C語(yǔ)言軟件iic虛擬總線中間層設(shè)計(jì)詳解

更新時(shí)間：2023年01月30日 11:33:22 作者：MacRsh

這篇文章主要為大家介紹了C語(yǔ)言軟件iic虛擬總線中間層設(shè)計(jì)詳解，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進(jìn)步，早日升職加薪

簡(jiǎn)介

mr-soft-iic 模塊為 mr-library 項(xiàng)目下的可裁剪模塊，以C語(yǔ)言編寫(xiě)，可快速移植到各種平臺(tái)（主要以嵌入式mcu為主）。 mr-soft-iic 模塊通過(guò) io 模擬實(shí)現(xiàn) iic 協(xié)議。

IIC-協(xié)議

SPI 一般為一主多從設(shè)計(jì)。由2根線組成：CLK（時(shí)鐘）、SDA（數(shù)據(jù)）。

接線方式

主機(jī)	從機(jī)
CLK	CLK
SDA	SDA

主機(jī)從機(jī)一一對(duì)應(yīng)相接。

總線

IIC 通過(guò)地址碼識(shí)別設(shè)備，一條 IIC 總線最多支持掛載127個(gè)設(shè)備，通常速率為100kbit/s和400kbit/s，由于SDA設(shè)置為開(kāi)漏模式，因此雙向通信時(shí)需外置上拉電阻。

工作本質(zhì)

我們可以看到CLK和SDA都有一個(gè)上拉電阻，而CLK和SDA都為開(kāi)漏（OUT-OD）下，所以只有一個(gè)下拉的MOS可以控制，因此只有下拉和高阻狀態(tài)。當(dāng)高阻狀態(tài)時(shí)線上電平因?yàn)樯侠娮璧拇嬖谒詾閂CC，而下拉狀態(tài)時(shí)，因?yàn)镸OS對(duì)地，所以線上電平為GND。當(dāng)主機(jī)主動(dòng)控制時(shí)，就可以完成寫(xiě)入的操作，當(dāng)需要讀取時(shí)，只需置高阻，等待從機(jī)主動(dòng)拉低，即可完成雙向通信。

虛擬總線（中間層）設(shè)計(jì)

首先 IIC 總線的CLK、SDA 這2條線是不會(huì)變動(dòng)的，所以我們可以把這部分單獨(dú)設(shè)計(jì)為iic-bus，IIC總線需要知道當(dāng)前有哪個(gè)設(shè)備擁有IIC總線的使用權(quán)，為了防止出現(xiàn)搶占還需要配置一個(gè)互斥鎖。

struct mr_soft_iic_bus
{
  void (*set_clk)(mr_uint8_t level);		// 操作 CLK 的函數(shù)指針
  void (*set_sda)(mr_uint8_t level);		// 操作 SDA 的函數(shù)指針
  mr_uint8_t (*get_sda)(void);				// 讀取 SDA 的函數(shù)指針
  struct mr_soft_iic *owner;					// 當(dāng)前該總線的所有者
  mr_uint8_t lock;									// 互斥鎖
};

IIC設(shè)備唯一獨(dú)有的只有設(shè)備addr，所以我們把這部分定義為iic-device。IIC設(shè)備還需要知道自己歸屬于哪條IIC總線。

struct mr_soft_iic
{
  mr_uint8_t addr;		// 設(shè)備地址
  struct mr_soft_iic_bus *bus;		// 該設(shè)備歸屬的總線
};

當(dāng)創(chuàng)建了一條iic-bus，一個(gè)iic-device后我們需要一個(gè)掛載函數(shù)，即將iic-device掛載到iic-bus上

void mr_soft_iic_attach(struct mr_soft_iic *iic, struct mr_soft_iic_bus *iic_bus)
{
  iic->bus = iic_bus;
}

那么由于是虛擬總線設(shè)計(jì)，當(dāng)我們要開(kāi)始傳輸前需要先去獲取總線。

mr_err_t mr_soft_iic_bus_take(struct mr_soft_iic *iic)
{
  mr_uint8_t iic_bus_lock;
  mr_base_t level;
  /* check iic-bus owner */
  if(iic->bus->owner != iic)
  {
    /* check mutex lock */
    do {
      iic_bus_lock = iic->bus->lock;
    } while (iic_bus_lock != MR_UNLOCK);
    /* lock mutex lock */
    iic->bus->lock = MR_LOCK;
    /* exchange iic-bus owner */
    iic->bus->owner = iic;
  }
  else
  {
    /* lock mutex lock */
    iic->bus->lock = MR_LOCK;
  }
  return MR_EOK;
}

當(dāng)我們使用完畢后需要釋放總線

mr_err_t mr_soft_iic_bus_release(struct mr_soft_iic *iic)
{
  /* check spi-bus owner */
  if(iic->bus->owner == iic)
  {
    iic->bus->lock = MR_UNLOCK;
    return MR_EOK;
  }
  return -MR_ERROR;
}

到此其實(shí)虛擬總線已經(jīng)設(shè)計(jì)完畢，設(shè)備需要使用僅需通過(guò)掛載、獲取、釋放三步操作即可，其余操作交由中間層處理。為調(diào)用接口的統(tǒng)一，設(shè)計(jì)iic-msg

struct mr_soft_iic_msg
{
  mr_uint8_t read_write;		// 讀寫(xiě)模式：IIC_WR/ IIC_RD
  mr_uint8_t addr;		// 寫(xiě)入/讀取 地址							
  mr_uint8_t *buffer;		// 數(shù)據(jù)地址
  mr_size_t size;		// 數(shù)據(jù)數(shù)量
};

然后通過(guò)transfer函數(shù)統(tǒng)一調(diào)用接口。

mr_err_t mr_soft_iic_transfer(struct mr_soft_iic *iic, struct mr_soft_iic_msg msg)
{
  mr_err_t ret;
  /* check msg */
  if(msg.read_write > IIC_RD)
    return -MR_ERROR;
  if(msg.addr == MR_NULL)
    return -MR_EINVAL;
  if(msg.buffer == MR_NULL || msg.size == MR_NULL)
    return MR_EOK;
  /* take iic-bus */
  ret = mr_soft_iic_bus_take(iic);
  if(ret != MR_EOK)
    return ret;
  /* send iic device and register address */
  mr_soft_iic_bus_start(iic->bus);
  mr_soft_iic_bus_send(iic->bus, iic->addr << 1);
  mr_soft_iic_bus_send(iic->bus, msg.addr);
  if(msg.read_write == IIC_WR)
  {
    /* send iic start and device write cmd */
    mr_soft_iic_bus_start(iic->bus);
    mr_soft_iic_bus_send(iic->bus, iic->addr << 1);
    /* send */
    while(msg.size)
    {
      mr_soft_iic_bus_send(iic->bus,*msg.buffer);
      ++ msg.buffer;
      -- msg.size;
    }
    /* send iic stop */
    mr_soft_iic_bus_stop(iic->bus);
  }
  else
  {
    /* send iic start and device write cmd */
    mr_soft_iic_bus_start(iic->bus);
    mr_soft_iic_bus_send(iic->bus, iic->addr << 1 | 0x01);
    /* receive */
    while(msg.size)
    {
      *msg.buffer = mr_soft_iic_bus_receive(iic->bus, (msg.size == 0));
      ++ msg.buffer;
      -- msg.size;
    }
    /* send iic stop */
    mr_soft_iic_bus_stop(iic->bus);
  }
  /* release iic-bus */
  mr_soft_iic_bus_release(iic);
  return MR_EOK;
}

使用示例

/* -------------------- 配置 -------------------- */
/* 創(chuàng)建一條 iic 總線 */
struct mr_soft_iic_bus iic_bus;
/* 適配 iic 總線接口 */
void set_clk(mr_uint8_t level)
{
  GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_0,level);
}
void set_sda(mr_uint8_t level)
{
  GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_1,level);
}
mr_uint8_t get_sda(void)
{
  return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1);
}
/* 配置 iic 總線 */
struct mr_soft_iic_bus iic_bus;
iic_bus.set_clk = set_clk;
iic_bus.set_sda = set_sda;
iic_bus.get_sda = get_sda;
iic_bus.lock = MR_UNLOCK;
iic_bus.owner = MR_NULL;
/* 創(chuàng)建一個(gè) iic 設(shè)備 */
struct mr_soft_iic iic_device;
/* 配置 iic 設(shè)備 */
iic_device.addr = 0x31;         // iic 設(shè)備地址
/* -------------------- 使用 -------------------- */
int main(void)
{
    /* 需要發(fā)送的數(shù)據(jù) */
    mr_uint8_t buffer[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
    /* 初始化 gpio */
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    /* 掛載 iic 設(shè)備到 iic 總線 */
    mr_soft_iic_attach(&iic_device,&iic_bus);
    /* 創(chuàng)建 iic 消息 */
    struct mr_soft_iic_msg iic_msg;
    iic_msg.addr = 0x55;            // 寫(xiě)入/讀取 地址
    iic_msg.buffer = buffer;        // 數(shù)據(jù)地址
    iic_msg.size = 10;              // 數(shù)據(jù)數(shù)量
    iic_msg.read_write = IIC_WR;    // 只寫(xiě)模式
    /* 發(fā)送消息 */
    mr_soft_iic_transfer(&iic_device,iic_msg);
}

剩余底層代碼位于開(kāi)源代碼中，請(qǐng)下載開(kāi)源代碼。

開(kāi)源代碼倉(cāng)庫(kù)鏈接 gitee.com/chen-fanyi/…