态寄存器-I2CSTAT
多主站I2C总线Tx/Rx数据移位寄存器-I2CDS
多主站I2C总线地址寄存器-I2CADD

如果I2C总线是空闲的，那么SDA和SCL线都应该是高电平。SDA从高电平到低电平的转换会触发一个开始条件。SDA的低电平到高电平的转换会触发一个停止条件，而SCL保持稳定在高电平。

主设备总是会产生启动和停止条件。启动条件启动后，通过SDA线传输的数据字节中的第一个7位地址值，可以确定总线主设备选择的从设备。第8位决定了传输的方向（读或写）。

每一个放到SDA线上的数据总共应该是8位。在总线传输操作中，发送或接收字节数没有限制。数据总是先从最高位（MSB）开始发送，每个字节后应紧随其后的是确认（ACK）位。

通信双方本质上是通过时序在工作，但是时序会比较复杂不利于SoC软件完成，于是乎解决方案是SoC内部内置了硬件的控制器来产生通信时序。这样我们写软件时只需要向控制器的寄存器中写入配置值即可，控制器会产生适当的时序在通信线上和对方通信。

结构框图

construct

时钟部分
- 时钟来源是PCLK_PSYS，经过内部分频最终得到I2C控制器的CLK，通信中这个CLK会通过SCL线传给从设备。
I2C总线控制逻辑（前台代表是I2CCON、I2CSTAT这两个寄存器）
- 主要负责产生I2C通信时序。实际编程中要发送起始位、停止位、接收ACK等都是通过这两个寄存器（背后所代表的电路模块）实现的。
移位寄存器（shift register）
- 将代码中要发送的字节数据，通过移位寄存器变成1个位一个位的丢给SDA线上去发送/接收
地址寄存器+比较器。本I2C控制器做从设备的时候用

系统分析I2C的时钟

I2C时钟源头来源于PCLK（PCLK_PSYS，等于65MHz），经过了2级分频后得到的。
第一级分频是I2CCON的bit6，可以得到一个中间时钟I2CCLK（等于PCLK/16或者PCLK/512）
第二级分频是得到最终I2C控制器工作的时钟，以I2CCLK这个中间时钟为来源，分频系数为[1,16]
最终要得到时钟是2级分频后的时钟，譬如一个可用的设置是：65000KHz/512/4=31KHz

主要寄存器I2CCON、I2CSTAT、I2CADD、I2CDS

I2CCON + I2CSTAT：主要用来产生通信时序和I2C接口配置。
I2CADD：用来写自己的slave address
I2CDS：发送/接收的数据都放在这里

X210板载 gsensor 介绍

原理图查阅

gsensor

gsensor的供电由PWMTOUT3引脚控制。当PWMTOUT3输出低电平时gsensor无电不工作；当输出高电平时gsensor才会工作。
gsensor的SDA和SCL接的是S5PV210的I2C端口0
将来编程时在gsensor_init函数中要去初始化相关的GPIO。要把相应的GPIO设置为正确的模式和输入输出值。

I2C从设备的设备地址

KXTE9的I2C地址固定为0b0001111（0x0f）
I2C从设备地址本身是7位的，但是在I2C通信中发送I2C从设备地址时实际发送的是8位，这8位中高7位（bit7-bit1）对应I2C从设备的7位地址，最低一位（LSB）存放的是R/W信息（就是说下一个数据是主设备写从设备读（对应0），还是主设备读从设备写（对应1））
基于上面讲的，对于KXTE9来说，主设备（SoC）发给gsensor信息时，SAD应该是：0b00011110(0x1E) 如果是主设备读取gsensor信息时，SAD应该是：0b00011111（0x1F）

I2C从设备的通信速率

I2C协议本身属于低速协议，通信速率不能太高。
实际上通信的主设备和从设备本身都有最高的通信速率限制（属于各个芯片本身的参数），实际编程时怎么确定最终的通信速率？只要小于两个即可。
一般来说只能做从设备的sensor芯片本身i2c通信速率偏低，像KXTE9最高支持400KHz的频率。

I2C总线的通信流程

S5PV210的主发送流程图

mtransfer

S5PV210的主接收流程图

master receiver

gsensor的写寄存器流程图

gsend

gsensor的读寄存器流程图

greceiver

I2C 相关寄存器

寄存器地址

rmap

I2C 控制寄存器

I2CCON0, R/W, Address = 0xE180_0000
I2CCON2, R/W, Address = 0xE1A0_0000

control

I2C 控制状态寄存器

I2CSTAT0, R/W, Address = 0xE180_0004
I2CSTAT2, R/W, Address = 0xE1A0_0004

status

I2C 从站地址寄存器

addr

I2C 移位寄存器

shift

I2C 线控寄存器

line

ADC的引入

什么是ADC

ADC:analog digital converter,AD转换，模数转换（也就是模拟转数字）。CPU本身是数字的，而外部世界变量（如电压、温度、高度、压力・・・）都是模拟的，所以需要用CPU来处理这些外部的模拟变量的时候就需要做AD转换。

ADC的主要相关概念

量程（模拟量输入范围）

AD转换器是一个电子器件，所以他只能输入电压信号。其他种类的模拟信号要先经过传感器（Sensor）的转换变成模拟的电压信号然后才能给AD。
AD输入端的模拟电压要求有一个范围，一般是0～3.3V或0～5V或者是0～12V等等。模拟电压的范围是AD芯片本身的一个参数。实际工作时给AD的电压信号不能超过这个电压范围。

精度（分辨率resolution）

AD转换输出的数字值是有一定的位数的（譬如说10位，意思就是输出的数字值是用10个二进制位来表示的，这种就叫10位AD）。这个位数就表示了转换精度。
10位AD就相当于把整个范围分成了1024个格子，每个格子之间的间隔就是电压的表示精度。加入AD芯片的量程是0～3.3V，则每个格子代表的电压值是3.3V/1024=0.0032265V。如果此时AD转换后得到的数字量是447，则这个数字量代表的模拟值是：447×0.0032265V=1.44V。
AD的位数越多，则每个格子表示的电压值越小，将来算出来的模拟电压值就越精确。
AD的模拟量程一样的情况下，AD精度位数越多精度越高，测出来的值越准。但是如果AD的量程不一样。譬如2个AD，A的量程是0～50V，B的量程是0～0.5V，A是12位的，B是10位的，可能B的精度比A的还要高。（A的精度：50/1024=0.04883，B的精度：0.5/4096=0.000122）

转换速率（MSPS与 conventer clock的不同）

AD芯片进行AD转换是要耗费时间的。这个时间需要多久，不同的芯片是不一样的，同一颗芯片在配置不一样（譬如说精度配置为10位时时间比精度配置为12位时要小，譬如说有些AD可以配转换时钟，时钟频率高则转换时间短）时转换时间也不一样。
详细的需要时间可以参考数据手册。一般数据手册中描述转换速率用的单位是MSPS（第一个M是兆，S是sample，就是采样；PS就是per second，总的意思就是兆样本每秒，每秒种转出来多少M个数字值）
AD工作都需要一个时钟，这个时钟有一个范围，我们实际给他配置时不要超出这个范围就可以了。AD转换是在这个时钟下进行的，时钟的频率控制着AD转换的速率。注意：时钟频率和MSPS不是一回事，只是成正比不是完全相等。譬如S5PV210中的AD转换器，MSPS = 时钟频率/5

S5PV210的ADC控制器

ADC和（电阻式）触摸屏的关系

adc_block

ADC在210的数据手册的Section10.7。电阻式触摸屏本身工作时依赖于AD转换，所以在210的SoC中电阻触摸屏接口本身和ADC接口是合二为一的。或者说电阻触摸屏接口使用了（复用了）ADC的接口。

ADC的工作时钟框图

adc_clock

ADCCLK 是ADC控制器工作的时钟，也就是1.13.2.3节中讲到的 converter clock。从时钟框图可以看出，它是PCLK（当然是PCLK_PSYS）经过了一次分频后得到的。所以将来初始化ADC控制器时一定有一个步骤是初始化这里的分频器。

210的10个ADC通道（注意ADC引脚和GPIO的区别）

210一共支持10个ADC通道，分别叫AIN[0]~AIN[9]。理论上可以同时做10路AD转换。
SoC的引脚至少分2种：
- digit数字引脚
- analog模拟引脚。
- 我们以前接触的GPIO都属于数字引脚，ADC channel通道引脚属于模拟引脚。数字引脚和模拟引脚一般是不能混用的。

ADC控制器的主要寄存器

reg

等待触摸屏转换完毕的方法有2种：
- 一种是检查标志位
  - 我们先开启一次转换然后循环不停检查标志位直到标志位为1表明已经转换完可以去读了
- 第二种是中断
  - 设置好中断，写好中断isr来读取AD转换数据。
  - 然后开启中断后CPU就不用管了，等AD转换完成后会生成一个中断信号给CPU，就会进入中断处理流程。
- 第一种方法是同步的，第二种方式是异步的。
AD转换都是需要反复进行的，那么转完一次一般要立即开启下一次转换，所以需要有一种机制能够在一次转完时自动开启下一次。这个机制就叫start by read，这个机制的工作方法是：当我们读取本次AD转换的AD值后，硬件自动开启下一次AD转换。