CN108920401B - 多主多从的i2c通信方法、系统及节点设备 - Google Patents

多主多从的i2c通信方法、系统及节点设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及了一种多主多从的I2C通信方法、系统及节点设备,该节点设备,通过I2C总线与其它节点设备相连,所述节点设备包括内置I2C模块的MCU,且所述MCU具有SDA口、SCL口、第一IO口和第二IO口,其特征在于,所述第一IO口与所述SDA口相连,所述第二IO口与所述SCL口相连,而且,所述MCU,用于通过所述SDA口、SCL口接收数据,而且,在需要发送数据时,按照I2C时序生成数据帧,并通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据。实施本发明的技术方案,节点设备即使在模式切换时,或,在主模式下发送数据时,都可接收到其它处于主模式的节点设备发给自己的数据,因此,不会丢失数据。

Description

多主多从的I2C通信方法、系统及节点设备
技术领域
本发明涉及串行通信领域,尤其涉及一种多主多从的I2C通信方法、系统及节点设备。
背景技术
现有集成电路(IC)之间通讯接口中,I2C(Inter-Integrated Circuit)是一种应用极为广泛的总线方式,I2C总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线,I2C总线只有两根双向信号线:一根是SDA数据线,另一根是SCL时钟线。
在实际应用中,I2C总线只占用两个IO脚,时序简单,因此,绝大多数MCU都内置了硬件的I2C模块。I2C模块只工作在主从模式中的其中一种,在多主多从的I2C系统中,通常要做一次切换,在切换的过程中以及作为主设备时,无法收到别的处于主模式的节点设备发给自己的数据,即,可能会丢数据。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述可能丢数据的缺陷,提供一种多主多从的I2C通信方法、系统及节点设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种节点设备,通过I2C总线与其它节点设备相连,所述节点设备包括内置I2C模块的MCU,且所述MCU具有SDA口、SCL口、第一IO口和第二IO口,所述第一IO口与所述SDA口相连,所述第二IO口与所述SCL口相连,而且,
所述MCU,用于通过所述SDA口、SCL口接收数据,而且,在需要发送数据时,按照I2C时序生成数据帧,并通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据。
优选地,所述MCU,还用于在需要发送数据时,将所述第一IO口和所述第二IO口设置为输出接口;在不需要发送数据时,将所述第一IO口和所述第二IO口设置为输入接口。
优选地,还包括第一限流电阻和第二限流电阻,而且,所述第一IO口通过所述第一限流电阻与所述SDA口相连,所述第二IO口通过所述第二限流电阻与所述SCL口相连。
优选地,所述MCU,还用于在通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据时,还检测I2C总线上的电平是否与自身发送的电平相一致,若不一致,则停止发送数据。
优选地,所述MCU,还用于在需要发送数据时,先检测I2C总线是否空闲,并在空闲时通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据。
本发明还构造一种多主多从的I2C通信系统,其特征在于,包括多个以上所述的节点设备。
本发明还构造一种多主多从的I2C通信方法,包括以下步骤:
通过SDA口、SCL口接收数据;
在需要发送数据时,按照I2C时序生成数据帧,并通过第一IO口和第二IO口发送数据,其中,所述第一IO口与所述SDA口相连,所述第二IO口与所述SCL口相连。
优选地,还包括:
在需要发送数据时,将所述第一IO口和所述第二IO口设置为输出接口;在不需要发送数据时,将所述第一IO口和所述第二IO口设置为输入接口。
优选地,在通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据时,还进行以下步骤:
检测I2C总线上的电平是否与自身发送的电平相一致;
若不一致,则停止发送数据,并延时一随机时段,重新通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据。
优选地,通过第一IO口和第二IO口发送数据的步骤,包括:
先检测I2C总线是否空闲;
若空闲,则通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据;
若不空闲,则延时一随机时段,然后重新检测I2C总线是否空闲,直至空闲时才通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据。
实施本发明的技术方案,对于节点设备,其MCU内置的I2C模块一直处于从模式的工作状态,即,一直被动等待来自其它处于主模式的节点设备发送的数据,并通过SDA口、SCL口接收I2C总线上的数据。而当有数据需要主动发出时,会同时处于从模式和主模式,即,既可以通过SDA口、SCL口接收I2C总线上的数据,又可以通过GPIO软件模拟I2C时序生成数据帧,然后通过第一IO口和第二IO口将数据发送至I2C总线上。这样的话,节点设备即使在模式切换时,或,在主模式下发送数据时,都可接收到其它处于主模式的节点设备发给自己的数据,因此,不会丢失数据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中:
图1是本发明节点设备中MCU实施例一的结构图;
图2是本发明多主多从的I2C通信系统实施例一的结构图;
图3是本发明多主多从的I2C通信方法实施例一的流程图。
具体实施方式
图1是本发明节点设备实施例一的结构图,在I2C通信系统中,各个节点设备通过I2C总线相连,I2C总线包括SDA数据线及SCL时钟线。而且,I2C通信系统中的任一设备都具备两种模式(角色):主(Master)模式、从(Slave)模式。
在该实施例中,节点设备包括MCU10,该MCU10具有四个IO口P1、P2、P3、P4,且MCU10内置I2C模块,其中,第三IO口P3为SCL口,第四IO口P4为SDA口。第一IO口P1与SDA口P4相连,且一并接SDA数据线,第二IO口P2与SCL口P3相连,且一并接SCL时钟线。而且,MCU10用于通过SDA口P4、SCL口P3接收数据,而且,在需要发送数据时,按照I2C时序生成数据帧,并通过第一IO口P1和第二IO口P2发送数据。
实施该实施例的技术方案,对于节点设备,其MCU内置的I2C模块一直处于从模式的工作状态,即,一直被动等待来自其它处于主模式的节点设备发送的数据,并通过SDA口P4、SCL口P3接收I2C总线上的数据,因此,没必要把CPU的运行时间消耗在这里,直接用内置在MCU内的I2C硬件模块接收,处理中断即可。而当有数据需要主动发出时,会同时处于从模式和主模式,即,既可以通过SDA口P4、SCL口P3接收I2C总线上的数据,又可以通过GPIO软件模拟I2C时序生成数据帧,然后通过第一IO口P1和第二IO口P2将数据发送至I2C总线上。这样的话,节点设备即使在模式切换时或在主模式下发送数据时,都可接收到其它处于主模式的节点设备发给自己的数据,因此,不会丢失数据。
进一步地,在一个可选实施例中,MCU10还用于在需要发送数据时,将第一IO口P1和第二IO口P2设置为输出接口;在不需要发送数据时,将第一IO口P1和第二IO口P2设置为输入接口。在该实施例中,在不需要发送数据时,也会将第一IO口P1和第二IO口P2设置为输入接口,这样可尽量减少对I2C总线上的干扰。
进一步地,在一个可选实施例中,该节点设备还包括第一限流电阻和第二限流电阻,而且,第一IO口P1通过第一限流电阻与SDA口P4相连,第二IO口P2通过第二限流电阻与SCL口P3相连。
在一个可选实施例中,MCU10还用于在通过第一IO口P1和第二IO口P2发送数据时,还检测I2C总线上的电平是否与自身发送的电平相一致,若不一致,则停止发送数据。进一步地,在停止发送数据后,延时一随机时段再重新发送。
在该实施例中,首先需说明I2C总线的仲裁机制:若有两个以上的节点设备同时处于主模式发送数据,则利用I2C总线的线与能力来做总线仲裁,I2C总线的两个引脚(SDA、SCL)均为漏极开路结构,它能实现信号的线与逻辑,即,电平0比电平1的优先级高,如果一节点设备发送电平0,其他节点设备发送电平1,那么,在I2C总线上电平的是电平0。基于此,节点设备在向I2C总线上发送数据的同时,还会检测I2C总线上的数据,然后判断检测到的电平是否与自身发送的电平相一致,若一致,则表示自己竞争总线成功,可继续发送;若不一致,则表示自己竞争总线失败,需要停止发送,延时一段时间后再次发送。
在一个可选实施例中,进一步地,MCU10还用于在需要发送数据时,先检测I2C总线是否空闲,并在空闲时通过第一IO口P1和第二IO口P2发送数据。在该实施例中,节点设备在主模式下通过I2C总线发送数据时,先要检测I2C总线是否空闲,只有在空闲时才能发送,若不空闲,就需等待一个随机延时(例如20-200ms),然后再检测I2C总线是否空闲,直到检测到I2C总线空闲才发送。
图2是本发明多主多从的I2C通信系统实施例一的结构图,该实施例的多主多从的I2C通信系统包括多个节点设备,节点设备的逻辑结构可参照前文所述,在此不做赘述。
图3是本发明多主多从的I2C通信方法实施例一的流程图,该实施例的多主多从的I2C通信方法应用在节点设备中,且包括以下步骤:
步骤S11.通过SDA口、SCL口接收数据;
步骤S12.在需要发送数据时,按照I2C时序生成数据帧,并通过第一IO口和第二IO口发送数据,其中,所述第一IO口与所述SDA口相连,所述第二IO口与所述SCL口相连。
在该实施例中,首先说明的是,步骤S11和步骤S12并无顺序关系。结合图1,对于节点设备,其MCU内置的I2C模块一直处于从模式的工作状态,即,一直被动等待来自其它处于主模式的节点设备发送的数据,并通过SDA口P4、SCL口P3接收I2C总线上的数据,因此,没必要把CPU的运行时间消耗在这里,直接用内置在MCU内的I2C硬件模块接收,处理中断即可。而当有数据需要主动发出时,会同时处于从模式和主模式,即,既可以通过SDA口P4、SCL口P3接收I2C总线上的数据,又可以通过GPIO软件模拟I2C时序生成数据帧,然后通过第一IO口P1和第二IO口P2将数据发送至I2C总线上。这样的话,节点设备即使在模式切换时或在主模式下发送数据时,都可接收到其它处于主模式的节点设备发给自己的数据,因此,不会丢失数据。
进一步地,在一个可选实施例中,本发明的多主多从的I2C通信方法还包括:
在需要发送数据时,将所述第一IO口和所述第二IO口设置为输出接口;在不需要发送数据时,将所述第一IO口和所述第二IO口设置为输入接口。
在该实施例中,在不需要发送数据时,也会将第一IO口P1和第二IO口P2设置为输入接口,这样可尽量减少对I2C总线上的干扰。
进一步地,在一个可选实施例中,在通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据时,还进行以下步骤:
检测I2C总线上的电平是否与自身发送的电平相一致;
若不一致,则停止发送数据,并延时一随机时段,重新通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据。
在该实施例中,基于I2C总线的仲裁机制,节点设备在向I2C总线上发送数据的同时,还会检测I2C总线上的数据,然后判断检测到的电平是否与自身发送的电平相一致,若一致,则表示自己竞争总线成功,可继续发送;若不一致,则表示自己竞争总线失败,需要停止发送,延时一段时间后再次发送。
进一步地,在一个可选实施例中,通过第一IO口和第二IO口发送数据的步骤,包括:
先检测I2C总线是否空闲;
若空闲,则通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据;
若不空闲,则延时一随机时段,然后重新检测I2C总线是否空闲,直至空闲时才通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据。
在该实施例中,节点设备在主模式下通过I2C总线发送数据时,先要检测I2C总线是否空闲,只有在空闲时才能发送,若不空闲,就需等待一个随机延时(例如20-200ms),然后再检测I2C总线是否空闲,直到检测到I2C总线空闲才发送。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何纂改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种节点设备,通过I2C总线与其它节点设备相连,所述节点设备包括内置I2C模块的MCU,且所述MCU具有SDA口、SCL口、第一IO口和第二IO口,其特征在于,所述第一IO口与所述SDA口相连,所述第二IO口与所述SCL口相连,而且,
所述MCU,用于通过所述SDA口、SCL口接收数据,而且,在需要发送数据时,按照I2C时序生成数据帧,并通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据,而且,在通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据时,还检测I2C总线上的电平是否与自身发送的电平相一致,若不一致,则停止发送数据,并延时一随机时段再重新发送。
2.根据权利要求1所述的节点设备,其特征在于,
所述MCU,还用于在需要发送数据时,将所述第一IO口和所述第二IO口设置为输出接口;在不需要发送数据时,将所述第一IO口和所述第二IO口设置为输入接口。
3.根据权利要求1所述的节点设备,其特征在于,还包括第一限流电阻和第二限流电阻,而且,所述第一IO口通过所述第一限流电阻与所述SDA口相连,所述第二IO口通过所述第二限流电阻与所述SCL口相连。
4.根据权利要求1所述的节点设备,其特征在于,
所述MCU,还用于在需要发送数据时,先检测I2C总线是否空闲,并在空闲时通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据。
5.一种多主多从的I2C通信系统,其特征在于,包括多个权利要求1-4任一项所述的节点设备。
6.一种多主多从的I2C通信方法,其特征在于,包括以下步骤:
通过SDA口、SCL口接收数据;
在需要发送数据时,按照I2C时序生成数据帧,并通过第一IO口和第二IO口发送数据,其中,所述第一IO口与所述SDA口相连,所述第二IO口与所述SCL口相连;
而且,在通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据时,还进行以下步骤:
检测I2C总线上的电平是否与自身发送的电平相一致;
若不一致,则停止发送数据,并延时一随机时段,重新通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据。
7.根据权利要求6所述的多主多从的I2C通信方法,其特征在于,还包括:
在需要发送数据时,将所述第一IO口和所述第二IO口设置为输出接口;在不需要发送数据时,将所述第一IO口和所述第二IO口设置为输入接口。
8.根据权利要求6所述的多主多从的I2C通信方法,其特征在于,通过第一IO口和第二IO口发送数据的步骤,包括:
先检测I2C总线是否空闲;
若空闲,则通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据;
若不空闲,则延时一随机时段,然后重新检测I2C总线是否空闲,直至空闲时才通过所述第一IO口和所述第二IO口发送数据。
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