GPIO模拟I2C总线应用设计说明书

GPIO模拟I2C应用设计说明书
1简介
1.1目的
介绍I2C的特性，工作原理以及通过GPIO（GeneralPurpose Input /Output）模拟I2C总线的时序实现数据传输；该文档描述的设计思想可供GPIO驱动开发者进行设计参考。

本文以Hi3510为例，通过具体的应用实例来描述GPIO模拟I2C实现数据传输，本文的读者假定是对GPIO的特点以及工作方式等非常熟悉，涉及到GPIO的内容请参考相关的文档。

2I2C
2.1概述
I2C总线(The Inter-Integrated Circuit)是一种通用的串行总线，是用于IC器件之间连接的二线制总线。

他通过串行数据或者地址线(Serial Data Line，SDA)及串行时钟线(Serial ClockLine，SCL)两线在连接到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件。

一个或多个微控制器以及外围器件可以通过I2C总线接口非常方便的连接在一起构成系统。

这种总线结构的连线和连接引脚少，器件间总线简单。

结构紧凑，因此其构成系统的成本较低；并且在总线上增加器件不会影响系统的正常工作，所有的IC器件共用一套总线，因此其系统修改和可扩展性好。

即使有不同时钟速度的器件连接到总线上，时间同步机制也能够很方便地确定总线时钟,在Hi3510中，I2C仅支持Master功能，遵守I2C总线协议2.1版本，在Hi3510中可用于Video Encoder、Video Decoder、Digital Camera的控制接口。

2.2特点
I2C接口有以下特点：
I2C接口在I2C总线上可以作为接收器，也可以作为发送器，具体由数据的传输方向确定
支持标准传输模式和快速传输模式
提供TX FIFO 、RX FIFO,支持DMA数据传输
支持中断上报和初始化中断状态，屏蔽后中断状态的查询
2.3信号描述
本节描述了I2C单元的输入输出管脚信号，如下表所示：
2.4工作原理
I2C总线是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。

每个连接到总线的器件都可以通过惟一的地址与主机通讯，主机可以作为主机发送器或主机接收器。

是一个真正的多主机总线，如果两个或更多主机同时初始化，数据传输可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏。

串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kb/s,快速模式下可达400kb/s,高速模式下可达3.4Mb/s。

I2C总线在传送数据过程中共有3种特殊的电平变换情况，他们分别是：起始(start)、停止(stop)和响应(ack)。

当SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，这个表示起始条件；当SCL是高电平时，SDA线由低电平向高电平跳变表示停止条件。

起始和停止条件一般由主机产生，总线在起始条件后被认为处于忙的状态，在停止条件的某段时间后总线被认为再次处于空闲状态。

响应信号是指从机在接收到8位数据后，向主机发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。

在响应的时钟脉冲期间，从机必须将SDA线拉低使他在这个时钟脉冲的高电平期间保持稳定的低电平，主机收到应答信号后，根据实际情况做出是否继续传递信号的判断。

若未收到应答信号，则判断为从机出现故障。

2.5操作时序
IIC总线运用主/从双向通讯。

主机和从机都可以工作于接收和发送状态。

总线必须由主机（通常为微控制器）控制，主机产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件上。

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。

2.6操作时序图
操作时序如下图：
3模块移植
3.1模块概述
GPIO模拟I2C应用接口驱动模块主要提供模拟I2C接口的读和写。

●gpio_i2c_read:GPIO模拟I2C读取函数
●gpio_i2c_write:GPIO模拟I2C写入函数
3.2函数描述
3.2.1gpio_i2c_read
【目的】读取一个I2C设备的某个寄存器的值
【语法】
unsigned char gpio_i2c_read(unsigned char devaddress,unsigned char address);
【参数】
【返回值】
【需求】头文件：gpio_i2c.h
【注意】无
【相关问题】gpio_i2c_write
3.2.2gpio_i2c_write
【目的】往一个I2C设备的某个寄存器写入需要的值
【语法】
void gpio_i2c_write(unsigned char devaddress,unsigned char address,unsigned char data);
【参数】
【返回值】
【需求】头文件：gpio_i2c.h
【注意】无
【相关主题】gpio_i2c_read
3.3硬件框图
在本框图中，通过Hi3510的GPIO管脚与OV7725的I2C总线相连，实现对OV7725的控制。

3.4模块移植
首先该模块依赖linux-2.6.x内核，在用这前确保的linux的内核版本要基于linux2.6.x以上，否则可能编译不过。

操作步骤如下：
[root@localhost test]# tar zxvf gpio_i2c.tgz //解压
[root@localhost test]cd gpio_i2c
解压后进入模块目录gpio_i2c后，首先要修改Makefile,在其中有几个关键的部分，实际的内容以提供的Makefile为准。

例如Makefile内容如下：
如果要在你的系统中使用的话，注要修改以上三个（红色）的环境变量对应的值，这里以ARM系统为例，具体含义如下：
KDIR：这个环境变量代表你当前的内核的路径
CROSS_ARCH：交叉系统的体系，在这里为ARM。

CROSS_COMPILE：所使用的交叉工具链
以上三个参数的设置以实际的系统为依据，去修改相应的值。

其它的参数的含义请参见Makefile编写手册，在这里不再赘述。

修改完Makefile后，在当前shell下执行Make,即可生成对应的模块名如：gpio_i2c.ko,然后拷入实环境中的lib环境中。

3.5以OV7725为例：
通过调用gpio模拟I2C读取函数和写入函数实现DC（Digital Camera）的初始化。

static int ov7725_device_init(void)
{
unsigned char regvalue;
int loop1;
/* reset */
rst_ov7725();
gpio_i2c_write(I2C_OV7725, DC_COM7, 0x80);//I2C_OV7725为OV7725 设备的从地址。

for(loop1=0;loop1 < 5000;loop1++)
{
;
}
regvalue = gpio_I2C_read(I2C_OV7725, DC_COM7);
regvalue &=0x7f;
gpio_i2c_write(I2C_OV7725, DC_COM7, regvalue);
regvalue = gpio_I2C_read(I2C_OV7725,DC_PIDH);
loop1 = gpio_I2C_read(I2C_OV7725,DC_PIDL);
if((regvalue != PIDH) || (loop1 != PIDL))
{
printk("read Prodect ID Number MSB is %x\n",regvalue);
printk("read Prodect ID Number LSB is %x\n",loop1);
printk("check ov7725 ID error.\n");
return -EFAULT;
}
if(out_mode == 1)
ov7725_vga_init();
else
ov7725_qvga_init();
return 0;
}
实际过程中，请配合你的驱动进行开发。