CN101208679B - 集成电路间从设备的设备标识编码 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及集成电路间从设备的设备标识编码，按照一种实例实施方式，使用具有用于实现通信协议的串行数据线和时钟线的串行数据传输总线的通信系统使用设备标识编码来编制集成电路间从设备的标识。该通信系统包括具有识别一个或多个参数的设备标识代码的从设备。从设备中的通信电路构成为用来使用通信协议在I2C串行数据传输总线上与主设备进行通信。从设备构成为用来响应于设备标识地址从主设备中的发送而发送收到应答，并且从设备构成为用来响应于从设备地址和设备标识地址从主设备中的发送而从该从设备向主设备发送设备标识代码。
Description
技术领域
本发明总体上针对的是通信设备和方法，并且更加具体地，针对的是使用设备标识编码识别集成电路间从设备的方法和装置。
背景技术
由Philips公司开发的集成电路间(I2C)总线使得集成电路能够经由简单的双向2导线总线(加上电源和接地)彼此直接进行通信。设备与该总线上的两条导线中的各条导线相连接，一条是用于数据通信的串行数据线(SDA)，另一条是用于设备间数据通信的控制和同步的串行时钟线(SCL)。各个设备与各个其它设备并联连接，并且各条总线线路SDA和SCL起到该总线上的所有线路的线接AND的作用。各个设备的输出端被配置为开路集电极/开路漏极设备，并且一个或多个上拉电阻在总线处于不工作状态的时候将该总线上的值保持为“软”逻辑高。当设备意欲接入总线时，该设备经由处于与地电位导通状态的开路集电极/开路漏极设备将该总线下拉到逻辑低值。
与I2C总线相连的各个设备可以借助地址来识别，并且可以作为发射器或接收器或者二者来进行操作。数据传输是使用主-从通信协议来实施的。主设备是发起数据传输并且生成时钟信号以实现该传输的设备；将所指向的任何设备看作是此次传输所对应的从设备。数据传输可以由主设备发起，来向从设备传送数据(本文称为写入)或者从从设备中请求数据(本文称为读取)。例如，输出设备(比如显示屏)在典型情况下不能发起数据传输，因此应该将其配置为仅仅作为从设备工作。另一方面，在典型情况下将会根据实际需求把微处理器配置为作为主设备或从设备来进行工作。
在不工作状态下，SDA和SCL总线线路二者都处于逻辑高状态(本文称为高，或者逻辑1状态)。主设备通过在SCL线为高的同时在SDA线上主张到逻辑低值(本文称为低，或者逻辑0状态)转换来发起数据传输；这称为开始条件。随后，主设备使SCL线反复高低跳转，以控制数据传输的同步；SDA线上的数据值改变发生在SCL时钟为低时，并且仅当SCL时钟为高时，认为SDA线的状态是有效的。
可以主张多次开始，以便在同一个传输会话期内实施一系列数据传输。一般来说，各次数据传输要求来自数据传输所指向的接收方的收到应答。为了终止数据传输，主设备在SCL时钟为高的同时在SDA线上主张低到高的转换；这称为停止条件。此后，任何设备可以如上所述那样通过在SDA线上主张低到高的转换来作为主设备承担总线的控制。注意，为了便于说明，本文使用了术语主张来表示实现或尝试实现指定的逻辑状态。在转换到逻辑高状态的例子中，这在典型情况下是通过由主张设备将总线从被迫下拉状态下解脱出来而得到的。这一逻辑高状态的主张使得上述的总线上的上拉设备能够将总线送到逻辑高状态，除非另一个设备也在强制实现下拉状态。
I2C数据传输的一般格式包括形成I2C总线的SDA线和SCL线上的信号。开始条件相当于在SCL线为高的同时SDA线上的信号从高到低的转换。在开始之后，主设备发送地址，该地址标称地为七位，后面跟着读取/非写入指示符。在发送地址和数据传输的方向(R/W-)之后，主设备释放SDA线，使得它能够上升到逻辑高电平。如果从设备辨认出它的地址，则该从设备通过将总线拉低来发送收到应答信号(ACK)。因此在主设备释放SDA线的时候没有低信号代表未收到应答(NAK)。如果地址经由SDA上的低值得到收到应答，则发送设备发送数据。如果数据传输的方向相对于主设备是“读取”，则从设备是发送设备；如果数据传输的方向相对于主设备是“写入”，则主设备是发送设备。发送设备释放对SDA线的控制，并且接收设备在SDA线上主张逻辑低值来应答数据得到接收。如果数据得到应答，则发射器发送另外的数据。这一处理持续进行，直到传送了全部数据，或者直到所发送的数据项目没有得到应答。主设备可以随后再次主张开始信号，并且重复前述处理，或者可以主张停止信号(P)来终止这一数据传输会话期。
上述接口协议可以以各种各样的方式来实现。为了使程序编制或设计I2C接口的研发时间最短，已经公布了各种各样的通用接口方案。《Design of a Behavioral(Register Transfer Level，RTL)Model of the Inter-Integrated Circuit or I2C-Bus Master-SlaveInterface》(Master’s Thesis of Amrita Deshpande，Universityof New Mexico，1999)公开了一种打算嵌入在I2C设备中的I2C主设备接口和从设备接口，并且该论文以引用的方式并入本文。通过提供经过验证的I2C接口，系统设计员不必费心于I2C技术规格和协议的细节。这篇论文的主设备和从设备接口都是基于状态机的。基于状态机的系统和方法在美国专利US 6,799,233中有进一步的介绍，该美国专利据此以引用的方式并入本文。
发明内容
本发明的各个不同方面针对的是以解决和克服前面提到的问题的方式使用设备标识编码来识别集成电路间从设备的方法和装置。
按照一种实例实施方式，使用具有用于实现通信协议的串行数据线和时钟线的串行数据传输总线的通信系统使用设备标识编码来编制集成电路间从设备的标识。该通信系统包括具有识别一个或多个参数的设备标识代码的从设备。从设备中的通信电路构成为用来使用通信协议在I2C串行数据传输总线上与主设备进行通信。从设备构成为用来响应于设备标识地址从主设备中的发送而发送收到应答，并且从设备构成为用来响应于从设备地址和设备标识地址从主设备中的发送而从该从设备向主设备发送设备标识代码。
按照一种实例实施方式，本发明针对的是一种涉及到从主设备在I2C串行数据传输总线上发送设备标识地址的方法。由主设备接收来自一个或多个从设备的收到应答。主设备在I2C串行数据传输总线上发送识别特定从设备的从设备地址。主设备在I2C串行数据传输总线上重新发送设备标识地址，并且接收来自该特定从设备的识别代码。主设备使用该标识代码识别特定从设备的一个或多个参数。
上面本发明的概述并非用来介绍本发明的各种实施方式或每种实现方式。通过结合附图参阅下面的详细介绍和权利要求，本发明的优点和成就连同更加完整的理解，将会变得显而易见并且将会得到认同。
附图说明
结合附图考虑下面本发明的各种实施方式的详细介绍，本发明可以得到更加完整的理解，其中：
图1是按照本发明的实施方式实现集成电路间从设备标识编码的数据通信系统的框图；
图2是按照本发明的实施方式实现集成电路间从设备标识编码的数据通信系统使用的数据流的示意图；
图3是按照本发明的实施方式实现使用设备标识编码识别集成电路间从设备的系统的框图；和
图4是按照本发明的实施方式使用设备标识编码来识别集成电路间从设备的方法的流程图。
具体实施方式
虽然本发明经得起各种不同修改和可供选用形式的检验，但是本发明的说明是以附图中的实例的方式给出的，并且将会对该实例加以详细介绍。不过，应当理解，我们的意图并非是将本发明局限于所介绍的特定实施方式。相反，我们的意图是覆盖所有落在由所附权利要求定义的本发明的范围之内的变形、等同和替代。
本发明总地来讲适用于使用设备标识编码识别集成电路间从设备的方法和装置。已经证明本发明对集成电路间(I2C)串行数据通信总线尤其有用，而且对其它总线和通信协议也非常有用，比如系统管理总线(SMBus)体系结构和/或协议或者其它串行数据通信系统。为了说明而非限制的目的，将会以具有控制着与从设备的通信的主设备的I2C总线为背景来介绍本发明。
主设备控制与I2C总线体系结构上的I2C从设备进行的通信。I2C从设备在很多领域中有着众多的应用，从蜂窝电话、PDA和智能电话到LCD电视、医疗器械、游戏以及其它应用。I2C从设备的一种具体应用是作为通用输入/输出(GPIO)设备。在这种类型的设备中，有多个多功能引脚可以用作输入/输出端。当用作输入端时，这些引脚在典型情况下指示正在加以监视的特定信号的状态。当配置为输出端时，可以使用这些设备来例如驱动发光二极管(LED)。在典型情况下会经由I2C总线将这些输出端分成多个连排(bank)并且加以程控。
按照一种实例实施方式，使用具有用于实现通信协议的串行数据线和时钟线的串行数据传输总线的通信系统使用设备标识编码来编制集成电路间从设备的标识。该通信系统包括具有识别一个或多个参数的设备标识代码的从设备。从设备中的通信电路构成为用来使用通信协议在I2C串行数据传输总线上与主设备进行通信。从设备构成为用来响应于设备标识地址从主设备中的发送而发送收到应答，并且从设备构成为用来响应于特定从设备的地址和设备标识地址从主设备中的发送而从该从设备向主设备发送设备标识代码。
在制造用于各种不同应用的I2C从设备的行业中，有数量众多的生产厂家。因此，在一个系统中，有可能有不同生产厂家生产的不同种类的I2C设备。按照本发明的设备ID是通过软件识别诸如生产厂家、设备类型和设备的版本号之类的参数的途径。
用于按照本发明的设备标识的协议为所有从设备提供了一种简单且统一的按照它们的唯一设备ID做出响应的途径。在一种实例实施方式中，设备ID是给出下列信息的三字节(24位)只读字：每个生产厂家唯一的12位生产厂家名(例如Philips)；由生产厂家赋予的9位零部件标识(例如PCA9698)；和由生产厂家赋予的3位管芯版本号(例如Rev.X)
在这个例子中，设备ID是只读的、固化在设备中的，并且可以按照如下方式进行访问：
1.主设备在I2C总线上发送开始命令。
2.主设备发送设备ID地址，“1111100”，其中读取/写入#位设置为0(写入)。
3.然后主设备发送所要识别的从设备的I2C从设备地址。LSB是无关值。只有一个设备必须应答这个字节(具有I2C从设备地址的设备)。
4.主设备发送重新开始命令。
5.主设备发送设备ID地址，“1111100”，其中读取/读入#位设置为1(读取)。
6.可以从12位生产厂家(第一个字节+下一个字节的4位)开始，随后是9位零部件标识(第二个字节的4个LSB+第三个字节的5个MSB)，并且然后是3位管芯版本号(第三个字节的3个LSB)，完成设备ID的读取。
7.主设备通过对最后一个字节发送NACK(发送未收到应答)来结束顺序读取过程。
提示1：可以通过针对任何字节发送未收到应答而在任何时候停止设备ID的读取。
提示2：如果主设备在第三个字节之后继续针对这些字节发送收到应答，则该设备绕回到第一个字节并且持续发送设备ID，直到它接收到未收到应答。
可以将使用串行总线上的设备标识编码的集成电路间从设备配置为通用输入/输出(GPIO)设备，或者其它从设备。通信系统可以遵从I2C、SMBus和/或其它串行通信技术规范。
图1是按照本发明的实施方式使用设备标识编码识别集成电路间从设备的数据通信系统100的框图。布设了SDA线110和SCL线120作为I2C数据总线125。主设备130和从设备140接在I2C数据总线125上。主设备130使用分别与SCL线120和SDA线110电连接的时钟连线134和数据连线132与I2C数据总线125电连接。
从设备140使用分别与SCL线120和SDA线110电连接的时钟连线144和数据连线142与I2C数据总线125电连接。主设备130在I2C总线上写入152设备ID地址，随后写入154主设备130希望识别的从设备140地址。如果主设备130接收收到应答，则主设备130再次写入156设备ID地址。
从设备140从写入152中读取初始的设备ID，并且发送收到应答164。然后从设备140从写入154中读取它的从设备地址。响应于读取到166它的从设备地址，从设备140在I2C数据总线125上写入168它的设备ID代码。
图2是按照本发明的实施方式实现设备标识编码的数据通信系统使用的串行数据流200的示意图。图2中画出的串行数据流200符合I2C通信协议。设备ID地址202跟在由主设备在I2C总线上发送的开始条件222之后。辨别出设备ID地址202的所有从设备写入收到应答224。然后写入主设备想要识别的从设备的从设备地址204，随后是来自该从设备的后续收到应答信号228。然后主设备重新开始208并且再次发送设备ID地址206，该设备ID地址206由从设备做出收到应答230。
然后该从设备发送它的设备ID代码。例如设备ID代码可以包含识别生产厂家名的位，这些位被编码到数据字232中的位M11到M4以及下一个数据字的一部分234中的位M3到M0中。按照I2C通信协议，主设备在接收到数据字232的位M4之后发送收到应答240。可以将零部件标识编码到第二个数据字的包括位P8到P5的部分236以及包括位P4到P0的部分238中。再一次，按照I2C通信协议，主设备在接收到部分236的位P5之后发送收到应答242。最后，部分248可以包含编码到位R2到R0中的版本号信息。NACK 244在发送第三个字之后发送，在发送NACK 244之后，主设备写入停止246。
图3是按照本发明的实施方式使用设备标识编码实现集成电路间从设备的识别的系统300的框图。从设备320与I2C总线310相连。在图3中将从设备320画为GPIO设备。从设备320包括设备ID 330，比如写在非易失性存储器中的、固化到从设备320中的或者编程到寄存器中的代码。从设备构成为用来实现设备识别，比如通过实现前面参照图1介绍的步骤162、164、166和168来实现设备识别。
图4是按照本发明的实施方式使用设备标识编码来识别集成电路间从设备的方法400的流程图。方法400包括与I2C串行数据总线相连的多个从设备(比如GPIO设备)，以使它们自己独个地向总线上的主设备表明身份。主设备在I2C总线上发送410设备ID地址。构成为用来表明它们自己身份的所有从设备对该设备ID地址做出收到应答420。然后主设备发送特定的从设备地址430，这个地址识别特定的从设备。然后主设备重新发送440该设备ID地址，其中最低有效位中为READ。然后所识别到的从设备发送它的设备ID代码，比如，三字节代码，主设备按照I2C串行数据传输协议接收450这个代码。然后主设备根据接收450到的ID识别从设备的一个或多个参数460。这些参数可以包括但不局限于，生产厂家、型号、序列号、批号、硬件版本、软件版本，生产日期或者其它所需的参数。使用GPIO设备作为从设备来实现方法400仅仅是为了图解说明的目的，而非为了限定。
可以使用硬件、固件、软件或它们的组合来实现本文介绍的使用设备标识编码识别集成电路间从设备的各种不同实施方式。与本发明结合使用的主设备功能可以如所介绍的那样存在于I2C主设备中，或者可以按照另外一种可选方案存在于接在串行数据通信系统100上的独立的或接入网络的计算机上。图1中所示的串行数据通信系统100是可以与这样的通信系统、计算机或者其它计算机实现的设备结合使用来实施本发明的操作的实例结构。
图1中所示的适合于实现本发明的实施方式的实例主设备130和/或从设备140典型地包括与随机存取存储器(RAM)和/或只读存储器(ROM)的某种变型相连的中央处理器(CPU)。ROM也可以是用来存储程序的其它类型的存储介质，比如可编程ROM(PROM)、可擦ROM(EPROM)等。处理器可以与通过输入输出(I/O)电路和/或其它汇流排与其它内部和外部组件进行通信，以提供控制信号、通信信号等等。
主设备130和/或从设备140还可以包括一个或多个数据存储设备，包括硬盘和软盘驱动器、CD-ROM驱动器以及其它能够读取和/或存储信息的硬件，比如DVD等。在一种实施方式中，可以在CD-ROM、软盘或者其它能够便携地存储信息的介质形式上存储并发布使用设备标识编码识别集成电路间从设备的软件。可以将这些存储介质插入到诸如CD-ROM驱动器、磁盘驱动器之类的设备中并且由这些设备读取。还可以经由数据信号将该软件发送到计算机设备中，比如经由网络(比如因特网)电子下载。此外，如前所述，实施与本发明相关的功能的软件可以按照另外一种可选方案被存储在计算设备的内部存储器/存储设备中，比如存储在ROM中。
任何结果得到的具有计算机可读程序代码的程序都可以收录在一个或多个计算机可用的介质中，比如存储设备或发送设备，从而制成按照本发明的计算机程序产品或生产制品。如此一来，本文中使用的术语“计算机可读介质”、“生产制品”、“计算机程序产品”或其它类似的语言是用来涵盖在任何计算机可用介质上(比如在任何存储设备上或在任何发送设备中)永久地、暂时地或瞬时地存在的计算机程序。
本说明书中公开的各个特征(包括任何后附的权利要求、摘要和附图)都可由具有相同、等价或类似用途的可供替换用的特征来取代，除非另有明确说明。这样，除非另有明确说明，所公开的各个特征仅仅是全系列等价或类似特征类的一个实例。
不应认为本发明局限于前面介绍的特定例子。各种不同的改变方案、等价处理以及本发明可以适用的多种结构都落在本发明的范围之内。例如，按照本发明的使用设备标识编码识别集成电路间从设备的实施方式可以使用用于在公共总线上的设备之间进行通信的类似构成的单向或双向接口来实现，比如SMBus或其它总线结构。这些变化可以看作是在所附的权利要求中明确提出的所要求保护的发明的一部分。
Claims (4)
1.一种方法，用于在使用具有用来实现通信协议的串行数据线和时钟线的I2C串行数据传输总线的通信系统中，使得主设备(130)识别与总线相连的从设备(140)，该方法包括步骤：从主设备在I2C串行数据传输总线上发送(152)设备标识地址；由主设备接收来自一个或多个从设备的收到应答(164)；从主设备在I2C串行数据传输总线上发送(154)识别特定从设备的从设备地址；从主设备在I2C串行数据传输总线上重新发送(156)设备标识地址；由主设备接收(168)来自所述特定从设备的标识代码；和使用该标识代码识别所述特定从设备的一个或多个参数。
2.按照权利要求1所述的方法，其中识别从设备的一个或多个参数包括由主设备接收来自从设备的生产厂家代码(232，234)。
3.按照权利要求1所述的方法，其中识别从设备的一个或多个参数包括由主设备接收来自从设备的零部件识别码(236，238)。
4.按照权利要求1所述的方法，其中识别从设备的一个或多个参数包括由主设备接收来自从设备的版本号代码(248)。
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