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CN105718396B - 一种大数据主设备传输的i2c总线装置及其通讯方法 - Google Patents

一种大数据主设备传输的i2c总线装置及其通讯方法 Download PDF

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Abstract

一种大数据主设备传输的I2C总线装置及其通讯方法，它涉及I2C总线装置及其通讯方法。本发明的目的是为了解决现有的I2C总线装置及其通讯方法通讯需要占用主循环时间，造成通讯时间长，通讯效率低的问题。本发明包括状态寄存器：用于判断总线状态；地址寄存器：用于配置从机地址；模式寄存器：判断起始条件机写从器件地址发送完成；数据发送寄存器：用于装载命令字节；数据接收寄存器：用于保存IC2总线的接收数据；I2C发送、接收函数体计算单元：用于进行读或写函数操作。本发明有效了提高了通讯效率和通讯质量。

Description

一种大数据主设备传输的I2C总线装置及其通讯方法
技术领域
本发明涉及I2C总线装置及其通讯方法，具体涉及一种大数据主设备传输的I2C总线装置及其通讯方法，属于I2C总线通讯技术领域。
背景技术
传统通讯电源系统中，I2C通讯功能应用十分广泛，业界已形成标准通信协议PMBus 数字电源管理协议。该协议是通过传输接口及命令语言来促进电源本体与其他设备通讯。例如，通讯电源与监控管理主机之间的通信采用I2C通讯功能即PMBus电源管理协议。
而这种通讯电源与监控管理主机之间的I2C通讯协议，实际上通讯电源在PMBus环境中充当从器件，监控管理主机充当I2C通讯主机。通讯电源主控芯片在功能实现上是I2C接收中断服务程序处理者，意在执行协议中的传输链路层。
传统I2C总线应用情况图如图1所示：
但是无论单片机还是DSP，微处理器在作为电源主控芯片时，不可能单一的执行I2C 这一个工作，而是全面控制系统的任何功能。PMBus总线协议只是规范化从设备配置数据方式，而主控设备不是基于自主设计的，也不作为一个转换器。多数时候主设备是计算机，只负责单一的处理I2C通讯总线数据。
以DSP主控芯片举例，I2C功能的实现是通过I2C状态寄存器状态标志位置1或清0来判断的。传统的DSP芯片作为I2C主机来实现信息通讯功能时，每次发送数据较少，执行主函数周期较长，不利于大数据量传输，并且直接影响其他功能的控制。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的I2C总线装置及其通讯方法通讯需要占用主循环时间，造成通讯时间长，通讯效率低的问题。
本发明的技术方案是：一种大数据主设备传输的I2C总线装置，包括主设备、I2C总线和若干从设备，主设备和从设备之间通过I2C总线建立连接，所述主设备包括I2C控制器、状态寄存器、模式寄存器、地址寄存器、计数器、数据接收寄存器、接收移位寄存器、数据发送寄存器和发送移位寄存器，I2C控制器包括I2C发送、接收函数体计算单元，I2 C控制器的输出端分别连接状态寄存器、模式寄存器、地址寄存器和数据发送寄存器，数据发送寄存器通过发送移位寄存器连接I2C总线，数据接收寄存器的输入端通过接收移位寄存器连接I2C总线，数据接收寄存器的输出端连接I2C控制器，所述计数器与I2C控制器建立双向数据传输连接，I2C控制器与I2C总线建立双向数据传输连接。
所述I2C总线包括SDA线和SCL线，I2C控制器与SCL线建立双向数据传输连接，接收移位寄存器和发送移位寄存器均与SDA寄存器建立连接，所述从设备分别与SDA 线和SCL线建立双向数据传输连接。
状态寄存器：用于判断总线状态；
地址寄存器：用于配置从机地址；
模式寄存器：用于配置I2C传输模式，及其发送位、停止位传输状态；
数据发送寄存器：用于装载命令字节；
数据接收寄存器：用于保存I2C总线的接收数据；
I2C发送、接收函数体计算单元：用于进行读或写函数操作。
计数器，用于记录进入函数单元的次数。
基于所述一种大数据主设备传输的I2C总线装置的通讯方法，所述通讯方法包括发送数据方法和读取数据方法，所述发送数据方法包括以下步骤：
步骤一、根据状态寄存器判断总线状态，总线处于空闲状态时，进入步骤二；
步骤二、配置从机地址，设置主机模式进入发射模式，并判定起始条件和写从器件地址是否发送完成，主要包括将模式寄存器起始条件位STT置1并跳出函数体；所述配置从机地址方法包括将地址字节赋值给地址寄存器的过程；
待主循环再次进入I2C写命令函数，根据模式寄存器的起始条件位判定初始位是否发送完成。
步骤三、若起始条件和写从器件地址发送完成，向发送寄存器复制，并判定命令字节是否发送完成，具体包括：将命令字节装载在I2C数据发送寄存器，并跳出I2C写命令函数；
待再次进入函数体，判断状态寄存器中发送完成位是否置位。
步骤四、在命令字节发送完成状态下，重复进行步骤三直至发送完所有的数据后置模式寄存器停止条件位；
步骤五、进入函数体单元，根据模式寄存器停止条件位判定命令函数是否执行完成。
所述读取数据方法包括以下步骤：
步骤一、根据状态寄存器判断总线状态，总线处于空闲状态时，进入步骤二；
步骤二、配置从机地址，设置主机模式进入发射模式，并判定起始条件和写从器件地址是否发送完成，具体包括将模式寄存器起始条件位置1并跳出函数体；所述配置从机地址方法包括将地址字节赋值给地址寄存器的过程；
待主循环再次进入I2C写命令函数，根据模式寄存器的起始条件位判定初始位是否发送完成。
步骤三、若起始条件和写从器件地址发送完成，将命令字节装载在I2C数据发送寄存器，具体包括：将命令字节装载在I2C数据发送寄存器，并跳出I2C写命令函数；
待再次进入函数体，判断状态寄存器中发送完成位是否置位。
步骤四、清除总线忙位，再次配置从机地址，设置主机模式进入接收模式，并判定起始条件和从地址是否发送完成；
步骤五、若起始条件和写从器件地址发送完成，进入读命令函数体单元，并保存接收数据；
步骤六、在命令字节发送完成状态下，重复进行步骤五直至发送完所有的数据后置模式寄存器停止条件位；
步骤七、进入函数体单元，根据模式寄存器停止条件位判定读命令函数是否执行完成。
本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明的I2C功能函数不跟随硬件的动作单步执行，而是释放等待时间去执行其它任务。例如，以传统I2C写功能函数为例，只有当数据发送完成后，才能跳出函数，去执行别的功能，大大降低了控制芯片的利用率。本发明专利考虑到系统内部，监控可编程芯片与功率可编程芯片之间需要大量的数据交互，通过减少每次通讯时的数据传输量，来减少函数执行时间。本发明的方法解决了DSP(MCU)作为主设备时，大量传输数据的同时可以正常执行其他控制、通讯功能，提高了通讯效率和通讯质量。本发明同时兼容从设备中断接收I2C数据即Pmbus协议的传输方法。
附图说明
图1，传统I2C总线应用状况图；
图2，传统I2C主设备发送数据事件流程图；
图3，传统I2C主设备读取数据事件流程图；
图4，本发明的原理示意图；
图5，本发明的I2C总线装置的结构框图；
图6，本发明不占用主循环时间的单帧大数据量主设备传输的I2C通讯发送数据流程图；
图7，本发明不占用主循环时间的单帧大数据量主设备传输的I2C通讯接收数据流程图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体实施方式，本发明的一种大数据DSP主设备传输的I2C总线装置，包括DSP主设备、I2C总线和若干从设备，DSP主设备和从设备之间通过I2 C总线建立连接，所述DSP主设备包括I2C控制器、状态寄存器、模式寄存器、地址寄存器、计数器、数据接收寄存器、接收移位寄存器、数据发送寄存器和发送移位寄存器， I2C控制器包括I2C发送、接收函数体计算单元，I2C控制器的输出端分别连接状态寄存器、模式寄存器、地址寄存器和数据发送寄存器，数据发送寄存器通过发送移位寄存器连接I2C总线，数据接收寄存器的输入端通过接收移位寄存器连接I2C总线，数据接收寄存器的输出端连接I2C控制器，所述计数器与I2C控制器建立双向数据传输连接，I2C控制器与I2C总线建立双向数据传输连接。
所述I2C总线包括SDA线和SCL线，I2C控制器与SCL线建立双向数据传输连接，接收移位寄存器和发送移位寄存器均与SDA寄存器建立连接，所述从设备分别与SDA 线和SCL线建立双向数据传输连接。
状态寄存器：用于判断总线状态；
地址寄存器：用于配置从机地址；
模式寄存器：判断起始条件机写从器件地址发送完成；
数据发送寄存器：用于装载命令字节；
数据接收寄存器：用于保存I2C总线的接收数据；
I2C发送、接收函数体计算单元：用于进行读或写函数操作。
计数器，用于记录进入发送数据函数或接收数据函数次数，每进入一次累加计数器，并执行计数器当前值下I2C功能。发送数据或接收数据完成后计数器清零，不再进入发送数据函数或接收数据函数，起时序限制作用。
如图6所示，不占用主循环时间的单帧大数据量主设备发送数据传输的I2C通讯方法包括以下步骤：
步骤1：主设备DSP判断状态寄存器I2CSTR中总线忙位BB是否等于0。当BB不等于0，总线正忙，跳出函数。当BB等于0时，判断总线处于空闲状态，可以进行配置I2C 通讯。
步骤2：将地址字节赋值给地址寄存器I2CSAR，并将模式寄存器I2CMDR起始条件位STT置1并跳出函数体，待主循环下次进入I2C写命令函数。
步骤3：当再次进入I2C写命令函数时，判断模式寄存器I2CMDR起始条件位STT是否等于0，只有模式寄存器I2CMDR起始条件位STT等于0时表示起始条件及写从器件地址发送完成。
步骤4：将命令字节装载到I2C数据发送寄存器I2CDXR，并跳出I2C写命令函数。
步骤5：待再次进入函数体，判断状态寄存器I2CSTR中发送完成位ARDY是否置位。当数据发送成功后状态寄存器I2CSTR中发送完成位ARDY会自动置位，对状态寄存器 I2CSTR中发送完成位ARDY写1清除该标志位。
重复步骤四、步骤五：继续向I2C数据发送寄存器I2CDXR装载发送数据，以此类推。
步骤6：直到发送完所有数据后置模式寄存器I2CMDR停止条件位STP。
步骤7：再次进入函数体判断，当STP等于0时，写命令函数执行完成。
图7所示，不占用主循环时间的单帧大数据量主设备读取数据传输的I2C通讯方法包括以下步骤：
步骤1：判断状态寄存器I2CSTR中总线忙位BB是否等于0。当BB不等于0，总线正忙，跳出函数。当BB等于0时，总线处于空闲状态，可以进行配置I2C通讯。
步骤2：将地址字节赋值给地址寄存器I2CSAR，并将模式寄存器I2CMDR起始条件位STT置1并跳出函数体。
步骤3：待主循环下次进入I2C写命令函数。判断模式寄存器I2CMDR起始条件位STT是否等于0，只有模式寄存器I2CMDR起始条件位STT等于0时表示起始条件及写从器件地址发送完成。
步骤4：将命令字节装载到I2C数据发送寄存器I2CDXR，并跳出I2C写命令函数。
步骤5：待再次进入函数体，判断状态寄存器I2CSTR中发送完成位ARDY是否置位。当数据发送成功后状态寄存器I2CSTR中发送完成位ARDY会自动置位，对状态寄存器 I2CSTR中发送完成位ARDY写1清除该标志位。
步骤6：再次向模式寄存器I2CMDR起始条件位STT写1。
步骤7：循环进入读命令函数，当STT请0时，保存I2C数据接收寄存器I2CDRR，并重复进行该步骤，直到保存过指定个数数据后置模式寄存器I2CMDR停止条件位STP。
步骤8：再次进入函数体判断，当STP等于0时，读命令函数执行完成。
根据DSP I2C寄存器的相关功能所知，在起始条件之后和相应的停止条件之前，I2C总线处于总线忙状态，同时I2C功能模块中I2C状态寄存器I2CSTR中的总线忙位置位BB 置1。在停止条件和下一个起始条件之间，总线处于空闲状态，即I2C状态寄存器I2CSTR 中的总线忙位置位BB为0。进入函数时，可以通过判断总线忙位BB是否是0进行判断。所以在设计函数时，可以通过状态寄存器的状态变化，去判断数据是否发送成功。若判断到没有发送成功，则跳出函数，等待下次进入函数继续判断。

Claims (9)

1.一种大数据主设备传输的I2C总线装置，其特征在于：包括主设备、I2C总线和若干从设备，主设备和从设备之间通过I2C总线建立连接，其特征在于：所述主设备包括I2C控制器、状态寄存器、模式寄存器、地址寄存器、计数器、数据接收寄存器、接收移位寄存器、数据发送寄存器和发送移位寄存器，I2C控制器包括I2C发送、接收函数体计算单元，I2C发送、接收函数体计算单元用于进行读或写函数操作，I2C控制器的输出端分别连接状态寄存器、模式寄存器、地址寄存器和数据发送寄存器，数据发送寄存器通过发送移位寄存器连接I2C总线，数据接收寄存器的输入端通过接收移位寄存器连接I2C总线，数据接收寄存器的输出端连接I2C控制器，所述计数器与I2C控制器建立双向数据传输连接，I2C控制器与I2C总线建立双向数据传输连接。
2.根据权利要求1所述一种大数据主设备传输的I2C总线装置，其特征在于：所述I2C总线包括SDA线和SCL线，I2C控制器与SCL线建立双向数据传输连接，接收移位寄存器和发送移位寄存器均与SDA寄存器建立连接，所述从设备分别与SDA线和SCL线建立双向数据传输连接。
3.基于权利要求1所述一种大数据主设备传输的I2C总线装置的通讯方法，其特征在于：所述通讯方法包括发送数据方法和读取数据方法，所述发送数据方法包括以下步骤：
步骤一、根据状态寄存器判断总线状态，总线处于空闲状态时，进入步骤二；
步骤二、配置从机地址，设置主机模式进入发射模式，并判定起始条件和写从器件地址是否发送完成；
步骤三、若起始条件和写从器件地址发送完成，向发送寄存器装载命令字节或数据字节，并判定命令节是否发送完成；
步骤四、在命令节发送完成状态下，重复进行步骤三直至发送完所有的数据后置模式寄存器停止条件位；
步骤五、进入I2C发送函数体计算单元，根据模式寄存器停止条件位判定命令函数是否执行完成。
4.根据权利要求3所述一种大数据主设备传输的I2C总线装置的通讯方法，其特征在于：步骤二所述配置从机地址方法包括将地址字节赋值给地址寄存器。
5.根据权利要求3所述一种大数据主设备传输的I2C总线装置的通讯方法，其特征在于：步骤二所述设置主机模式进入发射模式，并判定起始条件和写从器件地址是否发送完成的方法包括：
将模式寄存器起始条件位置1并跳出I2C接收函数体计算单元；
待主循环再次进入I2C写命令函数，根据模式寄存器的起始条件位判定初始位是否发送完成。
6.根据权利要求3所述一种大数据主设备传输的I2C总线装置的通讯方法，其特征在于：所述步骤三具体包括：将命令节装载在I2C数据发送寄存器，并跳出I2C写命令函数；
待再次进入I2C接收函数体计算单元，判断状态寄存器中发送完成位是否置位。
7.根据权利要求3所述一种大数据主设备传输的I2C总线装置的通讯方法，其特征在于：所述读取数据方法包括以下步骤：
步骤一、根据状态寄存器判断总线状态，总线处于空闲状态时，进入步骤二；
步骤二、配置从机地址，设置主机模式进入发射模式，并判定起始条件和写从器件地址是否发送完成；
步骤三、若起始条件和写从器件地址发送完成，将命令字节装载在I2C数据发送寄存器；
步骤四、清除总线忙位，再次配置从机地址，设置主机模式进入接收模式，并判定起始条件和从地址是否发送完成；
步骤五、若起始条件和写从器件地址发送完成，进入I2C发送函数体计算单元，并保存接收数据；
步骤六、在命令节发送完成状态下，重复进行步骤五直至发送完所有的数据后置模式寄存器停止条件位；
步骤七、进入I2C发送函数体计算单元，根据模式寄存器停止条件位判定读命令函数是否执行完成。
8.根据权利要求7所述一种大数据主设备传输的I2C总线装置的通讯方法，其特征在于：步骤二所述配置从机地址方法包括将地址字节赋值给地址寄存器，
步骤二所述设置主机模式进入发射模式，并判定起始条件和写从器件地址是否发送完成的方法包括：
将模式寄存器始条件位置1并跳出I2C接收函数体计算单元；
待主循环再次进入I2C写命令函数，根据模式寄存器的起始条件位判定初始位是否发送完成。
9.根据权利要求7所述一种大数据主设备传输的I2C总线装置的通讯方法，其特征在于：所述步骤三具体包括：将命令节装载在I2C数据发送寄存器，并跳出I2C写命令函数；
待再次进入I2C接收函数体计算单元，判断状态寄存器中发送完成位是否置位。
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