CN101256544A - 内部集成电路总线的扩展方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种内部集成电路I2C总线的扩展方法，I2C总线系统中包括I2C主器件、扩展装置以及至少一个I2C从器件，所述扩展装置的每个输出端口连接一个I2C从器件，包括：接收I2C主器件发送的地址、写命令及数据，或者，接收I2C主器件发送的地址及读命令；查找预置的地址端口对应表，确定所述I2C主器件发送的地址对应的所述扩展装置的输出端口；通过所述扩展装置的输出端口向其连接的I2C从器件写入所述数据，或者，通过所述扩展装置的输出端口从其连接的I2C从器件读出信息。另外，本发明实施例还提供一种I2C总线的扩展装置及系统。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及内部集成电路总线(Inter IntegratedCircuit Bus，I2C总线或IIC总线)的扩展方法、装置及系统。
背景技术
由于协议及接口非常简单，电路系统很多芯片都采用了I2C作为芯片的带外控制总线。I2C总线只包含一根双向信号线SDA和一根时钟线SCL，属于串行通信接口。一条I2C总线上有一个主器件(Master)和多个从器件(Slave)，主器件用于发起I2C协议，从器件接收协议并进行响应。参见图1，为I2C协议字段示意图，协议字段中包含从器件地址(SLAVE ADDRESS)、读/写指示位(R/W)、确认位(A)以及数据(DATA)，其中，起始信号(S)用于启动I2C总线，停止信号(P)为I2C总线终止信号，图中空白方块表示从主器件向从器件的方向传输字段，阴影方块表示从从器件向主器件传输的字段。主器件向从器件数据流时，从器件根据数据流中的地址判决该数据流是否发送给自身的，若是，则接收协议中的数据(写过程)或者将对应的数据写入协议中的对应字段发回给主器件(读过程)。从器件不能发起协议，因此若从器件需要主器件对自身进行读写操作时，在实际系统中通常发起一个中断信号(INT)的方式，向主器件发起中断，要求主器件对其进行访问。
I2C总线受负载影响很大，信号线的电阻、电容及信号有效电压等指标限制非常严格，如要求在一条总线频率在100kHz时不能超过400pf的负载电容，总线频率在400kHz时不能超过200pf的电容，这直接限制了I2C总线所能支持的负载数量。
参见图2，为目前扩展I2C总线的方案示意图，利用专用I2C扩展器件进行扩展(图2中为PCA954*系列芯片实现示意图)，类似的总线扩展器一般采用1:n模拟开关的方式，每次通讯时只打开一路开关，确保I2C的主器件只与n路中的一路进行电气连接，从而减少每次I2C总线通讯时的负载数量，增加了I2C总线系统的可靠性。每次I2C主器件要向I2C从器件发起I2C协议时，首先需要向PCA954*发送即时配置，确定与PCA954*哪个端口连接的I2C从器件，然后再向该I2C从器件发送I2C终端通讯指令。
在实现本发明的过程中，发明人经过研究发现这种方案存在如下问题：
首先，必须购买PCA954*等专用芯片，增加额外成本和电路负担。
其次，每次I2C主器件要发送协议时都需要分两步，第一次是向总线扩展器发送，进行1:n的开关通路配置，待配置完毕，再发送第二次协议与从器件通讯，这种每次都对专用芯片的动态配置工作，既增加了软件的设计负担，也降低了实际的通讯效率。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种I2C总线的扩展方法、装置及系统，以解决现有技术软件设计负担大以及通讯效率低的问题。
为此，本发明实施例采用如下技术方案：
一种I2C总线的扩展方法，I2C总线系统中包括I2C主器件、扩展装置以及至少一个I2C从器件，所述扩展装置的每一输出端口连接一个I2C从器件，包括以下步骤：
接收I2C主器件发送的地址、写命令及数据，或者，接收I2C主器件发送的地址及读命令；
查找预置的地址端口对应表，确定所述I2C主器件发送的地址对应的所述扩展装置的输出端口；
通过所述扩展装置的输出端口向其连接的I2C从器件写入所述数据，或者，通过所述扩展装置的输出端口从其连接的I2C从器件读出信息。
一种I2C总线的扩展装置，包括从模块、缓冲器、主模块、地址译码器和开关选择器，其中：
所述从模块用于接收I2C主器件的地址、读/写命令及数据并提供给所述缓冲器缓存，或者，用于将缓冲器中缓存的I2C从器件发送的信息提供给I2C主器件；
所述地址译码器用于存储地址端口对应表，并根据缓冲器存储的地址确定开关选择器的输出端口；
所述主模块用于从所述缓冲器中获取I2C主器件的读/写命令和数据，并通过所述开关选择器输出端口从对应的I2C从器件读取信息或者向I2C从器件写入数据。
一种I2C总线的扩展系统，包括I2C主器件、I2C从器件以及扩展装置，所述扩展装置包括从模块、缓冲器、主模块、地址译码器和开关选择器，其中：
所述从模块用于接收I2C主器件的地址、读/写命令及数据并提供给所述缓冲器缓存，或者，用于将缓冲器中缓存的I2C从器件发送的信息提供给I2C主器件；
所述地址译码器用于存储地址端口对应表，并根据缓冲器存储的地址确定开关选择器的输出端口；
所述主模块用于从所述缓冲器中获取I2C主器件的读/写命令和数据，并通过所述开关选择器输出端口从对应的I2C从器件读取信息或者向I2C从器件写入数据。
可见，本发明实施例中，预先在扩展装置中配置地址端口对应表，在I2C总线系统后续运行中，I2C主器件不需要对扩展装置进行配置，可直接按照地址端口对应表确定端口，即直接向确定的I2C从器件进行读/写操作，从而省去了I2C主器件向扩展装置配置的环节，可简化软件设计难度，提高通讯效率。
附图说明
图1为现有技术I2C协议字段示意图；
图2为现有技术I2C总线扩展方案示意图；
图3为本发明实施例I2C总线扩展方法的流程图；
图4为本发明实施例I2C总线扩展系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例中，I2C总线系统包括I2C主器件、扩展装置以及至少一个I2C从器件，扩展装置的每个输出端口连接一个I2C从器件。其中，扩展装置只与一条I2C总线分支相连，并且，扩展装置的每一输出端口连接有一个I2C从器件。预先在扩展装置中配置地址端口对应表，在I2C总线系统后续运行中，I2C主器件不需要对扩展装置进行配置，可直接按照地址端口对应表，向确定的端口所连接的I2C从器件进行读/写操作，从而省去了I2C主器件向扩展装置配置的环节，可简化软件设计难度，提高通讯效率。
参见图3，为本发明I2C总线扩展方法实施例的流程图，包括：
S301：接收I2C主器件下发的地址、写命令及数据，或者，接收I2C主器件下发的地址及读命令；
S302：查找预置的地址端口对应表，确定所述I2C主器件发送的地址对应的所述扩展装置的输出端口，由于所述扩展装置的每一输出端口对应连接一个I2C从器件，确定了所述扩展装置的输出端口即确定了所述I2C主器件需要通讯的I2C从器件；
其中，通过确定I2C主器件发送的地址与I2C从器件连接端口之间的对应关系完成地址端口对应表的配置，也就是，所述地址端口对应表具体是指I2C主器件发送的地址与I2C从器件连接的开关选择器输出端口之间的对应关系表。
S303：通过所述地址对应的所述扩展装置的端口向I2C从器件写入所述数据，或者，通过所述地址对应的端口从I2C从器件读出信息。
在具体应用中，本发明实施例可采用可编程逻辑器件实现I2C总线扩展，具体地，可采用复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logical Device，CPLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或可擦编程逻辑器件(Erasable Programmable Logic Device，EPLD)等可编程逻辑器件实现，采用可编程逻辑器件不但可更新电气逻辑关系，而且价格低廉可根据系统需求自行设计，易于调试，使用方便。
对于上述方法中的地址端口对应表，可根据I2C系统要求，在设计可编程逻辑器件时预先编写和烧制，或者，由I2C主器件或其他CPU配置。在上述方法中，优选地，在I2C总线系统初始化或者在I2C总线系统地址改变时，可更新所述地址端口对应表，其余情况则不需要配置该对应表。
本发明实施例中，由于预先在扩展装置中配置了地址端口对应表，从而省略了现有技术中每次都需要配置专用芯片的步骤，在I2C主器件向扩展装置下发地址时，就可根据地址端口对应表确定该地址对应的扩展装置的输出端口，然后对该端口连接的I2C从器件进行读/写操作，可见，与现有技术相比，本发明实施例简化了软件设计，提高了通讯效率。
参见图4，为本发明实施例I2C总线扩展系统的结构示意图。I2C总线扩展系统包括I2C主器件401、扩展装置402以及多个I2C从器件403，其中，扩展装置402作为I2C主器件401和I2C从器件403的桥梁，逻辑上位于I2C主器件401和I2C从器件403之间。其中，SDA表示双向信号线，SCL表示时钟线，INT表示中断信号。
扩展装置402包括从模块4021，缓冲器4022，主模块4023，地址译码器4024和开关选择器4025。
(1)从模块4021
在扩展模块402中，从模块4021用于和I2C主器件401通讯，在内部与缓冲器4022连接。
从模块4021接收并解析I2C主器件401下发的地址、读/写命令和数据，并且将这些命令和数据存放到缓冲器4022中；或者，将缓冲器4022中的I2C从器件403提供的信息发送至I2C主器件401。
(2)缓冲器4022
在扩展装置402内部，缓冲器4022是主模块4023和从模块4021连接的桥梁。
缓冲器4022用于存放I2C主器件401通过从模块4011下发的命令和数据，以及用于存放I2C从器件403通过主模块4023发送的信息。
此外，缓冲器4022还与地址译码器4024连接，将I2C主器件401发送来的地址提供给地址译码器4024，以便地址译码器4024查找地址端口对应表，从而确定端口。
(3)主模块4023
主模块4023负责从缓冲器4022中读取命令和数据，根据从缓冲器4022中读取的命令与下级I2C从器件进行通信。
(4)地址译码器4024
由软件在系统初始化时进行配置，建立I2C协议中的地址字段与开关选择器4025的1:n端口设置的对应关系。所述地址译码器4024用于存储预置的地址端口对应表，所述地址端口对应表具体是指I2C主器件发送的地址与开关选择器4025输出端口之间的对应关系表。所述地址译码器4024根据缓冲器4022存储的地址确定开关选择器4025的输出端口。
(5)开关选择器4025
负责建立主模块4023和单独一个I2C从器件403建立总线连接，进行通信。
优选地，扩展装置402中还可包括对应表更新单元(图中未示出)，用于更新所述地址译码器4024存储的地址端口对应表，具体地，可在I2C总线系统初始化或者在I2C总线系统地址改变时，对地址端口对应表进行更新。在具体实现上，可通过I2C主器件401控制该对应表更新单元的启动，也可以由其他CPU控制。
下面以可编程逻辑器件实现的扩展装置402内部各部分的工作过程进行详细说明。
在I2C主器件401一侧连接的是扩展装置402的从模块4021，该从模块4021被动接收I2C主器件401的地址、命令和数据，并对命令进行解析；若接收到写命令，则将I2C主器件401发出的地址和数据写入缓冲器4022，并通知扩展装置402的主模块4023进行转发；若接收到读命令，则将I2C主器件401发出的地址写入缓冲器4022，通知主模块4023转发该读命令，并拉高I2C主器件401方向的SDA信号线，待主模块4023通知数据已放入缓冲器4022后，放开SDA信号线，或通过中断方式通知可以再次访问。
扩展装置402的主模块4023通过缓冲器4022接收I2C主器件401的命令，收到写命令时，启动写进程，将缓冲器4022中的地址和数据向目的地址对应的端口发送；收到读命令时，启动读进程，将缓冲器4022中的地址向目的地址对应的端口发出，接收目的地址对应端口发来的信息，放入缓冲器4022，从模块4021最终将缓冲器4022存放的信息发送给I2C主器件401。
缓冲器4022由目的地址寄存器和数据寄存器组成。
地址译码器4024根据缓冲器4022中目的地址寄存器中的地址信息和预置的地址端口对应表对开关选择器4025进行配置，以保证主模块4023通过正确的输出端口与I2C从器件403进行连接。
开关选择器4025由主模块4023控制，实现主模块4023内部信号线与I2C从器件403收发端口的点对点连接。
可见，本发明实施例通过预置地址端口对应表，即静态配置，避免了现有方案中每次I2C主器件发送协议时都需要分两步配置(第一次是向总线扩展器发送，进行1:n的开关通路配置，待配置完毕，再发送第二次协议与从器件通讯)，从而可避免这种每次都对专用芯片进行动态配置的工作，降低软件的设计负担，提高实际的通讯效率。
本发明实施例采用低成本的可编程逻辑器件实现I2C总线扩展，具体地，通过可编程逻辑器件直接实现多路开关选择的功能，每次发起I2C协议时不需要对可编程逻辑器件进行配置，从而从软件上可以忽略中间部件的存在，直接由I2C主器件向从器件发起协议，可降低软件编程难度，提并高通讯效率。另外，可编程逻辑器件内部由数字电路实现1:n开关，极大地降低了实现成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1、一种I2C总线的扩展方法，I2C总线系统中包括I2C主器件、扩展装置以及至少一个I2C从器件，所述扩展装置的每一输出端口连接一个I2C从器件，其特征在于，包括：
接收I2C主器件发送的地址、写命令及数据，或者，接收I2C主器件发送的地址及读命令；
查找预置的地址端口对应表，确定所述I2C主器件发送的地址对应的所述扩展装置的输出端口；
通过所述扩展装置的输出端口向其连接的I2C从器件写入所述数据，或者，通过所述扩展装置的输出端口从其连接的I2C从器件读出信息。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在I2C总线系统初始化或者在I2C总线系统地址改变时，更新所述地址端口对应表。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述地址端口对应表为I2C主器件发送的地址与I2C从器件连接端口之间的对应关系表，预先配置在所述扩展装置中。
4、一种I2C总线的扩展装置，其特征在于，包括从模块、缓冲器、主模块、地址译码器和开关选择器，其中：
所述从模块用于接收I2C主器件的地址、读/写命令及数据并提供给所述缓冲器缓存，或者，用于将缓冲器中缓存的I2C从器件发送的信息提供给I2C主器件；
所述地址译码器用于存储地址端口对应表，并根据缓冲器存储的地址确定开关选择器的输出端口；
所述主模块用于从所述缓冲器中获取I2C主器件的读/写命令和数据，并通过所述开关选择器输出端口从对应的I2C从器件读取信息或者向I2C从器件写入数据。
5、根据权利要求4所述的扩展装置，其特征在于，还包括：
对应表更新单元，用于更新所述地址端口对应表。
6、根据权利要求4或5所述的扩展装置，其特征在于，所述扩展装置采用可编程逻辑器件实现。
7、一种I2C总线的扩展系统，包括I2C主器件、I2C从器件以及扩展装置，其特征在于，所述扩展装置包括从模块、缓冲器、主模块、地址译码器和开关选择器，其中：
所述从模块用于接收I2C主器件的地址、读/写命令及数据并提供给所述缓冲器缓存，或者，用于将缓冲器中缓存的I2C从器件发送的信息提供给I2C主器件；
所述地址译码器用于存储地址端口对应表，并根据缓冲器存储的地址确定开关选择器的输出端口；
所述主模块用于从所述缓冲器中获取I2C主器件的读/写命令和数据，并通过所述开关选择器输出端口从对应的I2C从器件读取信息或者向I2C从器件写入数据。
8、根据权利要求7所述的扩展系统，其特征在于，所述扩展装置还包括：
对应表更新单元，用于更新所述地址端口对应表。
9、根据权利要求7或8所述的扩展系统，其特征在于，所述扩展装置采用可编程逻辑器件实现。
10、根据权利要求9所述的扩展系统，其特征在于，所述可编程逻辑器件包括FPGA、CPLD或EPLD。
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