瑞萨RA系列FSP库开发实战指南之瑞萨RA6M5的I2C特性及架构

21.2.瑞萨RA6M5的I2C特性及架构

如果我们直接控制RA6M5的两个GPIO引脚，分别用作SCL及SDA，按照上述信号的时序要求，直接像控制LED灯那样控制引脚的输出（若是接收数据时则读取SDA电平），就可以实现I2C通讯。同样，假如我们按照USART的要求去控制引脚，也能实现USART通讯。所以只要遵守协议，就是标准的通讯，不管您如何实现它，不管是ST生产的控制器还是ATMEL生产的存储器，都能按通讯标准交互。

由于直接控制GPIO引脚电平产生通讯时序时，需要由CPU控制每个时刻的引脚状态，所以称之为“软件模拟协议”方式。

相对地，还有“硬件协议”方式，RA6M5的I2C片上外设专门负责实现I2C通讯协议，只要配置好该外设，它就会自动根据协议要求产生通讯信号，收发数据并缓存起来，CPU只要检测该外设的状态和访问数据寄存器，就能完成数据收发。这种由硬件外设处理I2C协议的方式减轻了CPU的工作，且使软件设计更加简单。

21.2.1.瑞萨RA6M5的I2C外设简介

瑞萨RA6M5的I2C外设可用作通讯的主机及从机，支持100Kbit/s和400Kbit/s和1Mbit/s的速率，支持7位、10位设备地址，支持DMA数据传输，并具有数据校验功能。它的I2C外设还支持SMBus2.0协议，SMBus协议与I2C类似，主要应用于笔记本电脑的电池管理中。

表1：瑞萨RA6M5的IIC支持频率

21.2.1.1.通讯引脚

I2C的所有硬件架构都是根据图中左侧SCL线和SDA线展开的（其中的SMBA线用于SMBUS的警告信号，I2C通讯没有使用）。RA6M5芯片有多个I2C外设，它们的I2C通讯信号引出到不同的GPIO引脚上，使用时必须配置到这些指定的引脚，见表22‑1。

关于GPIO引脚的复用功能，可查阅《RA6M5GroupUser_sManual》，以它为准。

表22‑1：RA6M5的I2C引脚（整理自《RA6M5GroupUser_sManual》）

21.2.2.瑞萨RA6M5的I2C功能框图

注：

我们这里主要介绍的是瑞萨的fsp库的使用，所以在这里寄存器我们在这里做一些简单的介绍。

21.2.3. 时钟控制逻辑

下面将介绍时钟的控制流程

21.2.3.1. IIC起始信号与重启信号

当ICCR2中的RS位被设置为1时，IIC会发出一个重启条件请求。当ICCR2的BBSY标志位为1(总线繁忙状态)，ICCR2的MST位为1(主模式)时IIC发出重启条件。 发出重启条件:

释放SDAn线路。

确保ICBRL中设置的SCLn线路的低电平周期已过。

释放SCLn线(低电平到高电平)。

在SCLn线上检测高电平，并确保ICBRL中设置的时间和重启条件设置时间经过。

将SDAn线拉低(从高电平到低电平)。

确保ICBRH中设置的时间和重启条件保持时间。

驱动SCLn线低电平(高电平到低电平)。

检测SCLn线上的一个低水平，确保ICBRL中设置的SCLn线的低水平周期已经过去

21.2.3.2. IIC循环发送

初始化IIC。

读取ICCR2中的BBSY标志，检查总线是否打开，然后设置ICCR2中的ST位为1(启动条件发出请求)。收到请求后，IIC发出启动条件。与此同时，BBSY位和START为被设置为1,ST位自动设置为0。如果检测到启动条件，并且SDA输出状态的内部电平和SDAn线路上的电平在ST位为1时匹配，IIC就会识别出，由于ST位已经成功完成了请求，启动条件已经成功发出。ICCR2的MST和TRS位自动设置为1,IIC处于主发送模式。当TRS位设置为1时，ICSR2中的TDRE标志也会自动设置为1。

检查ICSR2中的TDRE标志位是否为1，然后将传输值(从地址和R/W#位)写入ICDRT。传输数据写入ICDRT后，TDRE标志位自动设置为0，数据从ICDRT传输到ICDRS后，TDRE标志位再次设置为1。字节后包含从地址和当发送了R/W#位时，TRS位的值会根据发送的R/W#位的值自动更新，选择主发送或主接收模式。如果R/W#为0，则IIC继续主传输模式。如果此时ICSR2.NACKF标志位为1，表示从设备没有识别到该地址，或者通信出现错误，并向ICCR2.SP位写入1发出停止条件。如果要传输10位地址格式的数据，首先将11110b和从地址的高两位和W写入ICDRT作为第一个地址传输。然后将从地址低8位写入ICDRT作为第二个地址传输。

确认ICSR2的TDRE标志位为1后，将传输数据写入ICDRT寄存器。IIC自动保持SCLn线路处于低位，直到传输数据就绪，发出重启条件或停止条件。

当所有要传输的数据字节写入ICDRT寄存器后，等待ICSR2中的TEND标志位的值返回1。确认ICSR2的START标志位为1后，将ICSR2的START标志位设置为0。

设置ICCR2中的RS位为1(重启条件问题请求)。在接收到请求时，IIC发出一个重启条件。

检查ICSR2中的START标志位为1后，将传输值(从地址和R/W#位)写入ICDRT。

21.3. EEPROM简介

EEPROM是一种掉电后数据不丢失的存储器，常用来存储一些配置信息，以便系统重新上电的时候加载。 EEPROM芯片最常用的通讯方式就是I^2^C协议，本小节以EEPROM的读写实验为例子给大家讲解RA6M5的I^2^C使用方法。 实验中RA6M5的I2C外设采用主机模式，分别用作主发送器和主接收器，通过查询事件的方式来确保正常通讯。

本实验板中的EEPROM芯片(型号：AT24C02)的SCL及SDA引脚连接到了瑞萨RA6M5对应的I2C引脚中，结合上拉电阻，构成了I2C通讯总线，它们通过I2C总线交互。EEPROM芯片的设备地址一共有7位，其中高4位固定为：1010 b，低3位则由A0/A1/A2信号线的电平决定，见图22_12，图中的R/W是读写方向位，与地址无关。

图 22‑12 EEPROM设备地址(摘自《AT24C02》规格书)

按照我们此处的连接，A0/A1/A2均为0，所以EEPROM的7位设备地址是：1010 000b ，即0x50。由于I2C通讯时常常是地址跟读写方向连在一起构成一个8位数，且当R/W位为0时，表示写方向，所以加上7位地址，其值为“0xA0”，常称该值为I2C设备的“写地址”；当R/W位为1时，表示读方向，加上7位地址，其值为“0xA1”，常称该值为“读地址”。

EEPROM芯片中还有一个WP引脚，具有写保护功能，当该引脚电平为高时，禁止写入数据，当引脚为低电平时，可写入数据，我们直接接地，不使用写保护功能。

关于EEPROM的更多信息，可参考其数据手册《AT24C02》来了解。若您使用的实验板EEPROM的型号、设备地址或控制引脚不一样，只需根据我们的工程修改即可，程序的控制原理相同。