火龙果（redpitaya）开发板常用接口C语言开发指南（十二）——IIC通信详解（持续更新中）
——本人为《火龙果实战指南——搭建基于Zynq处理器的测量仪器与创新实践平台》一书的作者之一，为了便于各位快速上手火龙果开发板，现提供部分实战指南，包含环境配置、源码、效果等，供大家学习交流使用。
IIC通信
IIC简介
I2C(IIC，Inter－Integrated Circuit)——两线式串行总线，由PHILIPS公司开发用于连接微控制器及其外围设备，采用半双工通信方式。
它是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，高速IIC总线一般可达400kbps以上。
I2C协议详解
- 1.空闲状态
I2C总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。- 2.起始信号与停止信号
起始信号：当SCL为高期间，SDA由高到低的跳变；启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。
停止信号：当SCL为高期间，SDA由低到高的跳变；停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号，如图1所示。
图1 起始信号与停止信号 - 3.应答信号ACK
发送器每发送一个字节，就在时钟脉冲9期间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号。 应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ACK简称应答位），表示接收器已经成功地接收了该字节；应答信号为高电平时，规定为非应答位（NACK），一般表示接收器接收该字节没有成功。
对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平，如图10-6所示。如果接收器是主控器，则在它收到最后一个字节后，发送一个NACK信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放SDA线，以便主控接收器发送一个停止信号P，如图2所示。
图2 IIC总线的响应 - 4.数据的有效性
I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。即：数据在SCL的上升沿到来之前就需准备好。并在在下降沿到来之前必须稳定，如图3所示。
图3 数据有效传输
5.数据的传送
在I2C总线上传送的每一位数据都有一个时钟脉冲相对应（或同步控制），即在SCL串行时钟的配合下，在SDA上逐位地串行传送每一位数据。数据位的传输是边沿触发。
- 2.起始信号与停止信号
IIC读取EEPROM内存数据
EEPROM是一种掉电后数据不丢失的存储芯片，存储数据可靠不易失。本节将展示red pitaya开发板源码官网提供的通过IIC从EEPROM读取、写入信息代码，EEPROM作为red pitaya提供的储存媒介，便于将采集的数据进行保存，有很强的实用性，是必须掌握的模块之一。
连接开发板并在项目文件夹redpitaya下创建IIC-Pitaya.c文件，写入如下代码：
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <linux/ioctl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdint.h>
#define I2C_SLAVE_FORCE 0x0706
#define I2C_SLAVE 0x0703 /*Change slave address */
#define I2C_FUNCS 0x0705 /* Get the adapter functionality */
#define I2C_RDWR 0x0707
#define EEPROM_ADDR 0x50
#define PAGESIZE 32
static int iic_read(char *buffer， int offset， int size)；
static int iic_write(char *data， int offset， int size)；
int fd；
int main(int argc， char *argv[])
{
int status；
int offset = 0x100；
fd = open("/dev/i2c-0"， O_RDWR)；
if(fd < 0)
{
printf("Cannot open the IIC device\n")；
return 1；
}
status = ioctl(fd， I2C_SLAVE_FORCE， EEPROM_ADDR)；
if(status < 0)
{
printf("Unable to set the EEPROM address\n")；
return -1；
}
status = iic_write((char *)data， offset， size)；
if(status){
fprintf(stderr， "Cannot Write to EEPROM\n")；
close(fd)；
return -1；
}
status = iic_read(buffer， EEPROM_ADDR， EEPROMSIZE)；
if (status)
{
printf("Cannot Read from EEPROM \n")；
close(fd)；
return 1；
}
printf("eerprom test successfull.\n")；
close(fd)；
free(buffer)；
return 0；
}
static int iic_read(char *buffer， int offset， int size)
{
ssize_t bytes_written；
ssize_t bytes_read；
uint8_t write_buffer[2]；
write_buffer[0] = (uint8_t)(offset >> 8)；
write_buffer[1] = (uint8_t)(offset)；
bytes_written = write(fd， write_buffer， 2)；
if(bytes_written < 0){
fprintf(stderr， "EEPROM write address error.\n")；
return -1；
}
bytes_read = read(fd， buffer， size)；
if(bytes_read < 0){
fprintf(stderr， "EEPROM read error.\n")；
return -1；
}
printf("Read EEPROM Succesful\n")；
return 0；
}
static int iic_write(char *data， int offset， int size){
int bytes_written；
int write_bytes；
int index；
if(size > PAGESIZE){
write_bytes = PAGESIZE；
}else{
write_bytes = size；
}
int loop = 0；
while(size > 0){
uint8_t write_buffer[32 + 2]；
write_buffer[0] = (uint8_t)(offset >> 8)；
write_buffer[1] = (uint8_t)(offset)；
for(index = 0； index < PAGESIZE； index++){
write_buffer[index + 2] = data[index + (PAGESIZE * loop)]；
}
sleep(2)；
if(bytes_written != write_bytes+2){
fprintf(stderr， "Failed to write to EEPROM\n")；
return -1；
}
size -= bytes_written - 2；
offset += PAGESIZE；
if(size > PAGESIZE){
write_bytes = PAGESIZE；
}else{
write_bytes = size；
}
loop++；
}
printf("\nWrite EEPROM Succesful\n")；
return 0；
}
参考命令：
cd /hmoe/redpitaya
gcc –o IIC-Pitaya IIC-Pitaya.c
./ IIC-Pitaya
程序开始运行，返回如图4运行结果，说明通过IIC写入、读取EEPROM完成。在此基础上，读者可以根据实际项目需求，存储需要的数据到EEPROM，并在需要的时候进行读取。
图4 读取EEPROM效果
下一节中，将会介绍通过IIC读取外部传感器数据。