add: 04_I2C/01_I2C视频介绍, 02_I2C协议

IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/01_I2C视频介绍.md

@@ -0,0 +1,73 @@
+## I2C视频介绍
+
+参考资料：
+
+* I2CTools：https://mirrors.edge.kernel.org/pub/software/utils/i2c-tools/
+
+  
+
+### 1. I2C硬件框架
+
+![image-20210208125100022](pic/04_I2C/001_i2c_hardware_block.png)
+
+
+
+* 在一个芯片(SoC)内部，有一个或多个I2C控制器
+* 在一个I2C控制器上，可以连接一个或多个I2C设备
+* I2C总线只需要2条线：时钟线SCL、数据线SDA
+* 在I2C总线的SCL、SDA线上，都有上拉电阻
+
+
+
+### 2. I2C软件框架
+
+![image-20210219173533929](pic/04_I2C/002_i2c_software_block.png)
+
+以I2C接口的存储设备AT24C02为例：
+
+* APP：
+  * 提出要求：把字符串"www.100ask.net"写入AT24C02地址16开始的地方
+  * 它是大爷，不关心底层实现的细节
+  * 它只需要调用设备驱动程序提供的接口
+* AT24C02驱动：
+  * 它知道AT24C02要求的地址、数据格式
+  * 它知道发出什么信号才能让AT24C02执行擦除、烧写工作
+  * 它知道怎么判断数据是否烧写成功
+  * 它构造好一系列的数据，发给I2C控制器
+* I2C控制器驱动
+  * 它根据I2C协议发出各类信号：I2C设备地址、I2C存储地址、数据
+  * 它根据I2C协议判断
+
+### 3. 我们讲什么
+
+
+
+####  3.1 对于Linux
+
+![image-20210219173436295](pic/04_I2C/003_linux_i2c_software_block.png)
+
+从上到下：
+
+* 先讲I2C协议
+* APP可以通过两类驱动程序访问设备
+  * I2C设备自己的驱动程序
+  * 内核自带的i2c-dev.c驱动程序，它是i2c控制器驱动程序暴露给用户空间的驱动程序(i2c-dev.c)
+* I2C Device Driver
+  * I2C设备自己的驱动程序
+  * 内核自带的i2c-dev.c驱动程序，它是i2c控制器驱动程序暴露给用户空间的驱动程序(i2c-dev.c)
+* I2C Controller Driver
+  * 芯片I2C控制器的驱动程序(称为adapter)
+  * 使用GPIO模拟的I2C控制器驱动程序(i2c-gpio.c)
+
+
+
+#### 3.2 对于单片机/裸机
+
+![image-20210219175747702](pic/04_I2C/004_noos_i2c_software_block.png)
+
+从上到下：
+
+* 先讲I2C协议
+* APP
+* I2C Device Driver
+* I2C Controller Driver(也被称为adapter)

IMX6ULL/doc_pic/04_I2C/02_I2C协议.md

@@ -0,0 +1,153 @@
+## I2C协议
+
+参考资料：
+
+* i2c_spec.pdf
+
+### 1. 硬件连接
+
+I2C在硬件上的接法如下所示，主控芯片引出两条线SCL,SDA线，在一条I2C总线上可以接很多I2C设备，我们还会放一个上拉电阻（放一个上拉电阻的原因以后我们再说）。
+
+![image-20210220144722044](pic/04_I2C/005_i2c_hardware_connect.png)
+
+### 2. 传输数据类比
+
+怎么通过I2C传输数据，我们需要把数据从主设备发送到从设备上去，也需要把数据从从设备传送到主设备上去，数据涉及到双向传输。
+
+举个例子：
+
+![image-20210220145618978](pic/04_I2C/006_teacher_and_student.png)
+
+体育老师：可以把球发给学生，也可以把球从学生中接过来。
+
+* 发球：
+  * 老师：开始了(start)
+  * 老师：A！我要发球给你！(地址/方向)
+  * 学生A：到！(回应)
+  * 老师把球发出去（传输）
+  * A收到球之后，应该告诉老师一声（回应）
+  * 老师：结束（停止）
+
+* 接球：
+  * 老师：开始了(start)
+  * 老师：B！把球发给我！(地址/方向)
+  * 学生B：到！
+  * B把球发给老师（传输）
+  * 老师收到球之后，给B说一声，表示收到球了（回应）
+  * 老师：结束（停止）
+
+我们就使用这个简单的例子，来解释一下IIC的传输协议：
+
+* 老师说开始了，表示开始信号(start)
+* 老师提醒某个学生要发球，表示发送地址和方向(address/read/write)
+* 老师发球/接球，表示数据的传输
+* 收到球要回应：回应信号(ACK)
+* 老师说结束，表示IIC传输结束(P)
+
+
+
+### 3. IIC传输数据的格式
+
+#### 3.1 写操作
+
+流程如下：
+
+* 主芯片要发出一个start信号
+* 然后发出一个设备地址(用来确定是往哪一个芯片写数据)，方向(读/写，0表示写，1表示读)
+* 从设备回应(用来确定这个设备是否存在)，然后就可以传输数据
+* 主设备发送一个字节数据给从设备，并等待回应
+* 每传输一字节数据，接收方要有一个回应信号（确定数据是否接受完成)，然后再传输下一个数据。
+* 数据发送完之后，主芯片就会发送一个停止信号。
+
+下图：白色背景表示"主→从"，灰色背景表示"从→主"
+
+![image-20210220150757825](pic/04_I2C/007_i2c_write.png)
+
+#### 3.2 读操作
+
+流程如下：
+
+* 主芯片要发出一个start信号
+* 然后发出一个设备地址(用来确定是往哪一个芯片写数据)，方向(读/写，0表示写，1表示读)
+* 从设备回应(用来确定这个设备是否存在)，然后就可以传输数据
+
+* 从设备发送一个字节数据给主设备，并等待回应
+* 每传输一字节数据，接收方要有一个回应信号（确定数据是否接受完成)，然后再传输下一个数据。
+* 数据发送完之后，主芯片就会发送一个停止信号。
+
+下图：白色背景表示"主→从"，灰色背景表示"从→主"
+
+![image-20210220150954993](pic/04_I2C/008_i2c_read.png)
+
+
+
+#### 3.3 I2C信号
+
+I2C协议中数据传输的单位是字节，也就是8位。但是要用到9个时钟：前面8个时钟用来传输8数据，第9个时钟用来传输回应信号。传输时，先传输最高位(MSB)。
+
+* 开始信号（S）：SCL为高电平时，SDA山高电平向低电平跳变，开始传送数据。
+* 结束信号（P）：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
+* 响应信号(ACK)：接收器在接收到8位数据后，在第9个时钟周期，拉低SDA
+* SDA上传输的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定，SDA上的数据只能在SCL为低电平期间变化
+
+I2C协议信号如下：
+
+![image-20210220151524099](pic/04_I2C/009_i2c_signal.png)
+
+
+
+#### 3.4 协议细节
+
+* 如何在SDA上实现双向传输？
+  主芯片通过一根SDA线既可以把数据发给从设备，也可以从SDA上读取数据，连接SDA线的引脚里面必然有两个引脚（发送引脚/接受引脚）。
+
+* 主、从设备都可以通过SDA发送数据，肯定不能同时发送数据，怎么错开时间？
+  在9个时钟里，
+  前8个时钟由主设备发送数据的话，第9个时钟就由从设备发送数据；
+  前8个时钟由从设备发送数据的话，第9个时钟就由主设备发送数据。
+* 双方设备中，某个设备发送数据时，另一方怎样才能不影响SDA上的数据？
+  设备的SDA中有一个三极管，使用开极(极电集开发出去作为输出)电路，如下图：
+  ![image-20210220152057547](pic/04_I2C/010_i2c_signal_internal.png)
+
+真值表如下：
+![image-20210220152134970](pic/04_I2C/011_true_value_table.png)
+
+
+
+从真值表和电路图我们可以知道：
+
+* 当某一个芯片不想影响SDA线时，那就不驱动这个三极管
+* 想让SDA输出高电平，双方都不驱动三极管(SDA通过上拉电阻变为高电平)
+* 想让SDA输出低电平，就驱动三极管
+
+
+
+从下面的例子可以看看数据是怎么传的（实现双向传输）。
+举例：主设备发送（8bit）给从设备
+
+* 前8个clk
+  * 从设备不要影响SDA，从设备不驱动三极管
+  * 主设备决定数据，主设备要发送1时不驱动三极管，要发送0时驱动三极管
+
+* 第9个clk，由从设备决定数据
+  * 主设备不驱动三极管
+  * 从设备决定数据，要发出回应信号的话，就驱动三极管让SDA变为0
+  * 从这里也可以知道ACK信号是低电平
+
+
+
+从上面的例子，就可以知道怎样在一条线上实现双向传输，这就是SDA上要使用上拉电阻的原因。
+
+
+
+为何SCL也要使用上拉电阻？
+在第9个时钟之后，如果有某一方需要更多的时间来处理数据，它可以一直驱动三极管把SCL拉低。
+当SCL为低电平时候，大家都不应该使用IIC总线，只有当SCL从低电平变为高电平的时候，IIC总线才能被使用。
+当它就绪后，就可以不再驱动三极管，这是上拉电阻把SCL变为高电平，其他设备就可以继续使用I2C总线了。
+
+
+
+对于IIC协议它只能规定怎么传输数据，数据是什么含义由从设备决定。
+
+ 
+

README.md

@@ -76,6 +76,9 @@ git clone https://e.coding.net/weidongshan/doc_and_source_for_drivers.git
   * 16\_上机实验\_基于STM32MP157
   * 18\_STM32MP157内核自带的LCD驱动不支持多buffer
 
+* 2021.02.20 发布"I2C系统"：01_I2C视频介绍
+* 2021.02.22 发布"I2C系统"：02_I2C协议
+
 
 
 ## 6. 联系方式

STM32MP157/doc_pic/04_I2C/01_I2C视频介绍.md

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+## I2C视频介绍
+
+参考资料：
+
+* I2CTools：https://mirrors.edge.kernel.org/pub/software/utils/i2c-tools/
+
+  
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+### 1. I2C硬件框架
+
+![image-20210208125100022](pic/04_I2C/001_i2c_hardware_block.png)
+
+
+
+* 在一个芯片(SoC)内部，有一个或多个I2C控制器
+* 在一个I2C控制器上，可以连接一个或多个I2C设备
+* I2C总线只需要2条线：时钟线SCL、数据线SDA
+* 在I2C总线的SCL、SDA线上，都有上拉电阻
+
+
+
+### 2. I2C软件框架
+
+![image-20210219173533929](pic/04_I2C/002_i2c_software_block.png)
+
+以I2C接口的存储设备AT24C02为例：
+
+* APP：
+  * 提出要求：把字符串"www.100ask.net"写入AT24C02地址16开始的地方
+  * 它是大爷，不关心底层实现的细节
+  * 它只需要调用设备驱动程序提供的接口
+* AT24C02驱动：
+  * 它知道AT24C02要求的地址、数据格式
+  * 它知道发出什么信号才能让AT24C02执行擦除、烧写工作
+  * 它知道怎么判断数据是否烧写成功
+  * 它构造好一系列的数据，发给I2C控制器
+* I2C控制器驱动
+  * 它根据I2C协议发出各类信号：I2C设备地址、I2C存储地址、数据
+  * 它根据I2C协议判断
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+### 3. 我们讲什么
+
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+####  3.1 对于Linux
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+![image-20210219173436295](pic/04_I2C/003_linux_i2c_software_block.png)
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+从上到下：
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+* 先讲I2C协议
+* APP可以通过两类驱动程序访问设备
+  * I2C设备自己的驱动程序
+  * 内核自带的i2c-dev.c驱动程序，它是i2c控制器驱动程序暴露给用户空间的驱动程序(i2c-dev.c)
+* I2C Device Driver
+  * I2C设备自己的驱动程序
+  * 内核自带的i2c-dev.c驱动程序，它是i2c控制器驱动程序暴露给用户空间的驱动程序(i2c-dev.c)
+* I2C Controller Driver
+  * 芯片I2C控制器的驱动程序(称为adapter)
+  * 使用GPIO模拟的I2C控制器驱动程序(i2c-gpio.c)
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+#### 3.2 对于单片机/裸机
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+![image-20210219175747702](pic/04_I2C/004_noos_i2c_software_block.png)
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+从上到下：
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+* 先讲I2C协议
+* APP
+* I2C Device Driver
+* I2C Controller Driver(也被称为adapter)

STM32MP157/doc_pic/04_I2C/02_I2C协议.md

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+## I2C协议
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+参考资料：
+
+* i2c_spec.pdf
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+### 1. 硬件连接
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+I2C在硬件上的接法如下所示，主控芯片引出两条线SCL,SDA线，在一条I2C总线上可以接很多I2C设备，我们还会放一个上拉电阻（放一个上拉电阻的原因以后我们再说）。
+
+![image-20210220144722044](pic/04_I2C/005_i2c_hardware_connect.png)
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+### 2. 传输数据类比
+
+怎么通过I2C传输数据，我们需要把数据从主设备发送到从设备上去，也需要把数据从从设备传送到主设备上去，数据涉及到双向传输。
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+举个例子：
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+![image-20210220145618978](pic/04_I2C/006_teacher_and_student.png)
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+体育老师：可以把球发给学生，也可以把球从学生中接过来。
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+* 发球：
+  * 老师：开始了(start)
+  * 老师：A！我要发球给你！(地址/方向)
+  * 学生A：到！(回应)
+  * 老师把球发出去（传输）
+  * A收到球之后，应该告诉老师一声（回应）
+  * 老师：结束（停止）
+
+* 接球：
+  * 老师：开始了(start)
+  * 老师：B！把球发给我！(地址/方向)
+  * 学生B：到！
+  * B把球发给老师（传输）
+  * 老师收到球之后，给B说一声，表示收到球了（回应）
+  * 老师：结束（停止）
+
+我们就使用这个简单的例子，来解释一下IIC的传输协议：
+
+* 老师说开始了，表示开始信号(start)
+* 老师提醒某个学生要发球，表示发送地址和方向(address/read/write)
+* 老师发球/接球，表示数据的传输
+* 收到球要回应：回应信号(ACK)
+* 老师说结束，表示IIC传输结束(P)
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+### 3. IIC传输数据的格式
+
+#### 3.1 写操作
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+流程如下：
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+* 主芯片要发出一个start信号
+* 然后发出一个设备地址(用来确定是往哪一个芯片写数据)，方向(读/写，0表示写，1表示读)
+* 从设备回应(用来确定这个设备是否存在)，然后就可以传输数据
+* 主设备发送一个字节数据给从设备，并等待回应
+* 每传输一字节数据，接收方要有一个回应信号（确定数据是否接受完成)，然后再传输下一个数据。
+* 数据发送完之后，主芯片就会发送一个停止信号。
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+下图：白色背景表示"主→从"，灰色背景表示"从→主"
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+![image-20210220150757825](pic/04_I2C/007_i2c_write.png)
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+#### 3.2 读操作
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+流程如下：
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+* 主芯片要发出一个start信号
+* 然后发出一个设备地址(用来确定是往哪一个芯片写数据)，方向(读/写，0表示写，1表示读)
+* 从设备回应(用来确定这个设备是否存在)，然后就可以传输数据
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+* 从设备发送一个字节数据给主设备，并等待回应
+* 每传输一字节数据，接收方要有一个回应信号（确定数据是否接受完成)，然后再传输下一个数据。
+* 数据发送完之后，主芯片就会发送一个停止信号。
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+下图：白色背景表示"主→从"，灰色背景表示"从→主"
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+![image-20210220150954993](pic/04_I2C/008_i2c_read.png)
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+#### 3.3 I2C信号
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+I2C协议中数据传输的单位是字节，也就是8位。但是要用到9个时钟：前面8个时钟用来传输8数据，第9个时钟用来传输回应信号。传输时，先传输最高位(MSB)。
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+* 开始信号（S）：SCL为高电平时，SDA山高电平向低电平跳变，开始传送数据。
+* 结束信号（P）：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
+* 响应信号(ACK)：接收器在接收到8位数据后，在第9个时钟周期，拉低SDA
+* SDA上传输的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定，SDA上的数据只能在SCL为低电平期间变化
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+I2C协议信号如下：
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+![image-20210220151524099](pic/04_I2C/009_i2c_signal.png)
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+#### 3.4 协议细节
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+* 如何在SDA上实现双向传输？
+  主芯片通过一根SDA线既可以把数据发给从设备，也可以从SDA上读取数据，连接SDA线的引脚里面必然有两个引脚（发送引脚/接受引脚）。
+
+* 主、从设备都可以通过SDA发送数据，肯定不能同时发送数据，怎么错开时间？
+  在9个时钟里，
+  前8个时钟由主设备发送数据的话，第9个时钟就由从设备发送数据；
+  前8个时钟由从设备发送数据的话，第9个时钟就由主设备发送数据。
+* 双方设备中，某个设备发送数据时，另一方怎样才能不影响SDA上的数据？
+  设备的SDA中有一个三极管，使用开极(极电集开发出去作为输出)电路，如下图：
+  ![image-20210220152057547](pic/04_I2C/010_i2c_signal_internal.png)
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+真值表如下：
+![image-20210220152134970](pic/04_I2C/011_true_value_table.png)
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+
+从真值表和电路图我们可以知道：
+
+* 当某一个芯片不想影响SDA线时，那就不驱动这个三极管
+* 想让SDA输出高电平，双方都不驱动三极管(SDA通过上拉电阻变为高电平)
+* 想让SDA输出低电平，就驱动三极管
+
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+
+从下面的例子可以看看数据是怎么传的（实现双向传输）。
+举例：主设备发送（8bit）给从设备
+
+* 前8个clk
+  * 从设备不要影响SDA，从设备不驱动三极管
+  * 主设备决定数据，主设备要发送1时不驱动三极管，要发送0时驱动三极管
+
+* 第9个clk，由从设备决定数据
+  * 主设备不驱动三极管
+  * 从设备决定数据，要发出回应信号的话，就驱动三极管让SDA变为0
+  * 从这里也可以知道ACK信号是低电平
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+从上面的例子，就可以知道怎样在一条线上实现双向传输，这就是SDA上要使用上拉电阻的原因。
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+为何SCL也要使用上拉电阻？
+在第9个时钟之后，如果有某一方需要更多的时间来处理数据，它可以一直驱动三极管把SCL拉低。
+当SCL为低电平时候，大家都不应该使用IIC总线，只有当SCL从低电平变为高电平的时候，IIC总线才能被使用。
+当它就绪后，就可以不再驱动三极管，这是上拉电阻把SCL变为高电平，其他设备就可以继续使用I2C总线了。
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+对于IIC协议它只能规定怎么传输数据，数据是什么含义由从设备决定。
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