Linux环境下基于I2C总线的EEPROM 驱动程序

　　Ｉ２Ｃ　（Ｉｎｔｅｒ－Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ１总线是一种由Ｐｈｉｌｉｐｓ公司开发的２线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少、控制方式简单、器件封装形式小、通信速率较高等优点。在主从通信中，可有多个Ｉ２Ｃ总线器件同时接到Ｉ２Ｃ总线上，通过地址来识别通信对象。笔者在开发基于ＭＰＣ８２５０的嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统的过程中发现Ｉ２Ｃ总线在嵌入式系统中应用广泛，Ｉ２Ｃ总线控制器的类型比较多，对系统提供的操作接口差别也很大。与Ｉ２Ｃ总线相连的从设备主要有微控制器、ＥＥＰＲＯＭ、实时时钟、Ａ／Ｄ转换器等．ＭＰＣ８２５０处理器正是通过内部的Ｉ２Ｃ总线控制器来和这些连接在Ｉ２Ｃ总线上的设备进行数据交换的。由于Ｉ２Ｃ总线的特性，Ｌｉｎｕｘ的Ｉ２Ｃ总线设备驱动程序的设计者在设计驱动程序时采用了独特的体系结构。使开发Ｉ２Ｃ总线设备驱动程序与开发一般设备驱动程序的方法具有很大差别。因此，开发Ｉ２Ｃ总线设备驱动程序除了要涉及一般Ｌｉｎｕｘ内核驱动程序的知识外．还要对Ｉ２Ｃ总线驱动的体系结构有深入的了解。笔者在开发过程中使用设备型号为ＡＴ２４Ｃ０１Ａ的ＥＥＰＲＯＭ　来测试Ｉ２Ｃ总线驱动。

　　２　工作原理概述

　　在介绍Ｉ２Ｃ总线结构之前。要搞清楚两个概念：Ｉ２Ｃ总线控制器和Ｉ２Ｃ设备。Ｉ２Ｃ总线控制器为微控制器或微处理器提供控制Ｉ２Ｃ总线的接口，它控制所有Ｉ２Ｃ总线的特殊序列、协议、仲裁、时序，这里指ＭＰＣ８２５０提供的Ｉ２Ｃ总线控制接口。Ｉ２Ｃ设备是指通过Ｉ２Ｃ总线与微控制器或微处理器相连的设备，如ＥＥＰＲＯＭ、ＬＣＤ驱动器等，这里指ＥＥＰＲＯＭ。

　　在一个串行数据通道中．Ｉ２Ｃ总线控制器可以配置成主模式或从模式。开发过程中，ＭＰＣ８２５０的Ｉ２Ｃ总线控制器工作在主模式，作为主设备；与总线相连的Ｉ２Ｃ设备为ＡＴ２４Ｃ０１Ａ型ＥＥＰＲＯＭ，作为从设备。主设备和从设备都可以工作于接收和发送状态。总线必须由主设备控制，主设备产生串行时钟控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。

　　２．１　Ｉ２Ｃ总线控制器

　　Ｉ２Ｃ使用由串行数据线ＳＤＡ　和串线时钟线ＳＣＬ组成的两线结构来在外部集成电路与控制器之间交换数据。ＭＰＣ８２５０的Ｉ２Ｃ总线控制器包括发送和接收单元、一个独立的波特率发生器和一个控制单元。发送和接收单元使用相同的时钟信号，如果Ｉ２Ｃ为主设备．那么时钟信号由Ｉ２Ｃ的波特率发生器产生；如果Ｉ２Ｃ为从设备，时钟信号则由外部提供。

　　ＳＤＡ和ＳＣＬ为双向的，通过外部＋３．３　Ｖ上拉电阻连接至正向电压。当总线处于空闲状态时，ＳＤＡ和ＳＣＬ都应是高电平，Ｉ２Ｃ通常的配置模式如图１所示。

　　图１　Ｉ２Ｃ配置模式

　　Ｉ２Ｃ的接收和发送单元均为双缓存，在数据发送时，数据从发送数据寄存器到移位寄存器，以时钟速率输出到ＳＤＡ线；在数据接收时，数据从ＳＤＡ线进入移位寄存器，然后进入接收寄存器。

　　２．２　Ｉ２Ｃ总线控制器和ＥＥＰＲＯＭ　的基本操作

　　Ｉ２Ｃ总线在传送数据过程中共有３种类型的信号，分别是：开始信号、结束信号和应答信号。

　　开始信号：ＳＣＬ为高电平时，ＳＤＡ　由高电平向低电平跳变，开始传送数据；

　　结束信号：ＳＣＬ为高电平时，ＳＤＡ由低电平向高电平跳变，传送数据结束；

　　应答信号：接收数据的设备在接收到一个字节数据后，　向发送数据的设备发出特定的低电平脉冲．表示已收到数据。

　　当ＭＰＣ８２５０的Ｉ２Ｃ总线空闲时，其ＳＤＡ和ＳＣＬ均为高电平，主设备通过发送一个开始信号启动发送过程。这个信号的时序要求是当ＳＣＬ为高时，ＳＤＡ出现一个由高到低的电平跳变。在起始条件之后．必须是从设备的地址字节，其中高４位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，ＥＥＰＲＯＭ一般应为１０１０），接着３位为片选，最后１位为读写位，当为１时为读操作，为０时为写操作，如图２所示。

　　图２　ＥＥＰＲＯＭ设备地址字节结构

　　如果主设备要向ＥＥＰＲＯＭ　中写数据，在地址字节中主设备向ＥＥＰＲＯＭ发出一个写请求（Ｒ／Ｗ＝０），发送的地址字节之后紧跟着要发送的数据。每发送一个字节的数据后ＥＥＰＲＯＭ就会产生一个应答信号，主设备也会监控应答信号，如果在发送一个字节后ＥＥＰＲＯＭ没有返回应答信号，则主设备就会停止发送，并生成一个结束信号。写操作的时序如图３所示。

　　图３　Ｉ２Ｃ主设备写操作时序

要从ＥＥＰＲＯＭ中读取数据时，应设置Ｒ／Ｗ＝１