IIC通信解析
一、IIC总线核心认知
1. 总线结构与特性
IIC总线仅包含两根线：
- SDA（Serial Data）：双向数据线，用于传输数据；
- SCL（Serial Clock）：时钟线，由主机提供同步时钟。
其核心特性是多主多从：同一总线上可连接多个主机和从机，每个设备有唯一的7/10位地址，通过地址区分通信对象。
2. 线与特性：总线电平的核心规则
IIC总线采用线与逻辑（多个设备共享总线，实际电平由所有设备的输出共同决定），用户笔记中的表格清晰展示了线与逻辑：
| chipA输出 | chipB输出 | 实际电平 |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
关键结论：只要有一个设备输出低电平，总线电平就是低；只有所有设备都输出高电平时，总线才是高。
3. 硬件驱动模式：开漏输出+上拉电阻
IIC设备的SDA/SCL引脚必须配置为开漏输出模式（不能用推挽模式），并外接上拉电阻（通常4.7k~10kΩ），原因如下：
- 开漏模式下，设备只能"拉低总线"，无法"主动输出高电平"；高电平由上拉电阻提供，天然契合线与逻辑；
- 推挽模式下，若两个设备同时输出高低电平，会导致总线短路（用户笔记中"不允许mos1和mos2同时导通"即为此理）。
用户笔记中MOS管控制的开漏模式表：
| mos1 | mos2 | pad电平 |
|---|---|---|
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1（上拉） |
| 1 | 0 | 高阻/悬空态 |
| 1 | 1 | 不允许（短路） |
二、IIC通信核心时序
IIC的通信由起始信号（Start）、地址/数据传输、应答（ACK/NACK）、停止信号（Stop） 四个核心环节组成，用户笔记中的时序图清晰展示了这些环节。
1. 起始信号（Start）
- 触发条件：SCL为高电平时，SDA由高变低；
- 作用：告诉总线上的设备"通信即将开始"，所有设备准备接收地址。
2. 数据传输规则
IIC以字节（8位） 为单位传输数据，传输时需遵循：
- SCL低电平时：发送方可以修改SDA电平（准备数据）；
- SCL高电平时：SDA电平必须稳定，接收方采样数据（不能修改）；
- 数据传输遵循MSB优先（高位先传）。
3. 应答机制（ACK/NACK）
每传输1字节数据后，接收方需要回复应答信号：
- ACK（应答）：接收方拉低SDA（SCL高时），表示"数据接收成功"；
- NACK（非应答）：接收方不拉低SDA，或释放总线（高电平），表示"数据接收失败"或"通信结束"。
4. 停止信号（Stop）
- 触发条件：SCL为高电平时，SDA由低变高；
- 作用：告诉总线上的设备"本次通信结束"，总线恢复空闲状态。
三、IIC写操作完整流程（结合用户流程图）
以"主机向从机指定寄存器写数据"为例，流程如下（对应用户的写操作流程图）：
- 初始化准备：清除仲裁标志、中断标志，设置主机发送模式；
- 发Start信号：主机置位"主模式位"，触发Start；
- 发从机地址（写方向）：从机地址左移1位，最低位设0（表示写）；
- 等从机应答：若收到ACK，继续；否则终止；
- 发寄存器地址：告诉从机"要写哪个寄存器"；
- 等从机应答：确认从机收到寄存器地址；
- 发数据：依次发送要写入的数据，每发1字节等一次应答；
- 发Stop信号：清除"主模式位"，触发Stop，等待总线空闲。
四、IMX6ULL IIC代码实战解析
用户提供了IMX6ULL的IIC初始化与写操作代码，以下是关键步骤的原理对应：
1. 头文件与寄存器宏定义
先定义IIC控制器的核心寄存器位（对应IMX6ULL的I2CR/I2SR寄存器）：
c
// I2CR（控制寄存器）关键位
#define I2CR_IEN (1 << 7) // IIC使能位
#define I2CR_MSTA (1 << 5) // 主模式位（置1=主机，触发Start）
#define I2CR_MTX (1 << 4) // 发送模式位（置1=发送，0=接收）
#define I2CR_RSTA (1 << 2) // 重发起始位
// I2SR（状态寄存器）关键位
#define I2SR_IIF (1 << 1) // 中断标志（传输1字节后置1）
#define I2SR_RXAK (1 << 0) // 接收的应答类型（0=ACK，1=NACK）2. IIC初始化函数：硬件层配置
初始化分为引脚配置 和IIC控制器配置两部分：
c
void i2c_init(I2C_Type *base)
{
// 1. 引脚复用：将UART4的引脚配置为IIC1的SDA/SCL
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART4_RX_DATA_I2C1_SDA, 1);
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART4_TX_DATA_I2C1_SCL, 1);
// 2. 电气特性：配置开漏、上拉等（0x10B0为IMX6ULL的IIC标准配置）
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART4_RX_DATA_I2C1_SDA, 0x10B0);
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART4_TX_DATA_I2C1_SCL, 0x10B0);
// 3. IIC控制器配置
base->I2CR &= ~I2CR_IEN; // 先失能IIC，复位控制器
base->IFDR = 0x15; // 设置时钟分频，对应IIC时钟频率（如100kHz）
base->I2CR |= I2CR_IEN; // 使能IIC控制器
}- 引脚复用：IMX6ULL的引脚是多功能的，需通过IOMUXC将引脚切换为IIC功能；
- 时钟分频 ：
IFDR寄存器决定IIC的通信速率（如0x15对应100kHz，需匹配从机支持的速率）。
3. 应答等待函数：确保数据传输成功
传输1字节后，需等待"中断标志（IIF）"置1，并检查应答类型：
c
int wait_i2c_iif(I2C_Type *base)
{
while ((base->I2SR & I2SR_IIF) == 0); // 等待传输完成（IIF置1）
base->I2SR &= ~I2SR_IIF; // 清除中断标志
if ((base->I2SR & I2SR_RXAK) != 0) // 检查应答：非0则NACK
{
return -1;
}
return 0; // 收到ACK，传输成功
}4. IIC写操作函数：对应通信流程
代码完全遵循"写操作流程"，每一步对应时序环节：
c
void i2c_write(I2C_Type *base, unsigned char dev_addr, unsigned char reg_addr, unsigned char *data, unsigned int len)
{
int stat = 0;
// 初始化：清除仲裁、中断标志，设为发送模式
base->I2SR &= ~(I2SR_IAL | I2SR_IIF);
base->I2CR |= I2CR_MTX;
// 1. 发Start信号：置位主模式位（MSTA）
base->I2CR |= I2CR_MSTA;
// 2. 发从机地址（写方向：最低位0）
base->I2DR = ((dev_addr << 1) | 0);
stat = wait_i2c_iif(base); // 等应答
if (stat != 0) goto stop;
// 3. 发寄存器地址
base->I2DR = reg_addr;
stat = wait_i2c_iif(base);
if (stat != 0) goto stop;
// 4. 发数据（循环发送len字节）
int i = 0;
for (; i < len; i++)
{
base->I2DR = data[i];
stat = wait_i2c_iif(base);
if (stat == -1) goto stop;
}
stop:
// 5. 发Stop信号：清除主模式位
base->I2CR &= ~I2CR_MSTA;
while ((base->I2SR & I2SR_IBB) != 0); // 等待总线空闲
delay_ms(5);
}base->I2CR |= I2CR_MSTA：置位主模式位，触发Start信号；((dev_addr << 1) | 0)：从机地址左移1位，最低位0表示"写操作"；goto stop：若某一步收到NACK，直接跳转到Stop环节终止通信。
五、总结
IIC通信的核心是"线与逻辑+时序规则"：
- 硬件层依赖开漏输出+上拉电阻实现线与，避免总线短路；
- 通信层通过Start/Stop信号 界定通信范围，SCL高低电平 同步数据，ACK/NACK确认传输；
- 代码层需将寄存器操作与时序流程一一对应，确保每一步符合IIC协议。