I2C 使用指南

[English]

概述

I2C 是一种串行同步半双工通信协议，总线上可以同时挂载多个主机和从机。I2C 总线由串行数据线 (SDA) 和串行时钟线 (SCL) 线构成。这些线都需要上拉电阻。

I2C 具有简单且制造成本低廉等优点，主要用于低速外围设备的短距离通信（一英尺以内）。

I2C相关测试和配置介绍: I2C_test_config_driver

I2C Connection — Figure 1. I2C_Connection

上图为 I2C 硬件连接，其中：

SCL：时钟信号, 提供传输数据的时钟，用来同步数据传输；

SDA：用于传输数据。

Beken 芯片通常具有 2 个 I2C 控制器(I2C0和I2C1)；

I2C ID 说明

I2C ID 分配规则

Beken I2C 驱动支持硬件 I2C 和软件模拟 I2C（Simulated I2C）的共存使用。I2C ID 用于区分不同的 I2C 实例：

硬件 I2C：使用 SoC 硬件 I2C 外设 - ID 范围：0 到 SOC_I2C_UNIT_NUM - 1 - 对于 BK7258：id = 0, 1 对应 I2C0 和 I2C1 - 特点：使用硬件寄存器，支持中断和 DMA，性能高
模拟 I2C：使用 GPIO 软件模拟 I2C 时序 - ID 范围：SIM_I2C_START_ID 及以上（通常 SIM_I2C_START_ID = SOC_I2C_UNIT_NUM） - 对于 BK7258：id >= 2 为模拟 I2C - 特点：通过 GPIO 控制实现，灵活配置任意 GPIO 作为 SDA/SCL

ID 路由机制

统一 API 层（i2c_unified.c）会根据 I2C ID 自动路由到对应的实现：

id < SOC_I2C_UNIT_NUM → 自动使用硬件 I2C 驱动
id >= SIM_I2C_START_ID → 自动使用模拟 I2C 驱动

应用程序无需关心底层实现，统一使用 bk_i2c_\* API 即可。

备注

当 CONFIG_SIM_I2C 未启用时，只支持硬件 I2C（id = 0, 1）。启用 CONFIG_SIM_I2C 后，可以同时使用硬件 I2C 和模拟 I2C。

使用注意事项

ID 选择： - 使用硬件 I2C 时，选择 id = 0 或 id = 1 - 使用模拟 I2C 时，选择 id >= 2 （如 id = 2, 3, ...） - 不要在运行时混合使用超出范围的 ID，否则会返回 BK_ERR_I2C_INVALID_ID 错误
初始化顺序： - 必须先调用 bk_i2c_driver_init() 初始化驱动层 - 然后对每个要使用的 I2C ID 调用 bk_i2c_init(id, cfg)
模拟 I2C 配置： - 使用模拟 I2C 前，需在 Kconfig 中启用 CONFIG_SIM_I2C - 配置 CONFIG_SIM_I2C0_SDA_GPIO 和 CONFIG_SIM_I2C0_SCL_GPIO （或 I2C1 对应配置） - 模拟 I2C 通过互斥锁保护，确保线程安全，但性能低于硬件 I2C
错误处理： - BK_ERR_I2C_INVALID_ID：ID 超出有效范围 - BK_ERR_I2C_NOT_INIT：驱动未初始化 - BK_ERR_I2C_ID_NOT_INIT：指定 ID 未初始化

示例代码

// 初始化驱动（只需调用一次）
bk_i2c_driver_init();

// 使用硬件 I2C (id = 0)
i2c_config_t hw_i2c_cfg = {
    .baud_rate = 100000,
    .addr_mode = I2C_ADDR_MODE_7BIT,
    .role = I2C_ROLE_MASTER,
};
bk_i2c_init(I2C_ID_0, &hw_i2c_cfg);

// 使用模拟 I2C (id = 2, 需要 CONFIG_SIM_I2C 启用)
#if CONFIG_SIM_I2C
i2c_config_t sim_i2c_cfg = {
    .baud_rate = 100000,
    .addr_mode = I2C_ADDR_MODE_7BIT,
    .role = I2C_ROLE_MASTER,
};
bk_i2c_init(I2C_ID_2, &sim_i2c_cfg);  // 自动路由到模拟 I2C
#endif

// 使用统一的 API，无需区分硬件/模拟
i2c_mem_param_t param = {
    .dev_addr = 0x50,
    .mem_addr = 0x0000,
    .mem_addr_size = I2C_MEM_ADDR_SIZE_8BIT,
    .data = buffer,
    .data_size = 16,
    .timeout_ms = 1000,
};
bk_i2c_memory_read(I2C_ID_0, &param);  // 硬件 I2C
bk_i2c_memory_read(I2C_ID_2, &param);  // 模拟 I2C（如果启用）

I2C 通信流程

在主模式下，I2C 接口会启动数据传输并生成时钟信号。串行数据传输始终是在出现 START 位 (STA) 时开始，在出现 STOP 位 (STO) 时结束。起始位和停止位均在主模式下由软件生成。START 位通过在 SCL 为高电平时将 SDA 线拉低而生成，STOP 位通过在 SCL 为高电平时将 SDA 线拉高而生成。

在从模式下，该接口能够识别其自身地址（7 或 10 位）以及广播呼叫地址。数据和地址均以 8 位字节传输，最高有效位 (MSB) 在先。起始位后紧随地址字节（7 位地址占据一个字节；10 位地址占据两个字节）。地址始终在主模式下传送。

在 (N)ACK 后通过在总线上发送 STOP 位来结束传输。在 STOP 位之后，任何希望在总线上启动传输的主器件都可以尝试获得对总线的控制。如果当前主器件希望在当前之后立即进行另一次传输，它可以通过发送重复的 START 位 (Sr) 来直接开始新的传输，而不是先发送 STOP 后再发送 START。

I2C 时序

该接口支持7 位和10 位寻址模式，不同寻址模式下的接口传输时序如下图所示。7 位寻址模式下，主器件在发送 STA 之后只需发送 1 个地址字节，其内容为 SLV_ADDR[6:0]+W；10 位寻址模式下，主器件在发送 STA 后需要发送 2 个地址字节，第 1 个地址字节内容为 11110+SLV_ADDR[9:8]+W，第 2 个地址字节的内容为 SLV_ADDR[7:0]。
从器件检测到 STA 后开始接收地址字节。7 位寻址模式下，接收到的第一个地址字节与软件配置的从地址匹配时将上报中断；10 位寻址模式下，接收到的前 2 个地址字节于软件配置的从地址匹配时才上报中断，且地址字节不会写入内部接收 FIFO 中。

I2C 使用方法

Beken I2C 既可工作在主机模式下，也可工作在从机模式下。无论主机还是从机，读写之前需要先调用 bk_i2c_init() 配置 I2C。 bk_i2c_init() 主要配置 I2C SCL 的时钟频率，如果工作在从机模式下，还需要配置 Beken I2C 的器件地址。

I2C 主机模式下通信

调用 bk_i2c_master_write() 写入数据到从设备，bk_i2c_master_read() 读取数据。针对 eeprom 这类内存设备，Beken 提供 bk_i2c_memory_write()/bk_i2c_memory_read() 接口，可以指定到从设备内部的地址去执行读写操作。以下是

I2C 从机模式下通信

针对从机模式下，Beken 提供 bk_i2c_slave_write()/bk_i2c_slave_read()，用于发送/接收数据。

I2C api介绍

I2C相关的api介绍参考: I2C的api介绍