1. 物理接口： SCL + SDA

（1）SCL（serial clock）:時鐘線，傳輸CLK信號，一般是I2C主設備向從設備提供時鐘的通道。

（2）SDA（serial data）：數據線，通信數據都通過SDA線傳輸

2. 通信特征：串行、同步、非差分、低速率

（1）I2C屬于串行通信，所有的數據以位為單位在SDA線上串行傳輸。

（2）同步通信就是通信雙方工作在同一個時鐘下，一般 通信的A方通過一根CLK信號線傳輸A自己的時鐘給B，B工作在A傳輸的時鐘下。所以同步通信的顯著特征就是：通信線中有CLK。

（3）非差分。因為I2C通信速率不高，而且通信雙方距離很近，對干擾不敏感，所以使用電平信號通信。

（4）低速率。I2C一般是用在同一個板子上的2個IC之間的通信，而且用來傳輸的數據量不大，所以本身通信速率很低（一般幾百KHz，不同的I2C芯片的通信速率可能不同，具體在編程的時候要看自己所使用的設備允許的I2C通信最高速率，不能超過這個速率）

3. 突出特征1：主設備+從設備

（1）I2C通信的時候，通信雙方地位是不對等的，而是分主設備和從設備。通信由主設備發起，由主設備主導，從設備只是按照I2C協議被動的接受主設備的通信，并及時響應。

（2）誰是主設備、誰是從設備是由通信雙方來定的（I2C協議并無規定），一般來說一個芯片可以只能做主設備、也可以只能做從設備、也可以既能當主設備又能當從設備。（像一些傳感器芯片設計的時候只能做從設備，有的芯片本身既可以當主設備又可以當從設備，通過軟件來配置是主設備還是從設備）

4. 突出特征2：

（1）I2C通信可以一對一（一個主設備對1個從設備），也可以一對多（一個主設備對多個從設備）

（2）主設備負責調度總線，決定某一時間和哪個從設備通信。注意：同一時間內，I2C的總線上只能傳輸一對設備的通信信息，所以同一時間只能有一個從設備和主設備通信，其他從設備處于“冬眠”。不能出來搗亂，否則通信就亂套了。

（3）每一個I2C從設備在通信中都有一個I2C從設備地址，這個設備地址是從設備本身固有的屬性，然后通信時主設備需要知道自己將要通信的那個從設備的地址，然后在通信中通過地址來甄別是不是自己要找的那個從設備。

5. I2C的通信時序

（1）什么是時序？

字面意思，時序就是時間順序，實際上在通信中時序就是通信線上按照時間順序發生的電平變化，以及這些變化對通信的意義就叫時序。

（2）I2C的總線空心狀態、起始位、結束位

總線的意思就是SCL與SDA加起來就叫做總線。

I2C總線上有1個主設備，n(n>=1)個從設備。I2C總線上有2種狀態：空閑態（所有從設備都未和主設備通信，此時總線空閑）和忙態（其中一個從設備在和主設備通信，此時總線被這一對占用，其他從設備必須歇著）。

怎么區分總線處于空閑態，SDA、SCL在通信的過程中也可能同時為高電平，但是，如果SDA、SCL如果連續多個周期同時處于高電平，則總線一定處于空閑態。

整個通信分為一個周期一個周期的，兩個相鄰的通信周期是空閑態。每一個通信周期由一個起始位開始，一個結束位結束，中間是本周期的通信數據。

起始位：起始位說的不是一個時間點，而是一個時間段，如上圖的t1到t2這個時間段，在t1到t2的這個時間段內，SCL一直保持了高電平，SDA由高電平到低電平跳變（下降沿）。接收方在接收到這樣一個電平變化之后就知道發送方要開始發送數據了，緊接著下一個周期就是數據，

停止位：與起始位相似，結束位也是一個時間段。在這段時間內總線狀態變化情況是：SCL先維持高電平，同時SDA線發生一個從低電平到高的上升沿。

起始位和停止位中間的就是通信位。

CLK上升沿鎖存數據，CLK上升沿到來前SDA要提前準備好數據。

A是應答信號，從設備的應答是為了讓主設備知道自己已經接收到了主設備的信息。相應的主設備的應答也是如此。

6. I2C數據傳輸格式（數據位&ACK）

（1）每一個通信周期的發起和結束都是由主設備來做的，從設備只有被動的響應主設備，沒法自己自發的去做任何事情。

（2）主設備在通信周期會先發8位的從設備地址（其實8位中只有7位是從設備地址，還有1位表示主設備下面要寫入還是讀出）到總線（主設備是以廣播的形式發送的，只要是總線上的所有從設備其實都能收到這個信息）。然后總線上的每個從設備都能收到這個地址，并且收到地址后和自己的設備地址比較看是否相等。如果相等說明主設備本次通信 就和給我說話，如果不相等說明這次通信與我無關，不用聽了不管了。

（3）發送方發送一段數據后，接收方需要回應一個ACK。這個響應本身只有1個bit位，不能攜帶有效信息，只能表示2個意思（要么表示收到數據，即有效響應；要么表示未收到數據，無效響應），需要注意的是，到第九個周期的時候，主設備會釋放SDA，即讓其變為高電平，從設備會主動來拉低SDA，主設備會讀取此時的SDA，若讀取此時的SDA為則表示從設備已經收到剛剛發送的信息，若讀取此時的SDA為則表示從設備沒有收到剛剛發送的信息。

（4）在某一個通信時刻，主設備和從設備只能有一個在發（占用總線，也就是向總線寫），另一個在收（從總線讀）。如果在某個時間主設備和從設備都試圖向總線寫那就完蛋了，通信就亂套了。

7. 數據在總線上的傳輸協議

（1）I2C通信時的基本數據單位也是以字節為單位的，每次傳輸的有效數據都是1個字節（8位）。

（2）起始位及其后的8個clk中都是主設備在發送（主設備掌控總線），此時從設備只能讀取總線，通過讀總線來得知主設備發給從設備的信息；然后到了第9個周期，按照協議規定從設備需要發送ACK給主設備，所以此時主設備必須釋放總線（主設備把總線置為高電平然后不要動，其實就類似于總線空閑狀態），同時從設備試圖拉低總線發出ACK。如果從設備拉低總線失敗，或者從設備根本就沒有拉低總線，則主設備看到的現象就是總線在第9周期仍然一直保持高，這對主設備來說，意味著我沒有收到ACK，主設備就認為剛才給從設備發送的8字節不對（接收失敗）。

（3）由于I2C的速率很低，完全可以通gpio來模擬。

8. I2C控制器

通信雙方本質上是通過時序在工作，但是時序會比較復雜不利于Soc軟件完成，于是乎解決方案是soc內部內置了硬件的控制器來產生通信時序。這樣我們寫軟件時只需要向控制器的寄存器中寫入配置值即可，控制器會產生適當的時序在通信線上和對方通信。

（1）時鐘部分，時鐘來源是PCLK_PSYS，經過內部分頻最終得到I2C控制器的CLK，通信中這個CLK會通過SCL線傳給從設備。

（2）I2C總線控制邏輯（前臺代表是I2CCON、I2CSTAT這兩個寄存器），主要負責產生I2C通信時序。實際編程中要發送起始位、停止位、接收ACK等都是通過這兩個寄存器（背后所代表的電路模塊）實現的。

（3）移位寄存器（shift register）,將代碼中要發送的字節數據，通過移位寄存器變成1個位一個位的丟給SDA線上去發送/接收。

（4）地址寄存器+比較器 本I2C控制器做從設備的時候用。

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編輯：ymf