I2C是由Philips公司發(fā)明的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，僅使用兩根信號線：SerialClock（簡稱SCL）和 SerialData（簡稱SDA）,。I2C是總線結(jié)構(gòu),，1個Master，1個或多個Slave,，各Slave設(shè)備以7位地址區(qū)分,，地址后面再跟1位讀 寫位，表示讀（=1）或者寫（=0），所以我們有時也可看到8位形式的設(shè)備地址,，此時每個設(shè)備有讀,、寫兩個地址，高7位地址其實是相同的,。

I2C數(shù)據(jù)格式如下：
無數(shù)據(jù)：SCL=1,，SDA=1；
開始位（Start）：當(dāng)SCL=1時,，SDA由1向0跳變,；
停止位（Stop）：當(dāng)SCL=1時，SDA由0向1跳變,；
數(shù)據(jù)位：當(dāng)SCL由0向1跳變時,，由發(fā)送方控制SDA，此時SDA為有效數(shù)據(jù),，不可隨意改變SDA,；
當(dāng)SCL保持為0時，SDA上的數(shù)據(jù)可隨意改變,；
地址位：定義同數(shù)據(jù)位,，但只由Master發(fā)給Slave；
應(yīng)答位（ACK）：當(dāng)發(fā)送方傳送完8位時,，發(fā)送方釋放SDA,，由接收方控制SDA，且SDA=0,；
否應(yīng)答位（NACK）：當(dāng)發(fā)送方傳送完8位時,，發(fā)送方釋放SDA，由接收方控制SDA,，且SDA=1,。

當(dāng)數(shù)據(jù)為單字節(jié)傳送時，格式為：
開始位,，8位地址位（含1位讀寫位）,，應(yīng)答，8位數(shù)據(jù),，應(yīng)答,，停止位。
當(dāng)數(shù)據(jù)為一串字節(jié)傳送時,，格式為：
開始位,，8位地址位（含1位讀寫位），應(yīng)答,，8位數(shù)據(jù),，應(yīng)答,，8位數(shù)據(jù),，應(yīng)答,，……，8位數(shù)據(jù),，應(yīng)答,，停止位。

需要注意的是：
1,，SCL一直由Master控制,，SDA依照數(shù)據(jù)傳送的方向，讀數(shù)據(jù)時由Slave控制SDA,，寫數(shù)據(jù)時由Master控制SDA,。當(dāng)8位數(shù)據(jù)傳送完畢之后，應(yīng)答位或者否應(yīng)答位的SDA控制權(quán)與數(shù)據(jù)位傳送時相反,。
2,，開始位“Start”和停止位“Stop”，只能由Master來發(fā)出,。
3,，地址的8位傳送完畢后，成功配置地址的Slave設(shè)備必須發(fā)送“ACK”,。否則否則一定時間之后Master視為超時,，將放棄數(shù)據(jù)傳送，發(fā)送“Stop”,。
4,， 當(dāng)寫數(shù)據(jù)的時候，Master每發(fā)送完8個數(shù)據(jù)位,，Slave設(shè)備如果還有空間接受下一個字節(jié)應(yīng)該回答“ACK”,，Slave設(shè)備如果沒有空間接受更多的 字節(jié)應(yīng)該回答“NACK”，Master當(dāng)收到“NACK”或者一定時間之后沒收到任何數(shù)據(jù)將視為超時,，此時Master放棄數(shù)據(jù)傳送,，發(fā)送 “Stop”。
5,，當(dāng)讀數(shù)據(jù)的時候,，Slave設(shè)備每發(fā)送完8個數(shù)據(jù)位，如果Master希望繼續(xù)讀下一個字節(jié),，Master應(yīng)該回答“ACK” 以提示Slave準(zhǔn)備下一個數(shù)據(jù),，如果Master不希望讀取更多字節(jié)，Master應(yīng)該回答“NACK”以提示Slave設(shè)備準(zhǔn)備接收Stop信號,。
6,，當(dāng)Master速度過快Slave端來不及處理時,，Slave設(shè)備可以拉低SCL不放（SCL=0將發(fā)生“線與”）以阻止Master發(fā)送更多的數(shù)據(jù)。此時Master將視情況減慢或結(jié)束數(shù)據(jù)傳送,。

在實際應(yīng)用中,，并沒有強制規(guī)定數(shù)據(jù)接收方必須對于發(fā)送的8位數(shù)據(jù)做出回應(yīng)，尤其是在Master和Slave端都是用GPIO軟件模擬的方法來 實現(xiàn)的情況下,，編程者可以事先約定數(shù)據(jù)傳送的長度,，slave不檢查NACK，有時可以起到減少系統(tǒng)開銷的效果,。但是如果slave方是硬件i2c要求一 定要標(biāo)準(zhǔn)的NACK,，master方是GPIO軟件模擬i2c并沒有正確的發(fā)送NACK，就會出現(xiàn)“slave收不到stop”導(dǎo)致i2c掛死,。

 

 在正常情況下,，I2C總線協(xié)議能夠保證總線正常的讀寫操作。但是,，當(dāng)I2C主設(shè)備異常復(fù)位時(看門狗動作,，板上電源異常導(dǎo)致復(fù)位芯片動作，手動按鈕復(fù)位等等)有可能導(dǎo)致I2C總線死鎖產(chǎn)生,。下面詳細(xì)說明一下總線死鎖產(chǎn)生的原因,。

    在I2C主設(shè)備進行讀寫操作的過程中.主設(shè)備在開始信號后控制SCL產(chǎn)生8個時鐘脈沖，然后拉低SCL信號為低電平,，在這個時候,，從設(shè)備輸出應(yīng)答信號，將SDA信號拉為低電平,。如果這個時候主設(shè)備異常復(fù)位,，SCL就會被釋放為高電平。此時,，如果從設(shè)備沒有復(fù)位,，就會繼續(xù)I2C的應(yīng)答，將SDA一直拉為低電平,，直到SCL變?yōu)榈碗娖?，才會結(jié)束應(yīng)答信號。 而對于I2C主設(shè)備來說.復(fù)位后檢測SCL和SDA信號,，如果發(fā)現(xiàn)SDA信號為低電平,，則會認(rèn)為I2C總線被占用，會一直等待SCL和SDA信號變?yōu)楦唠? 平,。這樣,，I2C主設(shè)備等待從設(shè)備釋放SDA信號，而同時I2C從設(shè)備又在等待主設(shè)備將SCL信號拉低以釋放應(yīng)答信號,，兩者相互等待,，I2C總線進人一種 死鎖狀態(tài),。同樣，當(dāng)I2C進行讀操作,，I2C從設(shè)備應(yīng)答后輸出數(shù)據(jù),，如果在這個時刻I2C主設(shè)備異常復(fù)位而此時I2C從設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)位正好為0，也會導(dǎo) 致I2C總線進入死鎖狀態(tài),。

 方法

    (1)盡量選用帶復(fù)位輸人的I2C從器件,。

    (2)將所有的從I2C設(shè)備的電源連接在一起，通過MOS管連接到主電源,，而MOS管的導(dǎo)通關(guān)斷由I2C主設(shè)備來實現(xiàn)。
    (3)在I2C從設(shè)備設(shè)計看門狗的功能,。

    (4)在I2C主設(shè)備中增加I2C總線恢復(fù)程序,。

        每次I2C主設(shè)備復(fù)位后，如果檢測到SDA數(shù)據(jù)線被拉低,，則控制I2C中的SCL時鐘線產(chǎn)生9個時鐘脈沖(針對8位數(shù)據(jù)的情況,，“9個clk可以激活”的方法來自NXP的文檔，NXP（Philips）作為I2C總線的鼻祖,，這樣的說法是可信的),，這樣I2C從設(shè)備就可以完成被掛起的讀操作，從死鎖狀態(tài)中恢復(fù)過來,。

        這種方法有很大的局限性,，因為大部分主設(shè)備的I2C模塊由內(nèi)置的硬件電路來實現(xiàn)，軟件并不能夠直接控制SCL信號模擬產(chǎn)生需要時鐘脈沖,。

        或者,，發(fā)送I2C_Stop條件也能讓從設(shè)備釋放總線。

        如果是GPIO模擬I2C總線實現(xiàn),，那么在I2C操作之前,，加入I2C總線狀態(tài)檢測 I2C_Probe ，如果總線被占用,，則可嘗試恢復(fù)總線,，待總線釋放后，再進行操作,。要保證I2C操作最小單元的完整性,，不被其他事件（中斷、高優(yōu)先級線程,，等）打斷,。

  (5)在I2C總線上增加一個額外的總線恢復(fù)設(shè)備。這個設(shè)備監(jiān)視I2C總線,。當(dāng)設(shè)備檢測到SDA信號被拉低超過指定時間時,，就在SCL總線上產(chǎn)生9個時鐘 脈沖,，使I2C從設(shè)備完成讀操作，從死鎖狀態(tài)上恢復(fù)出來,?？偩€恢復(fù)設(shè)備需要有具有編程功能，一般可以用單片機或CPLD實現(xiàn)這一功能,。

  (6)在I2C上串人一個具有死鎖恢復(fù)的I2C緩沖器,，如Linear公司的LTC4307是一個雙向的I2C總線緩沖器，并且具有I2C總線死鎖恢復(fù)的功能,。LTC4307總線輸入側(cè)連接主設(shè)備,，總線輸出側(cè)連接所有從設(shè)備。當(dāng)LTC4307檢測到輸出側(cè)SDA或SCL信號被拉低30ms時,，就自動斷開I2C總線輸入側(cè)與輸出側(cè)的連接.并且在輸出側(cè)SCL信號上產(chǎn)生16個時鐘脈沖來釋放總線,。當(dāng)總線成功恢復(fù)后，LTC4307會再次連接輸入輸出側(cè),，使總線能夠正常工作,。