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2025-09-30
深入剖析Linux内核与设备驱动-I2C总线驱动需求
【摘要】：可以说I2C已经成为嵌入式设备不可或缺的总线形式。嵌入式处理器通常作为I2C总线的主设备，而传感器等外围设备是总线上的从设备。I2C总线数据传输信号规范如图7-2所示。图7-2I2C总线数据传输信号规范从图7-2可见，具体传输是由Start和Stop标记的，并且每传送一个字长都需要有ACK标记。总体上来说，系统对I2C总线驱动的需求就是要能实现总线的各种功能，并且满足以上的各种无关性需求。
I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种由Philips公司开发的两线式串行总线（分别是时钟信号SCL和数据信号SDA）。如果带有高速扩展，则最高可到3.4MHz。其具有简单高效，总线占用空间小，使用芯片引脚少，互连成本低，可以进行多设备互连等优点，被广泛应用于处理器与外围设备的连接。
由于传感器技术的大力发展，且不需要大量的数据交换，所以I2C总线已被广泛用于处理器连接各种传感器。可以说I2C已经成为嵌入式设备不可或缺的总线形式。
从形式上看I2C是主/从形式总线，在任何时间点上只能有一个主控。嵌入式处理器通常作为I2C总线的主设备，而传感器等外围设备是总线上的从设备。从设备通常有固化的地址，主设备通过地址与从设备通信。
I2C总线连接的基本形式如图7-1所示。图7-1引自《DM 3730芯片手册》中第2777页框图。
图7-1 I2C总线连接基本形式框图
从图7-1可见，处理器中可以有多个I2C总线控制器，每个总线控制器形成一个单独的I2C总线，一条I2C总线允许连接多个设备，而且设备允许使用不同的接口电压，这些不同接口电压的设备分布要合理。如芯片的IO接口电压是1.8V，所以1.8V的设备要接近芯片，而高电压3.0V接口的设备则通过level shift实现升压后进行连接。(https://www.chuimin.cn)
总线可以连接各种设备，在物理设备上包含总线控制器以及总线设备。另外系统的硬件连接需要具有灵活性，不同的总线控制器可以连接不同的总线设备，也就是说总线控制器与总线设备要独立，不能够彼此相关。在软件方面也需要具有高度的灵活性，设备信息要与驱动无关，总线控制器的操作方法要与属性无关，还要在软件层面满足总线控制器与总线设备无关。
另外从设备的角度来看，I2C总线设备有具体的功能，而总线是实现功能的媒介，通过总线传输命令、状态信息等。这就需要总线系统提供信息交互的接口及规范，即总线数据传输的信号规范。I2C总线数据传输信号规范如图7-2所示。图7-2引自《DM 3730芯片手册》中第2778页框图。
图7-2 I2C总线数据传输信号规范
从图7-2可见，具体传输是由Start和Stop标记的，并且每传送一个字长都需要有ACK标记。通常传输信号的正确性是由物理的控制器来保证的，也可以通过GPIO进行模拟，但是需要软件进行配合。
总体上来说，系统对I2C总线驱动的需求就是要能实现总线的各种功能，并且满足以上的各种无关性需求。
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2025-09-30
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