I2C（Inter-Integrated Circuit BUS）是I2C BUS简称，中文为集成电路总线，是目前应用最广泛的总线之一，和IMX6ULL有些相关的是，刚好该总线是NXP前身的PHILIPS设计。当前仍然是应用最广泛的总线协议之一。
16.1 I2C协议 16.1.1 概述 I2C是一种串行通信总线，使用多主从架构，最初设计师为了让主板、嵌入式系统或手机用以连接低速周边设备而发展而来。在小数据量场合使用，有传输距离短，任意时刻只能有一个主机等特性。严格意义上讲，I2C应该是软硬件结合体，所以我们将分物理层和协议层来介绍该总线。（总线结构如下图）
对于I2C通信的过程，韦老师有个形象的说法:
传输数据，我们需要发数据，从主设备发送到从设备上去，也需要把数据从从设备传送到主设备上去，数据涉及到双向传输。
举个例子：
体育老师：可以把球发给学生，也可以把球从学生中接过来。
① 发球：
a. 老师说：注意了(start)
b. 老师对A学生说，我要球发给你(地址)。
c. 老师就把球发出去了（传输）。
d. A收到球之后，应该告诉老师一声（回应）。
e. 老师说下课（停止）
② 接球：
a. 老师说注意了(start)，
b. 老师说：B把球发给我(地址)
c. B就把球发给老师（传输）
d. 老师收到球之后，给B说一声，表示收到球了（回应）。
e. 老师说下课（停止）
我们就使用这个简单的例子，来解释一下IIC的传输协议。
- 老师说注意了，表示开始信号(start)
- 老师告诉某个学生，表示发送地址(address)
- 老师发球/接球，表示数据的传输
- 老师/学生收到球，回应表示：回应信号(ACK)
- 老师说下课，表示IIC传输接受§
**特性1：**半双工（非全双工）
两条总线线路：
SDA(串行数据线): 主芯片通过一根SDA线既可以把数据发给从设备，也可以从SDA上读取数据，连接SDA线的引脚里面必然有两个引脚（发送引脚/接受引脚），具体可以参考下图device端I2Cn_SDA(output/input)。
**SCL(**串行时钟线)：**同SDA的引脚电路结构一致，引脚的输出驱动与输入缓冲连在一起。其中输出为漏极开路的场效应管、输入缓冲为一只高输入阻抗的同相器。这样结构有如下特性：
a. 由于 SDA、SCL 为漏极开路结构，借助于外部的上拉电阻实现了信号的“线与”逻辑；
b. 引脚在输出信号的同时还将引脚上的电平进行检测，检测是否与刚才输出一致。为 “时钟同步”和“总线仲裁”提供硬件基础。
SDA和CLK连接线上连有两个上拉电阻，当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低。（物理层连接如下图所示）
**特性2：**地址和角色可配置
每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和其它器件通信，主机/从机角色和地址可配置，主机可以作为主机发送器和主机接收器。
特性3：多主机
IIC是真正的多主机总线，（ IIC可以在通讯过程中，改变主机），如果两个或更多的主机同时请求总线，可以通过冲突检测和仲裁防止总线数据被破坏。
**特性4：**传输速率
传输速率在标准模式下可以达到100kb/s,快速模式下可以达到400kb/s。
**特性5：**负载和距离
节点的最大数量受限于地址空间以及总线电容决定。另外总电容也限制了实际通信距离只有几米。
16.1.2 协议层（1）数据有效性
I2C协议的数据有效性是靠时钟来保证的，在时钟的高电平周期内，SDA线上的数据必须保持稳定。数据线仅可以在时钟SCL为低电平时改变。
（2）起始和结束条件
**起始条件：**当SCL为高电平的时候，SDA线上由高到低的跳变被定义为起始条件。
**结束条件：**当SCL为高电平的时候，SDA线上由低到高的跳变被定义为停止条件，要注意起始和终止信号都是由主机发出的，连接到I2C总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，则很容易检测到起始和终止信号。
总线在起始条件之后，视为忙状态，在停止条件之后被视为空闲状态。
（3）应答
每当主机向从机发送完一个字节的数据，主机总是需要等待从机给出一个应答信号，以确认从机是否成功接收到了数据，从机应答主机所需要的时钟仍是主机提供的，应答出现在每一次主机完成8个数据位传输后紧跟着的时钟周期，低电平0表示应答，1表示非应答
（4）数据帧格式
SDA线上每个字节必须是8位长，传输几个字节每个transfer是不限制的，每个字节后面必须跟一个ACK。数据首先用最高有效位（MSB）传输。
IMX6ULL的I2C提供了标准I2C从服务器和主服务器的功能，I2C是设计与标准的NXP I2C总线协议兼容，所以上面的通用知识完全可以应用在IMX6ULL I2C的编程和控制。
掌握IMX6ULL I2C控制器的使用，重点要熟悉IMX6ULL I2C的寄存器的操作。
重点介绍寄存器之前，我们先来看一下IMX6ULL的I2C控制器的框图，对IMX6ULL I2C的结构和特性有一个初步认识。
IMX6ULL的I2C控制器有如下额外特性：
① 多主机运行。
② 64种不同的串行时钟频率之一的软件可编程性。
③ 软件可选择的应答位。
④ 中断驱动，逐字节数据传输。
⑤ 仲裁丢失中断与自动模式切换从主到从。
⑥ 启动和停止信号生成/检测。
⑦ 重复启动信号生成。
⑧ 应答位生成和检测。
⑨ 总线忙检测。
另外的IMX6ULL 的I2C也支持两种模式：标准模式和快速模式，标准模式下I2C数据传输速率最高是100Kbits/s，在快速模式下数据传输速率最高为400Kbits/s。
通过上面的介绍对IMX6ULL的I2C控制器有了整体认识，下面结合I2C 框图对重点寄存器进行介绍。
16.2.1 I2C Memory MapI2C包含5个16-bit 的寄存器
注意：寄存器在偏移量0x0002/0x0006/0x000A/0x000E作为保留位。
可以看到I2C1的入口地址为21A_0000，这个我们重点关注，后面做实验，编程会使用到。
我们先把这些寄存器的用途做个介绍，后面在编程框架那里会结合位图来讲解。下面这部分也可以先跳过，回头当表来查。
16.2.2.1 I2C Address Register (I2Cx_IADR)地址寄存器，偏移量为0h。 a. bit15-8为保留位即只读为0。
b. bit7-1（ADR）位是I2C作为从机时的地址。从属模式是I2C的默认模式，这个地址是作为从机的相应地址，不能被软件复位。
16.2.2.2 I2C Frequency Divider Register (I2Cx_IFDR)分频寄存器，偏移量为4h。 a. bit15-6位为保留位，即只读为0。
b. bit5-1 位为I2C时钟频率
注意：该值在传输过程中不应该改变，但是可以在之前改变。
I2C_IFDR提供了一个可编程的预分频器，用于时钟配置以进行比特率选择，寄存器不会被软件重置。
寄存器IC位设置计算方法如下:
I2C的时钟源来源于IPG_CLK_ROOT=66Mhz
PLL2 = 528 MHz
PLL2_PFD2 = 528 MHz
IPG_CLK_ROOT = (PLL2_PFD2 / ahb_podf )/ ipg_podf = (528 MHz/4)/2 = 66Mhz
PER_CLK_ROOT = IPG_CLK_ROOT/perclk_podf = 66 MHz/1 = 66 MHz
设置I2C的波特率为100K， 因此当分频值=66000000/100000=660.
参考Table 31-3. I2C_IFDR Register Field Values 中只有640对应的0x15最接近
即寄存器IFDR的IC位设置为0X15。
16.2.2.3 I2C Control Register (I2Cx_I2CR)控制寄存器，偏移量为8h a. bit 15-8为保留位，即只读为0。
b. bit 7 为I2C使能位。（0 disable，1 enable）
c. bit 6 为I2C中断使能位。（0 disable，1 enable）
d. bit 5 为主/从模式选择位（0 slave mode，1 master mode ）
e. bit 4 为传输方向模式选择位 （0 receive mode，1 transmit mode）
f. bit 3为应答使能位 （0 ACK , 1 NO ACK）
g. bit 2 重复开始信号（0 no repeat start，1 Generates repeat start）
h. bit 0 保留位
16.2.2.4 I2C Status Register (I2Cx_I2SR)状态寄存器，偏移量为Ch a. bit 15-8为保留位即只读为0。
b. bit 7 数据传输状态位（0 传输中，1 传输完成）
c. bit 6 I2C地址是否为从标识（0 不表示，1 是从机地址）
d. bit 5 I2C总线忙状态标识位（0 空闲，1 忙 ）
e. bit 4 仲裁丢失位 （0 正常，1 仲裁丢失）
f. bit 3 保留位
g. bit 2从机读写标识位 （0 slave接收，主向从写 , 1 slave发送 主向从读）
h. bit 1 I2C中断（0无中断等待， 1有中断等待）
i. bit 0 应答信号标识位（0检测到ACK， 1检测到NO ACK）
6.2.2.5 I2C Data I/O Register (I2Cx_I2DR)数据寄存器，偏移量为10h a. bit 15-8为保留位即只读为0。
b. bit 7-1 数据字节
注意：在主接收模式下，读取数据寄存器允许发生读取并初始化下一个字节被接收。在从模式下，相同功能需要编址后生效。
低8位为有效数据位，发送数据时将数据写到这个寄存器中，如果要接收时直接读取该寄存器中的数据。
16.3 AP3216C操作方法 16.3.1 AP3216C简介 AP3216C 模块的核心就是这个芯片本身。这颗芯片集成了光强传感器（ALS: Ambient Light Sensor），接近传感器（PS: Proximity Sensor），还有一个红外LED（IR LED）。这个芯片设计的用途是给手机之类的使用，比如：返回当前环境光强以便调整屏幕亮度；用户接听电话时，将手机放置在耳边后，自动关闭屏幕避免用户误触碰。该芯片通过I2C接口作为slave与主控制器相连，支持中断。
16.3.2 AP3216C特性 ① 接口：I2C
② 速率：FS mode 可达400kbit/s
③ 模式：ALS/PS+IR/ALS+PS+IR/PD/ALS once/SW Reset/PS+IR once/ALS+PS+IR once。
④ 内置温度补偿电路。
⑤ 工作温度：-30℃ to +80℃
⑥ ALS
a. (0-65536)16位有效的线性输出
b. 4量程动态范围可选择
c. 防闪烁（50/60 HZ）
d. 高敏感性@黑玻璃
e. 窗口损失补偿
⑦ PS
a. (0-1023)10位有效线性输出
b. 4增益
c. 高环境光抑制
d. 串扰补偿
⑧ 封装大小：4.1mm x 2.4mm x 1.35mm
16.3.3 AP3216C结构图 下面是AP3216C的结构图以及典型电路应用图
从图上看AP3216C结构简单，应用方便。本来模块我们其实也不用太深究原理，所以重点我们放在对典型I2C从设备的应用上。
16.3.4 AP3216C寄存器及使用 a. I2C从设备地址
从设备地址有7bit ，一个读/写位应该由主设备附加到从设备地址以正确地与设备通信。
AP3216的地址是0X1E。
b. 系统寄存器表
同其他所有从设备一样，AP3216C有它的内部寄存器让我们来设置和操作。表格如下所示。可以知道。次级地址0x00为系统配置寄存器，并且提供了后面7bit组合的工作模式供选择。
后面会参考这张表格对AP3216C进行编程并读取数据。
16.4 I2C控制器编程_框架 之前的所有铺垫都是为了实现I2C通讯，所以怎么用代码实现也是尤为关键的一个问题。本节源码目录在裸机Git仓库 NoosProgramProject/(16_I2C编程\001_example_i2c_ap3216c_led_show\i2c.c和
裸机Git仓库 NoosProgramProject/(16_I2C编程\001_example_i2c_ap3216c_led_show\i2c.h
首先，需要定义I2C寄存器的入口地址，各个寄存器绝对地址，我们代码仅使用I2C1，故仅先定义I2C1相关寄存器。
/*
*The I2C contains five 16-bit registers.
*/
/* 绝对地址 寄存器名 位宽(bit)权限 复位值 章节/页
* 21A_0000 (I2C1_IADR) 16 R/W 0000h 31.7.1/1463
* 21A_0004 (I2C1_IFDR) 16 R/W 0000h 31.7.2/1463
* 21A_0008 (I2C1_I2CR) 16 R/W 0000h 31.7.3/1465
* 21A_000C (I2C1_I2SR) 16 R/W 0081h 31.7.4/1466
* 21A_0010 (I2C1_I2DR) 16 R/W 0000h 31.7.5/1468
*/
#define I2C1_BASE_ADDR (0x21A0000u)
/* I2C1 Base address */
#define I2C1 ((I2C_REGISTERS *)I2C1_BASE_ADDR)
有了上面的地址，定义如下寄存器结构体，这样在使用时，我们仅需要把入口地址定义成如下结构，那么就可以通用I2C1-IC25，在使用时传入相应的入口地址即可。
/* 寄存器地址的宏结构体定义，此种方式仅定义入口地址即可 */
/* all registers address is Base address + xh offset*/
typedef struct tagRegisters{
volatile uint16_t IADR; /*I2C Address Register, offset: 0x0 */
uint8_t ReservedIADR[2];
volatile uint16_t IFDR; /*I2C Frequency Divider Register, offset: 0x4 */
uint8_t ReservedIFDR[2];
volatile uint16_t I2CR; /*I2C Control Register, offset: 0x8 */
uint8_t ReservedI2CR[2];
volatile uint16_t I2SR; /*I2C Status Register, offset: 0xC */
uint8_t ReservedI2SR[2];
volatile uint16_t I2DR; /*I2C Data I/O Register, offset: 0x10 */
} I2C_REGISTERS;
有了基本的信息，我们也要有相应的操作，主要有读和写两个操作码。
typedef enum enI2C_OPCODE
{
I2C_WRITE = 0, /* 主机向从机写数据 */
I2C_READ = 1, /* 主机从从机读数据 */
I2C_DONOTHING_BULL
} I2C_OPCODE;
然后需要有个分配和传输承载信息角色的载体，我们仅以做master为例，如果做通用的结构体，还可以加上角色等信息。而master的主传输结构体包括目标以下信息：
typedef struct tagI2cTransfer
{
uint8_t ucSlaveAddress; /* 7位从机地址 */
uint32_t ulOpcode ; /* 操作码*/
uint32_t ulSubAddress; /* 目标寄存器地址 */
uint8_t ulSubAddressLen; /* 寄存器地址长度 */
volatile uint32_t ulLenth; /* 数据长度 */
uint8_t *volatile pbuf; /* 数据*/
} I2C_TRANSFER;
有了这些寄存器的基本信息、操作方式、传输结构，下面来实现具体的函数和功能。
16.4.1 i2c_initvoid i2c_init(I2C_REGISTERS *I2C_BASE);81 void i2c_init(I2C_REGISTERS *I2C_BASE);
通过传入I2C1的入口地址，完成初始化。
因为不使用中断服务函数模式，初始化代码非常简单，我们仅需要将I2CR(bit7)（位图如下）
置0后写入IFDR为0x15（位图如下），设置波特率为100k。（具体计算方法参考16.2 IMX6ULL的I2C控制器操作与寄存器介绍中关于分频寄存器），然后再使能I2C，将I2CR(bit7)置1 。
代码如下：
I2C_BASE->I2CR &= ~(1 I2CR |= (1
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