16、嵌入式系统本地总线接口与低功耗优化

嵌入式系统本地总线接口与低功耗优化

1. I2C 总线通信特性

I2C 总线是嵌入式系统中常用的本地总线接口，它具有一些独特的特性以确保数据传输的可靠性和灵活性。

1.1 时钟拉伸机制

在数据传输过程中，有时请求的数据可能会稍有延迟。时钟拉伸机制允许传输在暂停不定时间后恢复，主设备仍需产生九个时钟脉冲来结束传输。当本次事务内不再有更多帧时，主设备最后不将 ACK 位拉低，而是发送 STOP 条件来正确完成事务。
虽然并非所有设备都支持时钟拉伸，但该机制在处理数据稍有延迟的事务时非常有用，是 I2C 协议与传感器及其他输入外设通信的一个独特且通用的特性。对于无法及时提供完成事务所需值的较慢设备，时钟拉伸尤为重要。主设备若要与通用 I2C 从设备通信，建议正确支持此特性。从设备方面，要实现时钟拉伸，需提供一种硬件配置，使 SCL 线能保持逻辑低电平，直到准备好再次通信，这意味着 SCL 线在此情况下必须是双向的，从设备应能控制其下拉，以在准备下一帧传输时维持事务进行。

1.2 多主设备仲裁机制

I2C 提供了一种基于 SDA 线电气特性的确定机制，用于检测和应对总线上多个主设备的存在。在发起任何通信之前，主设备会通过感应 SDA 和 SCL 线来确保总线可用。START 条件的设计本身可排除大部分冲突，在两个边沿之间的初始宽限期内，若检测到 SDA 线为低电平，并发的起始条件会被中断。然而，由于信号在导线上的传播时间，仍可能发生冲突。
当两个主设备同时发起事务时，它们会在每个位传输后持续比较线路状态。若两个主设备在不同传输中完全同步，当出现第一个值不同的位时，发送 1 的主设备会注意到实际线路状态与预期值不符，从而立