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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