C语言软件iic虚拟总线中间层设计详解

时间:2023-02-03 MacRsh 人气:0

简介

mr-soft-iic 模块为 mr-library 项目下的可裁剪模块，以C语言编写，可快速移植到各种平台（主要以嵌入式mcu为主）。 mr-soft-iic 模块通过 io 模拟实现 iic 协议。

IIC-协议

SPI 一般为一主多从设计。由2根线组成：CLK（时钟）、SDA（数据）。

接线方式

主机	从机
CLK	CLK
SDA	SDA

主机从机一一对应相接。

总线

IIC 通过地址码识别设备，一条 IIC 总线最多支持挂载127个设备，通常速率为100kbit/s和400kbit/s，由于SDA设置为开漏模式，因此双向通信时需外置上拉电阻。

工作本质

我们可以看到CLK和SDA都有一个上拉电阻，而CLK和SDA都为开漏（OUT-OD）下，所以只有一个下拉的MOS可以控制，因此只有下拉和高阻状态。当高阻状态时线上电平因为上拉电阻的存在所以为VCC，而下拉状态时，因为MOS对地，所以线上电平为GND。当主机主动控制时，就可以完成写入的操作，当需要读取时，只需置高阻，等待从机主动拉低，即可完成双向通信。

虚拟总线（中间层）设计

首先 IIC 总线的CLK、SDA 这2条线是不会变动的，所以我们可以把这部分单独设计为iic-bus，IIC总线需要知道当前有哪个设备拥有IIC总线的使用权，为了防止出现抢占还需要配置一个互斥锁。

struct mr_soft_iic_bus
{
  void (*set_clk)(mr_uint8_t level);		// 操作 CLK 的函数指针
  void (*set_sda)(mr_uint8_t level);		// 操作 SDA 的函数指针
  mr_uint8_t (*get_sda)(void);				// 读取 SDA 的函数指针
  struct mr_soft_iic *owner;					// 当前该总线的所有者
  mr_uint8_t lock;									// 互斥锁
};

IIC设备唯一独有的只有设备addr，所以我们把这部分定义为iic-device。IIC设备还需要知道自己归属于哪条IIC总线。

struct mr_soft_iic
{
  mr_uint8_t addr;		// 设备地址
  struct mr_soft_iic_bus *bus;		// 该设备归属的总线
};

当创建了一条iic-bus，一个iic-device后我们需要一个挂载函数，即将iic-device挂载到iic-bus上

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

那么由于是虚拟总线设计，当我们要开始传输前需要先去获取总线。

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;
}

当我们使用完毕后需要释放总线

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;
}

到此其实虚拟总线已经设计完毕，设备需要使用仅需通过挂载、获取、释放三步操作即可，其余操作交由中间层处理。为调用接口的统一，设计iic-msg

struct mr_soft_iic_msg
{
  mr_uint8_t read_write;		// 读写模式：IIC_WR/ IIC_RD
  mr_uint8_t addr;		// 写入/读取 地址							
  mr_uint8_t *buffer;		// 数据地址
  mr_size_t size;		// 数据数量
};

然后通过transfer函数统一调用接口。

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 -------------------- */
/* 创建一条 iic 总线 */
struct mr_soft_iic_bus iic_bus;
/* 适配 iic 总线接口 */
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 总线 */
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;
/* 创建一个 iic 设备 */
struct mr_soft_iic iic_device;
/* 配置 iic 设备 */
iic_device.addr = 0x31;         // iic 设备地址
/* -------------------- 使用 -------------------- */
int main(void)
{
    /* 需要发送的数据 */
    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);
    /* 挂载 iic 设备到 iic 总线 */
    mr_soft_iic_attach(&iic_device,&iic_bus);
    /* 创建 iic 消息 */
    struct mr_soft_iic_msg iic_msg;
    iic_msg.addr = 0x55;            // 写入/读取 地址
    iic_msg.buffer = buffer;        // 数据地址
    iic_msg.size = 10;              // 数据数量
    iic_msg.read_write = IIC_WR;    // 只写模式
    /* 发送消息 */
    mr_soft_iic_transfer(&iic_device,iic_msg);
}

剩余底层代码位于开源代码中，请下载开源代码。

开源代码仓库链接 gitee.com/chen-fanyi/…

路径：master/mr-library/ device / mr_soft_iic

请仔细阅读README.md ！！！！！

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