目录
[I2C 驱动编写的步骤](#I2C 驱动编写的步骤)
[1. I2C 基本概念复习](#1. I2C 基本概念复习)
[2. 步骤 1：配置 I2C 硬件外设](#2. 步骤 1：配置 I2C 硬件外设)
[示例代码（基于 STM32 HAL 库）：](#示例代码（基于 STM32 HAL 库）：)
[3. 步骤 2：实现 I2C 启动与停止条件](#3. 步骤 2：实现 I2C 启动与停止条件)
[4. 步骤 3：实现 I2C 地址发送](#4. 步骤 3：实现 I2C 地址发送)
[5. 步骤 4：实现数据传输（发送或接收）](#5. 步骤 4：实现数据传输（发送或接收）)
[6. 步骤 5：结合 FreeRTOS 任务或中断](#6. 步骤 5：结合 FreeRTOS 任务或中断)
[通过 FreeRTOS 实现非阻塞 I2C 通信：](#通过 FreeRTOS 实现非阻塞 I2C 通信：)
[7. 步骤 6：错误处理](#7. 步骤 6：错误处理)
[8. 完整的 I2C 通信流程](#8. 完整的 I2C 通信流程)
[I2C 驱动的应用场景](#I2C 驱动的应用场景)
提问模型：GPT-4o-mini Free
提问时间：2024.09.13
1，问：
编写IIC驱动的过程
1，答：
编写 I2C（IIC, Inter-Integrated Circuit）驱动 的过程通常包含几个步骤，从初始化 I2C 硬件到实现数据的收发。下面我们将详细介绍如何在嵌入式系统中编写 I2C 驱动，结合不同的 I2C 操作模式，如主机模式 和从机模式，并实现数据读写功能。
I2C 驱动编写的步骤
1. I2C 基本概念复习
- I2C 总线 ：一种双线串行通信总线，包含：
- SDA（数据线）：双向数据传输线。
- SCL（时钟线）：时钟信号线。
- 主设备（Master）：发起通信并生成时钟信号。
- 从设备（Slave）：接收主设备的命令并响应。
2. 步骤 1：配置 I2C 硬件外设
I2C 驱动的第一步是配置硬件外设。在许多微控制器（如 STM32）中，I2C 通信是通过特定的硬件外设来实现的。你需要初始化这些外设并配置引脚功能。
- 设置 I2C 引脚：SDA 和 SCL 引脚通常被配置为开漏输出，并启用上拉电阻。
- 配置 I2C 时钟：时钟频率（如 100kHz 或 400kHz）需要根据总线和设备的要求进行配置。
- 启用 I2C 外设：配置 I2C 外设的控制寄存器，如时钟控制寄存器、地址寄存器等。
示例代码（基于 STM32 HAL 库）：
cs
I2C_HandleTypeDef hi2c1;
// 初始化 I2C 外设
void I2C_Init(void)
{
hi2c1.Instance = I2C1; // 使用 I2C1
hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000; // 设置时钟频率为100kHz
hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2; // 设置时钟占空比
hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0; // 主机模式时不需要设置从设备地址
hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT; // 使用7位地址模式
hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE; // 禁用双地址模式
hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE; // 禁用通用呼叫模式
hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE; // 启用时钟拉伸
if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)
{
// 初始化失败时的错误处理
Error_Handler();
}
}3. 步骤 2：实现 I2C 启动与停止条件
I2C 通信的每次传输都以**启动条件（Start Condition）开始，并以停止条件（Stop Condition）**结束。启动和停止条件是由 I2C 控制器生成的，通常通过寄存器设置来控制。
- 启动条件：主设备将 SDA 线从高电平拉低，同时 SCL 线保持高电平，表示开始通信。
- 停止条件：主设备将 SDA 线从低电平拉高，同时 SCL 线保持高电平，表示结束通信。
示例代码（假设是通过直接寄存器操作的方式实现）：
cs
void I2C_GenerateStart(void)
{
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START; // 设置 START 位以生成启动条件
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB)); // 等待启动条件完成（SB 位置1）
}
void I2C_GenerateStop(void)
{
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP; // 设置 STOP 位以生成停止条件
}4. 步骤 3：实现 I2C 地址发送
主设备需要向从设备发送从设备的地址，并指明是读操作还是写操作（由地址的最低有效位决定：0 表示写，1 表示读）。
示例代码：
cs
void I2C_SendAddress(uint8_t address, uint8_t direction)
{
uint8_t addr = (address << 1) | direction; // 将地址左移1位，并根据方向设定读/写位
I2C1->DR = addr; // 向数据寄存器发送地址
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR)); // 等待地址传输完成（ADDR 位置1）
// 清除 ADDR 标志
uint32_t temp = I2C1->SR1 | I2C1->SR2;
}5. 步骤 4：实现数据传输（发送或接收）
当主设备成功发送地址后，可以开始与从设备进行数据传输。
发送数据：
cs
void I2C_WriteData(uint8_t data)
{
I2C1->DR = data; // 将数据写入数据寄存器
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE)); // 等待数据寄存器空
}接收数据：
cs
uint8_t I2C_ReadData(void)
{
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_RXNE)); // 等待接收寄存器非空
return I2C1->DR; // 返回接收到的数据
}6. 步骤 5：结合 FreeRTOS 任务或中断
在嵌入式应用中，I2C 驱动通常与 FreeRTOS 任务或中断结合，确保实时处理 I2C 数据收发。
通过 FreeRTOS 实现非阻塞 I2C 通信：
在实际应用中，I2C 通信可能是耗时的操作，因此可以结合 FreeRTOS 消息队列或中断机制，实现非阻塞数据收发。
cs
// I2C 接收任务示例
void vI2CReceiveTask(void *pvParameters)
{
uint8_t data = 0;
while (1)
{
// 发送启动条件，发送设备地址，并接收数据
I2C_GenerateStart();
I2C_SendAddress(DEVICE_ADDRESS, I2C_READ);
data = I2C_ReadData();
I2C_GenerateStop();
// 处理接收到的数据
process_data(data);
// 延时一定时间，模拟周期性数据接收
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
}
}7. 步骤 6：错误处理
在 I2C 通信过程中，可能会发生一些错误，如仲裁丢失、超时等。I2C 控制器通常会设置相应的状态寄存器标志来指示这些错误。需要对这些错误标志进行检查并处理。
示例：
cs
void I2C_ErrorHandler(void)
{
if (I2C1->SR1 & I2C_SR1_AF) // 检查应答失败错误
{
I2C1->SR1 &= ~I2C_SR1_AF; // 清除应答失败标志
// 错误处理代码
}
if (I2C1->SR1 & I2C_SR1_ARLO) // 检查仲裁丢失错误
{
I2C1->SR1 &= ~I2C_SR1_ARLO; // 清除仲裁丢失标志
// 错误处理代码
}
}8. 完整的 I2C 通信流程
在完成所有步骤后，I2C 驱动的完整流程可以归纳为：
- 初始化 I2C 外设。
- 生成启动条件。
- 发送从设备地址。
- 发送或接收数据。
- 生成停止条件。
- 检查并处理错误。
I2C 驱动的应用场景
I2C 驱动广泛应用于嵌入式系统中：
- 连接传感器（如温度传感器、加速度计等）。
- 与存储设备通信（如 EEPROM）。
- 控制外部器件（如 LCD 显示器、扩展 I/O 芯片等）。
总结
编写 I2C 驱动需要：
- 初始化 I2C 硬件；
- 控制启动与停止条件；
- 发送从设备地址；
- 实现数据读写；
- 处理错误。
通过结合 FreeRTOS 的任务或中断，可以实现高效的非阻塞 I2C 通信。