linux内核I2C体系结构
注意：static unsigned short normal_i2c[] = { 0x4c, I2C_CLIENT_END };
里面为I2C设备的设备地址（7位地址），不算第八位的R/W控制位
例如：ADM1069的A0A1==00时，7bit 地址为：0b1001100x，所以设备地址不是0x98，而是0x4C
一、概述
谈到在linux系统下编写I2C驱动，目前主要有两种方式，一种是把I2C设备当作一个普通的字符设备来处理，另一种是利用linux I2C驱动体系结构来完成。下面比较下这两种驱动。
第一种方法的好处（对应第二种方法的劣势）有：
●思路比较直接，不需要花时间去了解linux内核中复杂的I2C子系统的操作方法。
第一种方法问题（对应第二种方法的好处）有：
●要求工程师不仅要对I2C设备的操作熟悉，而且要熟悉I2C的适配器操作；
●要求工程师对I2C的设备器及I2C的设备操作方法都比较熟悉，最重要的是写出的程序可移植性差；
●对内核的资源无法直接使用。因为内核提供的所有I2C设备器及设备驱动都是基于I2C子系统的格式。I2C适配器的操作简单还好，如果遇到复杂的I2C适配器（如：基于PCI的I2C适配器），工作量就会大很多。
本文针对的对象是熟悉I2C协议，并且想使用linux内核子系统的开发人员。
网络和一些书籍上有介绍I2C子系统的源码结构。但发现很多开发人员看了这些文章后，还是不清楚自己究竟该做些什么。究其原因还是没弄清楚I2C子系统为我们做了些什么，以及我们怎样利用I2C子系统。本文首先要解决是如何利用现有内核支持的I2C适配器，完成对I2C设备的操作，然后再过度到适配器代码的编写。本文主要从解决问题的角度去写，不会涉及特别详细的代码跟踪。
二、I2C设备驱动程序编写
首先要明确适配器驱动的作用是让我们能够通过它发出符合I2C标准协议的时序。
在Linux内核源代码中的drivers/i2c/busses目录下包含着一些适配器的驱动。如
S3C2410的驱动i2c-s3c2410.c。当适配器加载到内核后，接下来的工作就要针对具体的设备编写设备驱动了。
编写I2C设备驱动也有两种方法。一种是利用系统给我们提供的i2c-dev.c来实现一个i2c 适配器的设备文件。然后通过在应用层操作i2c适配器来控制i2c设备。另一种是为i2c设备，独立编写一个设备驱动。注意：在后一种情况下，是不需要使用i2c-dev.c的。
1、利用i2c-dev.c操作适配器，进而控制i2c设备
i2c-dev.c并没有针对特定的设备而设计，只是提供了通用的read()、write()和ioctl()等接口，应用层可以借用这些接口访问挂接在适配器上的i2c设备的存储空间或寄存器，并控制I2C设备的工作方式。
需要特别注意的是：i2c-dev.c的read()、write()方法都只适合于如下方式的数据格式（可查看内核相关源码）
图1 单开始信号时序
所以不具有太强的通用性，如下面这种情况就不适用（通常出现在读目标时）。
图2 多开始信号时序
而且read()、write()方法只适用用于适配器支持i2c算法的情况，如：
static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm = {
.master_xfer = s3c24xx_i2c_xfer,
.functionality = s3c24xx_i2c_func,
};
而不适合适配器只支持smbus算法的情况，如：
static const struct i2c_algorithm smbus_algorithm = {
.smbus_xfer = i801_access,
.functionality = i801_func,
};
基于上面几个原因，所以一般都不会使用i2c-dev.c的read()、write()方法。最常用的是ioctl()方法。ioctl()方法可以实现上面所有的情况（两种数据格式、以及I2C算法和smbus 算法）。
针对i2c的算法，需要熟悉struct i2c_rdwr_ioctl_data 、struct i2c_msg。使用的命令是I2C_RDWR。
struct i2c_rdwr_ioctl_data {
struct i2c_msg __user *msgs; /* pointers to i2c_msgs */
__u32 nmsgs; /* number of i2c_msgs */
};
struct i2c_msg {
_ _u16 addr; /* slave address */
_ _u16 flags; /* 标志（读、写） */
_ _u16 len; /* msg length */
_ _u8 *buf; /* pointer to msg data */
};
针对smbus算法，需要熟悉struct i2c_smbus_ioctl_data。使用的命令是I2C_SMBUS。对于smbus算法，不需要考虑“多开始信号时序”问题。
struct i2c_smbus_ioctl_data {
__u8 read_write; //读、写
__u8 command; //命令
__u32 size; //数据长度标识
union i2c_smbus_data __user *data; //数据
};
下面以一个实例讲解操作的具体过程。通过S3C2410操作AT24C02 e2prom。实现在AT24C02中任意位置的读、写功能。
首先在内核中已经包含了对s3c2410 中的i2c控制器驱动的支持。提供了i2c算法（非smbus类型的，所以后面的ioctl的命令是I2C_RDWR）
static const struct i2c_algorithm s3c24xx_i2c_algorithm = {
.master_xfer = s3c24xx_i2c_xfer,
.functionality = s3c24xx_i2c_func,
};
另外一方面需要确定为了实现对AT24C02 e2prom的操作，需要确定AT24C02的地址及读写访问时序。
● AT24C02地址的确定
原理图上将A2、A1、A0都接地了，所以地址是0x50。
● AT24C02任意地址字节写的时序
可见此时序符合前面提到的“单开始信号时序”
● AT24C02任意地址字节读的时序
可见此时序符合前面提到的“多开始信号时序”
下面开始具体代码的分析（代码在2.6.22内核上测试通过）：
/*i2c_test.c
* hongtao_liu
*/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define I2C_RETRIES 0x0701
#define I2C_TIMEOUT 0x0702
#define I2C_RDWR 0x0707
/*********定义struct i2c_rdwr_ioctl_data和struct i2c_msg，要和内核一致*******/
struct i2c_msg
{
unsigned short addr;
unsigned short flags;
#define I2C_M_TEN 0x0010
#define I2C_M_RD 0x0001
unsigned short len;
unsigned char *buf;
};
struct i2c_rdwr_ioctl_data
{
struct i2c_msg *msgs;
int nmsgs;
/* nmsgs这个数量决定了有多少开始信号，对于“单开始时序”，取1*/
};
/***********主程序***********/
int main()
{
int fd,ret;
struct i2c_rdwr_ioctl_data e2prom_data;
fd=open("/dev/i2c-0",O_RDWR);
/*
*/dev/i2c-0是在注册i2c-dev.c后产生的，代表一个可操作的适配器。如果不使用i2c-dev.c
*的方式，就没有，也不需要这个节点。
*/
if(fd<0)
{
perror("open error");
}
e2prom_data.nmsgs=2;
/*
*因为操作时序中，最多是用到2个开始信号（字节读操作中），所以此将
*e2prom_data.nmsgs配置为2
*/
e2prom_data.msgs=(struct
i2c_msg*)malloc(e2prom_data.nmsgs*sizeof(struct i2c_msg));
if(!e2prom_data.msgs)
{
perror("malloc error");
exit(1);
}
ioctl(fd,I2C_TIMEOUT,1);/*超时时间*/
ioctl(fd,I2C_RETRIES,2);/*重复次数*/
/***write data to e2prom**/
e2prom_data.nmsgs=1;
(e2prom_data.msgs[0]).len=2; //1个 e2prom 写入目标的地址和1个数据
(e2prom_data.msgs[0]).addr=0x50;//e2prom 设备地址
(e2prom_data.msgs[0]).flags=0; //write
(e2prom_data.msgs[0]).buf=(unsigned char*)malloc(2);
(e2prom_data.msgs[0]).buf[0]=0x10;// e2prom 写入目标的地址
(e2prom_data.msgs[0]).buf[1]=0x58;//the data to write
ret=ioctl(fd,I2C_RDWR,(unsigned long)&e2prom_data);
if(ret<0)
{
perror("ioctl error1");
}
sleep(1);
/******read data from e2prom*******/
e2prom_data.nmsgs=2;
(e2prom_data.msgs[0]).len=1; //e2prom 目标数据的地址
(e2prom_data.msgs[0]).addr=0x50; // e2prom 设备地址
(e2prom_data.msgs[0]).flags=0;//write
(e2prom_data.msgs[0]).buf[0]=0x10;//e2prom数据地址
(e2prom_data.msgs[1]).len=1;//读出的数据
(e2prom_data.msgs[1]).addr=0x50;// e2prom 设备地址
(e2prom_data.msgs[1]).flags=I2C_M_RD;//read
(e2prom_data.msgs[1]).buf=(unsigned char*)malloc(1);//存放返回值的地址。
(e2prom_data.msgs[1]).buf[0]=0;//初始化读缓冲
ret=ioctl(fd,I2C_RDWR,(unsigned long)&e2prom_data);
if(ret<0)
{
perror("ioctl error2");
}
printf("buff[0]=%x\n",(e2prom_data.msgs[1]).buf[0]);
/***打印读出的值，没错的话，就应该是前面写的0x58了***/
close(fd);
return 0;
}
以上讲述了一种比较常用的利用i2c-dev.c操作i2c设备的方法，这种方法可以说是在应用层完成了对具体i2c设备的驱动工作。
计划下一篇总结以下几点：
（1）在内核里写i2c设备驱动的两种方式：
● Probe方式（new style），如：
static struct i2c_driver pca953x_driver = {
.driver = {
.name = "pca953x",
},
.probe = pca953x_probe,
.remove = pca953x_remove,
.id_table = pca953x_id,
};
● Adapter方式（LEGACY），如：
static struct i2c_driver pcf8575_driver = {
.driver = {
.owner = THIS_MODULE,
.name = "pcf8575",
},
.attach_adapter = pcf8575_attach_adapter,
.detach_client = pcf8575_detach_client,
};
（2）适配器驱动编写方法
（3）分享一些项目中遇到的问题
希望大家多提意见，多多交流
四、在内核里写i2c设备驱动的两种方式
前文介绍了利用/dev/i2c-0在应用层完成对i2c设备的操作，但很多时候我们还是习惯为i2c设备在内核层编写驱动程序。目前内核支持两种编写i2c驱动程序的方式。下面分别介绍这两种方式的实现。这里分别称这两种方式为“Adapter方式（LEGACY）”和“Probe方式（new style）”。
（1） Adapter方式（LEGACY）
（下面的实例代码是在2.6.27内核的pca953x.c基础上修改的，原始代码采用的是本文将要讨论的第2种方式，即Probe方式）
●构建i2c_driver
static struct i2c_driver pca953x_driver = {
.driver = {
.name= "pca953x", //名称
},
.id= ID_PCA9555,//id号
.attach_adapter= pca953x_attach_adapter, //调用适配器连接设备
.detach_client= pca953x_detach_client,//让设备脱离适配器
};
●注册i2c_driver
static int __init pca953x_init(void)
{
return i2c_add_driver(&pca953x_driver);
}
module_init(pca953x_init);
● attach_adapter动作
执行i2c_add_driver(&pca953x_driver)后会，如果内核中已经注册了i2c适配器，则顺序调用这些适配器来连接我们的i2c设备。此过程是通过调用i2c_driver中的
attach_adapter方法完成的。具体实现形式如下：
static int pca953x_attach_adapter(struct i2c_adapter *adapter)
{
return i2c_probe(adapter, &addr_data, pca953x_detect);
/*
adapter:适配器
addr_data:地址信息
pca953x_detect：探测到设备后调用的函数
*/
}
地址信息addr_data是由下面代码指定的。
/* Addresses to scan */
static unsigned short normal_i2c[] =
{0x20,0x21,0x22,0x23,0x24,0x25,0x26,0x27,I2C_CLIENT_END};
I2C_CLIENT_INSMOD;
注意：normal_i2c里的地址必须是你i2c芯片的地址。否则将无法正确探测到设备。而I2C_ CLIENT_INSMOD是一个宏，它会利用normal_i2c构建addr_data。
●构建i2c_client，并注册字符设备驱动
i2c_probe在探测到目标设备后，后调用pca953x_detect，并把当时的探测地址address 作为参数传入。
static int pca953x_detect(struct i2c_adapter *adapter, int address, int kind) {
struct i2c_client *new_client;
struct pca953x_chip *chip; //设备结构体
int err = 0,result;
dev_t pca953x_dev=MKDEV(pca953x_major,0);//构建设备号，根据具体情况设定，这里我只考虑了normal_i2c中只有一个地址匹配的情况。
if (!i2c_check_functionality(adapter,
I2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA| I2C_FUNC_SMBUS_WORD_DATA))//判定适配器能力
goto exit;
if (!(chip = kzalloc(sizeof(struct pca953x_chip), GFP_KERNEL))) { err = -ENOMEM;
goto exit;
}
/****构建i2c-client****/
chip->client=kzalloc(sizeof(struct i2c_client),GFP_KERNEL);
new_client = chip->client;
i2c_set_clientdata(new_client, chip);
new_client->addr = address;
new_client->adapter = adapter;
new_client->driver = &pca953x_driver;
new_client->flags = 0;
strlcpy(new_client->name, "pca953x", I2C_NAME_SIZE);
if ((err = i2c_attach_client(new_client)))//注册i2c_client
goto exit_kfree;
if (err)
goto exit_detach;
if(pca953x_major)
{
result=register_chrdev_region(pca953x_dev,1,"pca953x"); }
else{
result=alloc_chrdev_region(&pca953x_dev,0,1,"pca953x"); pca953x_major=MAJOR(pca953x_dev);
}
if (result < 0) {
printk(KERN_NOTICE "Unable to get pca953x region, error
%d\n", result);
return result;
}
pca953x_setup_cdev(chip,0); //注册字符设备，此处不详解
return 0;
exit_detach:
i2c_detach_client(new_client);
exit_kfree:
kfree(chip);
exit:
return err;
}
i2c_check_functionality用来判定设配器的能力，这一点非常重要。你也可以直接查看对应设配器的能力，如
static const struct i2c_algorithm smbus_algorithm = {
.smbus_xfer= i801_access,
.functionality= i801_func,
};
static u32 i801_func(struct i2c_adapter *adapter)
{
return I2C_FUNC_SMBUS_QUICK | I2C_FUNC_SMBUS_BYTE | I2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA |
I2C_FUNC_SMBUS_WORD_DATA |
I2C_FUNC_SMBUS_BLOCK_DATA |
I2C_FUNC_SMBUS_WRITE_I2C_BLOCK
| (isich4 ? I2C_FUNC_SMBUS_HWPEC_CALC : 0);
}
●字符驱动的具体实现
struct file_operations pca953x_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.ioctl= pca953x_ioctl,
.open= pca953x_open,
.release =pca953x_release,
};
字符设备驱动本身没有什么好说的，这里主要想说一下，如何在驱动中调用i2c设配器帮我们完成数据传输。
目前设配器主要支持两种传输方法：smbus_xfer和master_xfer。一般来说，如果设配器支持了master_xfer那么它也可以模拟支持smbus的传输。但如果只实现
smbus_xfer，则不支持一些i2c的传输。
int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap,struct i2c_msg *msgs,int num); int (*smbus_xfer) (struct i2c_adapter *adap, u16 addr,
unsigned short flags, char read_write,
u8 command, int size, union
i2c_smbus_data * data);
master_xfer中的参数设置，和前面的用户空间编程一致。现在只是要在驱动中构建相关的参数然后调用i2c_transfer来完成传输既可。
int i2c_transfer(struct i2c_adapter * adap, struct i2c_msg *msgs, int num) smbus_xfer中的参数设置及调用方法如下：
static int pca953x_write_reg(struct pca953x_chip *chip, int reg, uint16_t val) {
int ret;
ret = i2c_smbus_write_word_data(chip->client, reg << 1, val);
if (ret < 0) {
dev_err(&chip->client->dev, "failed writing register\n"); return -EIO;
}
return 0;
}
上面函数完成向芯片的地址为reg的寄存器写一个16bit的数据。
i2c_smbus_write_word_data的实现如下：
s32 i2c_smbus_write_word_data(struct i2c_client *client, u8 command, u16 value)
{
union i2c_smbus_data data;
data.word = value;
return i2c_smbus_xfer(client->adapter,client->addr,client->flags, I2C_SMBUS_WRITE,comma
nd,
I2C_SMBUS_WORD_DATA, &data);
}
从中可以看出smbus传输一个16位数据的方法。其它操作如：字符写、字符读、字读、块操作等，可以参考内核的i2c-core.c中提供的方法。
●注销i2c_driver
static void __exit pca953x_exit(void)
{
i2c_del_driver(&pca953x_driver);
}
module_exit(pca953x_exit);
● detach_client动作
顺序调用内核中注册的适配器来断开我们注册过的i2c设备。此过程通过调用i2c_driver 中的attach_adapter方法完成的。具体实现形式如下：
static int pca953x_detach_client(struct i2c_client *client)
{
int err;
struct pca953x_chip *data;
if ((err = i2c_detach_client(client)))//断开i2c_client
return err;
data=i2c_get_clientdata(client);
cdev_del(&(data->cdev));
unregister_chrdev_region(MKDEV(pca953x_major, 0), 1);
kfree(data->client);
kfree(data);
return 0;
}
（2） Probe方式（new style）
●构建i2c_driver
和LEGACY方式一样，也需要构建i2c_driver，但是内容有所不同。
static struct i2c_driver pca953x_driver = {
.driver = {
.name= "pca953x",
},
.probe= pca953x_probe, //当有i2c_client和i2c_driver匹配时调用
.remove= pca953x_remove,//注销时调用
.id_table= pca953x_id,//匹配规则
};
●注册i2c_driver
static int __init pca953x_init(void)
{
return i2c_add_driver(&pca953x_driver);
}
module_init(pca953x_init);
在注册i2c_driver的过程中，是将driver注册到了i2c_bus_type的总线上。此总线的匹配规则是：
static const struct i2c_device_id *i2c_match_id(const struct i2c_device_id *id, const struct i2c_client *client)
{
while (id->name[0]) {
if (strcmp(client->name, id->name) == 0)
return id;
id++;
}
return NULL;
}
可以看出是利用i2c_client的名称和id_table中的名称做匹配的。本驱动中的id_table 为
static const struct i2c_device_id pca953x_id[] = {
{ "pca9534", 8, },
{ "pca9535", 16, },
{ "pca9536", 4, },
{ "pca9537", 4, },
{ "pca9538", 8, },
{ "pca9539", 16, },
{ "pca9554", 8, },
{ "pca9555", 16, },
{ "pca9557", 8, },
{ "max7310", 8, },
{ }
};
看到现在我们应该会有这样的疑问，在Adapter模式中，i2c_client是我们自己构造出来的，而现在的i2c_client是从哪来的呢？看看下面的解释
●注册i2c_board_info
对于Probe模式，通常在平台代码中要完成i2c_board_info的注册。方法如下：
static struct i2c_board_info __initdata test_i2c_devices[] = {
{
I2C_BOARD_INFO("pca9555", 0x27),//pca9555为芯片名称，0x27为芯片地址
.platform_data = &pca9555_data,
}, {
I2C_BOARD_INFO("mt9v022", 0x48),
.platform_data = &iclink[0], /* With extender */
}, {
I2C_BOARD_INFO("mt9m001", 0x5d),
.platform_data = &iclink[0], /* With extender */
},
};
i2c_register_board_info(0,
test_i2c_devices,ARRAY_SIZE(test_i2c_devices)); //注册
i2c_client就是在注册过程中构建的。但有一点需要注意的是i2c_register_board_info 并没有EXPORT_SYMBOL给模块使用。
●字符驱动注册
在Probe方式下，添加字符驱动的位置在pca953x_probe中。
static int __devinit pca953x_probe(struct i2c_client *client,const struct
i2c_device_id *id)
{
……
/****字符设备驱动注册位置****/
……
return 0;
}
●注销i2c_driver
static void __exit pca953x_exit(void)
{
i2c_del_driver(&pca953x_driver);
}
module_exit(pca953x_exit);
●注销字符设备驱动
在Probe方式下，注销字符驱动的位置在pca953x_remove中。
static int __devinit pca953x_remove (struct i2c_client *client)
{
……
/****字符设备驱动注销的位置****/
……
return 0;
}
● I2C设备的数据交互方法(即：调用适配器操作设备的方法)和Adapter方式下相同。I2C总线原理及应用实例
I2C(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理。
1 I2C总线特点
I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。I2C总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。
2 I2C总线工作原理
2.1 总线的构成及信号类型
I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。
I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。
目前有很多半导体集成电路上都集成了I2C接口。带有I2C接口的单片机有：CYGNAL 的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供I2C接口。
3 总线基本操作
I2C规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。参见图1。
图1 串行总线上的数据传送顺序
3.1 控制字节
在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，EEPROM一般应为1010），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作。如图2所示。
图2 控制字节配置
3.2 写操作
写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。关于页面写的地址、应答和数据传送的时序参见图3。
图3 页面写
3.3 读操作
读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。图4给出的是顺序读的时序图。应当注意的是：最后一个读操作的第9个时钟周期不是“不关心”。为了结束读操作，主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。
图4 顺序读
4 实例：X24C04与MCS-51单片机软硬件的实现
X24C04是XICOR公司的CMOS 4096位串行EEPROM，内部组织成512×8位。16字节页面写。与MCS-51单片机接口如图5所示。由于SDA是漏极开路输出，且可以与任何数目的漏极开路或集电极开路输出“线或”（wire-Ored）连接。上拉电阻的选择可参考X24C04的数据手册。下面是通过I2C接口对X24C04进行单字节写操作的例程。流程图及源程序如下：
图5 X24C04与51单片机接口
；名称：BSENT
；描述：写字节
；功能：写一个字节
；调用程序：无
；输入参数：A
；输出参数：无
BSEND: MOV R2,#08H ；1字节8位
SENDA: CLR P3.2 ；
RLC A ；左移一位
MOV P3.3,C ；写一位
SETB P3.2
DJNZ R2,SENDA ；写完8个字节？
CLR P3.2 ；应答信号
SETB P3.3
SETB P3.2
RET
图6 流程图
5 结束语
在I2C总线的应用中应注意的事项总结为以下几点 :
1）严格按照时序图的要求进行操作，
2）若与口线上带内部上拉电阻的单片机接口连接，可以不外加上拉电阻。
3）程序中为配合相应的传输速率，在对口线操作的指令后可用NOP指令加一定的延时。4）为了减少意外的干扰信号将EEPROM内的数据改写可用外部写保护引脚（如果有），或者在EEPROM内部没有用的空间写入标志字，每次上电时或复位时做一次检测，判断EEPROM是否被意外改写。
I2C 总线接口逻辑分析
1 前言
I2C总线是具备多CPU系统所需的包括仲裁和高低速设备同步等功能的高性能串行总线。它以两根连线实现完善的全双工数据传送，是各种总线中使用信号线根数最少，并具有自动寻
址、多主机时钟同步和仲裁等功能的总线。
目前世界上采用的I2C总线有两种规范，它们分别是由荷兰飞利浦公司和日本索尼公司提出的。现在广泛采用的是飞利浦公司的I2C总线技术规范，它已成为被电子行业认可的总线标准。
由于I2C总线具有标准的规范及众多带I2C接口的外围器件，使得使用I2C总线设计计算机系统变得十分方便、灵活，体积也小，因此在各类实际应用中得到广泛使用。
2 I2C总线的基本原理
2.1 I2C总线基本结构
I2C总线系统结构灵活，易于模块化、标准化设计。I2C总线只有两根信号线，一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。所有进入I2C总线系统中的器件都带有I2C总线接口，符合I2C 总线电气规范的特性；而且采用纯软件寻址方法，无需器件片选线的连接。CPU不仅能通过指令将某个功能器件挂靠或摘离总线，还可对其工作状况进行检测，从而实现对硬件系统即简单又灵活的扩展与控制。各器件供电可不同，但需共地。另外，SDA、SCL需分别接上拉电阻。
SDA、SCL都是双向的，输出电路用于向总线上发送数据，输入电路用于接收总线上的数据。当总线空闲时，两根线都是高电平。连接总线的器件的输出端电路必须是集电极开路输出或开漏输出，以具有线“与”功能。I2C总线的数据传送速率在标准模式下可达100kbit／s，快速模式下可达400kbit／s，高速模式下则可达3.4Mbit／s。
I2C总线接口电路结构如图1所示。
2.2 I2C总线数据传送
I2C总线数据传输时必须遵循规定的数据传送格式，如图2所示为一次完整的数据传送格式。启动信号表明一次传送的开始，其后为寻址字节，该寻址字节由高7位地址和最低1位方向位组成：方向位为“0”表明写操作，“1”表明读操作；在寻址字节后是由方向位指定读、写操作的数据字节与应答位；在数据传送完成后为停止信号。在“启动”与“停止”之间传送的数据字节数从理论上来说没有限制，但每个字节必须为8位，而且每个传送的字节后面必须跟一个应答位。
当SCL为高电平时，SDA由高电平跳变为低电平，定义为启动信号；当SCL为低电平时，SDA由低电平跳变为高电平，定义为停止信号。
在SCL为高电平时，SDA上数据需保持稳定方被认为有效；只有在SCL为低电平时，才允许SDA电平状态变化。
2.3时钟信号的同步
在I2C总线上传送信息时的时钟同步信号是由挂接在SCL线上的所有器件的逻辑“与”完成的。SCL线上由高电平到低电平的跳变将影响到这些器件，一旦某个器件的时钟信号下跳为低电平，将使SCL线一直保持低电平，使SCL线上的所有器件开始低电平期。此时，低电平周期短的器件的时钟由低至高的跳变并不能影响SCL线的状态，于是这些器件将进入高电平等待的状态。当所有器件的时钟信号都上跳为高电平时，低电平期结束，SCL线被释放返回高电平，即所有的器件都同时开始它们的高电平期。其后，第一个结束高电平期的器件又将SCL线拉成低电平。这样就在SCL线上产生一个同步时钟。可见，时钟低电平时间由时钟低电平期最长的器件确定，而时钟高电平时间由时钟高电平期最短的器件确定。
2.4 总线竞争的仲裁
总线上可能挂接有多个器件，有时会发生两个或多个主器件同时想占用总线的情况，这种情况叫做总线竞争。I2C总线具有多主控能力，可以对发生在SDA线上的总线竞争进行仲裁，其仲裁原则是这样的：当多个主器件同时想占用总线时，如果某个主器件发送高电平，而另一个主器件发送低电平，则发送电平与此时SDA总线电平不符的那个器件将自动关闭其输出级。总线竞争的仲裁是在两个层次上进行的。首先是地址位的比较，如果主器件寻址同一个从器件，则进入数据位的比较，从而确保了竞争仲裁的可靠性。由于是利用I2C总线上的信息进行仲裁，因此不会造成信息的丢失。
3 I2C总线接口逻辑的构成
3.1 I2C总线接口电路的结构
I2C总线接口逻辑框图如图5所示。
在电路设计中，各功能块的硬件实现介绍如下。
启动、停止检测电路应用两个D触发器来分别响应SDA在SCL为高电平时的电平跳变。
移位寄存器电路由9个D触发器串联成9级移位寄存器，包括8位字节和1位应答位，实现SDA上数据的串并行转换。寄存器复位值为“111111110”，接收8位字节后为