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　1、引言　

筆者在開發基于MPC8250的嵌入式Linux系統的過程中發現I2C總線在嵌入式系統中應用廣泛，I2C總線控制器的類型比較多，對系統提供的操作接口差別也很大。與I2C總線相連的從設備主要有微控制器、EEPROM、實時時鐘、A/D轉換器等.MPC8250處理器正是通過內部的I2C總線控制器來和這些連接在I2C總線上的設備進行數據交換的。由于I2C總線的特性，Linux的I2C總線設備驅動程序的設計者在設計驅動程序時采用了獨特的體系結構。使開發I2C總線設備驅動程序與開發一般設備驅動程序的方法具有很大差別。因此，開發I2C總線設備驅動程序除了要涉及一般Linux內核驅動程序的知識外。還要對I2C總線驅動的體系結構有深入的了解。筆者在開發過程中使用設備型號為AT24C01A的EEPROM 來測試I2C總線驅動。

　　2 工作原理概述

　　在介紹I2C總線結構之前。要搞清楚兩個概念：I2C總線控制器和I2C設備。I2C總線控制器為微控制器或微處理器提供控制I2C總線的接口，它控制所有I2C總線的特殊序列、協議、仲裁、時序，這里指MPC8250提供的I2C總線控制接口。I2C設備是指通過I2C總線與微控制器或微處理器相連的設備，如EEPROM、LCD驅動器等，這里指EEPROM。

　　在一個串行數據通道中.I2C總線控制器可以配置成主模式或從模式。開發過程中，MPC8250的I2C總線控制器工作在主模式，作為主設備;與總線相連的I2C設備為AT24C01A型EEPROM，作為從設備。主設備和從設備都可以工作于接收和發送狀態。總線必須由主設備控制，主設備產生串行時鐘控制總線的傳輸方向，并產生起始和停止條件。

　　2.1 I2C總線控制器

　　I2C使用由串行數據線SDA 和串線時鐘線SCL組成的兩線結構來在外部集成電路與控制器之間交換數據。MPC8250的I2C總線控制器包括發送和接收單元、一個獨立的波特率發生器和一個控制單元。發送和接收單元使用相同的時鐘信號，如果I2C為主設備。那么時鐘信號由I2C的波特率發生器產生;如果I2C為從設備，時鐘信號則由外部提供。

　　SDA和SCL為雙向的，通過外部+3.3 V上拉電阻連接至正向電壓。當總線處于空閑狀態時，SDA和SCL都應是高電平，I2C通常的配置模式如圖1所示。

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　　圖1 I2C配置模式

　　I2C的接收和發送單元均為雙緩存，在數據發送時，數據從發送數據寄存器到移位寄存器，以時鐘速率輸出到SDA線;在數據接收時，數據從SDA線進入移位寄存器，然后進入接收寄存器。

　　2.2 I2C總線控制器和EEPROM 的基本操作

　　I2C總線在傳送數據過程中共有3種類型的信號，分別是：開始信號、結束信號和應答信號。

　　開始信號：SCL為高電平時，SDA 由高電平向低電平跳變，開始傳送數據;

　　結束信號：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，傳送數據結束;

　　應答信號：接收數據的設備在接收到一個字節數據后， 向發送數據的設備發出特定的低電平脈沖。表示已收到數據。

　　當MPC8250的I2C總線空閑時，其SDA和SCL均為高電平，主設備通過發送一個開始信號啟動發送過程。這個信號的時序要求是當SCL為高時，SDA出現一個由高到低的電平跳變。在起始條件之后。必須是從設備的地址字節，其中高4位為器件類型識別符(不同的芯片類型有不同的定義，EEPROM一般應為1010)，接著3位為片選，最后1位為讀寫位，當為1時為讀操作，為0時為寫操作，如圖2所示。

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　　圖2 EEPROM設備地址字節結構

　　如果主設備要向EEPROM 中寫數據，在地址字節中主設備向EEPROM發出一個寫請求(R/W=0)，發送的地址字節之后緊跟著要發送的數據。每發送一個字節的數據后EEPROM就會產生一個應答信號，主設備也會監控應答信號，如果在發送一個字節后EEPROM沒有返回應答信號，則主設備就會停止發送，并生成一個結束信號。寫操作的時序如圖3所示。

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　　圖3 I2C主設備寫操作時序

　　要從EEPROM 中讀取數據時，應設置R/W=1。在EEPROM發送完一個字節的數據后，主設備產生一個應答信號來響應，告知EEPROM主設備要求更多的數據，對應主設備產生的每個應答信號EEPROM將發送一個字節的數據。當主設備不發送應答信號并隨后發送結束信號位時結束此操作。讀操作的時序如圖4所示。

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　　圖4 I2C主設備讀操作時序