CN112463691B - 一种基于i2c的线路切换电路和通信系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于I2C的线路切换电路和通信系统，电路包括：第一端口用于连接第一从设备；第二端口用于连接第二从设备；第三端口用于为第三从设备提供第一I2C从地址和第二I2C从地址；控制单元用于在接收到第一从设备的第一连接请求时，控制第一端口导通，使得第一从设备与第三从设备相连，并控制第三端口为第三从设备提供第一I2C从地址；还用于在接收到第二从设备的第二连接请求时，控制第二端口导通，使得第二从设备与第三从设备相连，并控制第三端口为第三从设备提供第二I2C从地址。本申请能够解决现有技术存在资源消耗较多、复杂度较高等弊端，导致运行效率和成本受到较明显的影响的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及数据通信技术领域，尤其涉及一种基于I2C的线路切换电路和通信系统。
背景技术
产品设计中同时存在SFP光纤模组和HDMI/DVI视频接口，系统上电时这两个模块均需要使用I2C接口进行初始化配置。在系统MCU只有1组I2C控制总线的情况下，其中SFP光纤模组和HDMI/DVI视频接口的存储EDID信息的EEPROM的I2C从地址固定都为0xA0，两个模块电路的I2C从地址发生冲突。
传统处理多个I2C器件从地址冲突的方法主要可以分为两类，一类是使用普通GPIO模拟成I2C接口，每一个冲突的I2C从器件独立连接一组模拟I2C，另一类是仅有的1组I2C总线，外接专用的I2C扩展切换芯片，例如PCA9548A；第一类方法会占用MCU较多GPIO管脚，而同时调用多个独立的I2C进程也会消耗较多的软件资源，影响运行效率；第二类方法增加了软件的设计复杂度，另外，专用的I2C扩展芯片会额外增加器件成本。
发明内容
本申请提供了一种基于I2C的线路切换电路和通信系统，解决现有技术存在资源消耗较多、复杂度较高等弊端，导致运行效率和成本受到较明显的影响的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种基于I2C的线路切换电路，包括：控制单元，由第一端口、第二端口和第三端口构成的三端切换端口；
所述第一端口用于连接第一从设备；
所述第二端口用于连接第二从设备；
所述第三端口用于为第三从设备提供第一I2C从地址和第二I2C从地址；
所述控制单元用于在接收到所述第一从设备的第一连接请求时，控制所述第一端口导通，使得所述第一从设备与所述第三从设备相连，并控制所述第三端口为所述第三从设备提供所述第一I2C从地址；还用于在接收到所述第二从设备的第二连接请求时，控制所述第二端口导通，使得所述第二从设备与所述第三从设备相连，并控制所述第三端口为所述第三从设备提供所述第二I2C从地址。
可选的，所述第一端口、所述第二端口和所述第三端口对应于基于I2C的线路切换芯片的第一管脚、第二管脚和第三管脚，所述控制单元对应于所述基于I2C的线路切换芯片的总控管脚。
可选的，所述控制单元包括：单刀双掷开关；
所述单刀双掷开关的第一不动端与所述第一端口连接，第二不动端与所述第二端口连接，投掷动端与所述三从设备相连；
在接收到所述第一从设备的第一连接请求时，控制所述投掷动端与所述第一不动端闭合，使得所述第一从设备与所述第三从设备相连；
在接收到所述第二从设备的第二连接请求时，控制所述投掷动端与所述第二不动端闭合，使得所述第二从设备与所述第三从设备相连。
可选的，所述控制单元包括：第一单刀单掷开关和第二单刀单掷开关；
所述第一单刀单掷开关的第一固定端与所述第三从设备相连，所述第二固定端与所述第一端口相连；
所述第二单刀单掷开关的第三固定端与所述第三从设备相连，所述第四固定端与所述第二端口相连；
在接收到所述第一从设备的第一连接请求时，控制所述第一单刀单掷开关闭合，使得所述第一从设备与所述第三从设备相连；
在接收到所述第二从设备的第二连接请求时，控制所述第二单刀单掷开关闭合，使得所述第二从设备与所述第三从设备相连。
本申请第二方面提供了一种基于I2C的线路切换通信系统，包括：第一从设备、第二从设备、第三从设备和如权利要求1-4中任一项所述的基于I2C的线路切换电路；
所述基于I2C的线路切换电路，用于在接收到所述第一从设备的第一连接请求时，控制所述基于I2C的线路切换电路的第一端口导通，使得所述第一从设备与所述第三从设备相连，并控制所述基于I2C的线路切换电路的第三端口为所述第三从设备提供所述第一I2C从地址；还用于在接收到所述第二从设备的第二连接请求时，控制所述基于I2C的线路切换电路的第二端口导通，使得所述第二从设备与所述第三从设备相连，并控制所述基于I2C的线路切换电路的第三端口为所述第三从设备提供所述第二I2C从地址。
可选的，所述第一从设备为SFP光纤模组，所述第二从设备为外接视频信号源，所述第三从设备为内部存储器。
可选的，所述预置内部存储器包括EEPROM。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请中，提供了一种基于I2C的线路切换电路，包括：控制单元，由第一端口、第二端口和第三端口构成的三端切换端口；第一端口用于连接第一从设备；第二端口用于连接第二从设备；第三端口用于为第三从设备提供第一I2C从地址和第二I2C从地址；控制单元用于在接收到第一从设备的第一连接请求时，控制第一端口导通，使得第一从设备与第三从设备相连，并控制第三端口为第三从设备提供第一I2C从地址；还用于在接收到第二从设备的第二连接请求时，控制第二端口导通，使得第二从设备与第三从设备相连，并控制第三端口为第三从设备提供第二I2C从地址。
本申请提供的基于I2C的线路切换电路，既不需要增加多个独立的I2C，也不需要外接专用I2C扩展切换芯片，而是根据分时复用原理在不同的情况下对不同连通路径进行选择性切换，同时对I2C从地址进行自适应的选择设置，从而满足不同从设备对另外一个从设备的访问通信，控制过程设计简单，占用资源量少。因此，本申请能够解决现有技术存在资源消耗较多、复杂度较高等弊端，导致运行效率和成本受到较明显的影响的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种基于I2C的线路切换电路的第一个结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种基于I2C的线路切换电路的第二个结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种基于I2C的线路切换电路的第三个结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种基于I2C的线路切换通信系统的电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种基于I2C的线路切换电路的实施例，包括：控制单元100，由第一端口101、第二端口102和第三端口103构成的三端切换端口。
第一端口101用于连接第一从设备；
第二端口102用于连接第二从设备；
第三端口103用于为第三从设备提供第一I2C从地址和第二I2C从地址；
控制单元100用于在接收到第一从设备的第一连接请求时，控制第一端口导通，使得第一从设备与第三从设备相连，并控制第三端口为第三从设备提供第一I2C从地址；还用于在接收到第二从设备的第二连接请求时，控制第二端口导通，使得第二从设备与第三从设备相连，并控制第三端口为第三从设备提供第二I2C从地址。
第三从设备的地址可以修改设置，但是第一从设备和第二从设备的访问地址一般固定，主要是相关协议要求而定。本申请实施例主要解决的是第一从设备和第二从设备与第三从设备之间的连通问题，即多个从设备与第三从设备之间连接可能存在的冲突问题。不同的从设备之间的连接需要导通不同的连通路径，并且采用不同的I2C从地址，如果地址相同就会存在地址冲突，因此，在切换从设备的连接通路的同时需要对第三从设备的I2C从地址进行相应的调整设置。第三端口是根据连通路径的不同而调节从地址的选通端口。
进一步地，第一端口、第二端口和第三端口对应于基于I2C的线路切换芯片的第一管脚、第二管脚和第三管脚，控制单元对应于基于I2C的线路切换芯片的总控管脚。
请参阅图2，图2是一种基于I2C的线路切换芯片的电路布局示意图，实现连通路径的选通采用了三个主要管脚，其中S1/S2这两个管脚是专用选通控制管脚，主要用于控制第一从设备的两个连通路径和第二从设备的两个连通路径，而S3这个管脚则是根据管脚处的电平高低变化情况通过连接的电阻与接地端或者5V电源端形成通路，从而实现I2C从地址的切换。管脚的电平高低变化情况可以判断从设备的连接状态，从而根据不同的从设备连接状态切换不同的连接模式。
在接收到第一从设备的第一连接请求时，S1/S2/S3这3个选通控制管脚由预设接地电阻下拉成低电平，导通芯片上的Y管脚与A类管脚的连通路径，即为第一连通路径，从而实现第一从设备与第三从设备的连通；同时将第三从设备的I2C从地址修改设置为第一I2C从地址，即0xA8。
在接收到第二从设备的第二连接请求时，选通控制管脚就会采用第二从设备提供的电源作为连接线的插入状态描述，S1/S2/S3这3个选通控制管脚上拉成高电平，导通芯片中的Y到B的连通路径，即为第二连通路径，从而实现第二从设备与第三从设备的连通；同时将第三从设备的I2C从地址修改设置为第二I2C从地址，即0xA0。通过通道的选择性切换隔离I2C从设备，分时复用了同一个I2C总线。也不需要设置多个并行的I2C，或者更换复杂的I2C芯片，设计相应的复杂软件流程。
进一步地，控制单元包括：单刀双掷开关；
单刀双掷开关的第一不动端与第一端口连接，第二不动端与第二端口连接，投掷动端与三从设备相连；
在接收到第一从设备的第一连接请求时，控制投掷动端与第一不动端闭合，使得第一从设备与第三从设备相连；
在接收到第二从设备的第二连接请求时，控制投掷动端与第二不动端闭合，使得第二从设备与第三从设备相连。
请参阅图3，图3为采用单刀双掷开关实现控制的基于I2C的线路切换电路结构示意图，主设备与第一从设备连接后与单刀双掷开关的第一不动端B连接；第二从设备与单刀双掷开关的第二不动端A连接；其中，Y为单刀双掷开关的投掷动端。C为切换地址的开关。
在接收到第一从设备的第一连接请求时，将单刀双掷开关的投掷动端Y投掷在第一不动端B上，从而实现第一从设备与第三从设备的连接；同时，也要将第三从设备的I2C从地址相对应的修改为第一I2C从地址。
在接收到第二从设备的第一连接请求时，将单刀双掷开关的投掷动端Y投掷在第二不动端A上，从而实现第二从设备与第三从设备的连接；同时，也要将第三从设备的I2C从地址相对应的修改为第二I2C从地址。开关投掷动端的切换同样可以实现从设备之间的连接切换，通过分时复用的原理满足不同从设备访问第三从设备的需求。
进一步地，控制单元包括：第一单刀单掷开关和第二单刀单掷开关；
第一单刀单掷开关的第一固定端与第三从设备相连，第二固定端与第一端口相连；
第二单刀单掷开关的第三固定端与第三从设备相连，第四固定端与第二端口相连；
在接收到第一从设备的第一连接请求时，控制第一单刀单掷开关闭合，使得第一从设备与第三从设备相连；
在接收到第二从设备的第二连接请求时，控制第二单刀单掷开关闭合，使得第二从设备与第三从设备相连。
根据上一实施例的原理，可以采用两个单刀单掷开关代替一个单刀双掷开关，其切换原理与上述单刀双掷开关相似，不同在于上述的投掷端是可以选择的动端，本实施例中是选择性闭合需要连通路径上的单刀单掷开关即可完成路径切换任务。
本申请提供的基于I2C的线路切换电路，既不需要增加多个独立的I2C，也不需要外接专用I2C扩展切换芯片，而是根据分时复用原理在不同的情况下对不同连通路径进行选择性切换，同时对I2C从地址进行自适应的选择设置，从而满足不同从设备对另外一个从设备的访问通信，控制过程设计简单，占用资源量少。因此，本申请能够解决现有技术存在资源消耗较多、复杂度较高等弊端，导致运行效率和成本受到较明显的影响的技术问题。
为了便于理解，本申请提供了一种基于I2C的线路切换通信系统，包括：第一从设备、第二从设备、第三从设备和如上述实施例中任一种的基于I2C的线路切换电路；
基于I2C的线路切换电路，用于在接收到第一从设备的第一连接请求时，控制基于I2C的线路切换电路的第一端口导通，使得第一从设备与第三从设备相连，并控制基于I2C的线路切换电路的第三端口为第三从设备提供第一I2C从地址；还用于在接收到第二从设备的第二连接请求时，控制基于I2C的线路切换电路的第二端口导通，使得第二从设备与第三从设备相连，并控制基于I2C的线路切换电路的第三端口为第三从设备提供第二I2C从地址。
进一步地，第一从设备为SFP光纤模组，第二从设备为外接视频信号源，第三从设备为内部存储器。
进一步地，预置内部存储器包括EEPROM。
请参阅图2、图3和4，系统中包括一个主设备MCU，而MCU包括的I2C_SCL和MCU的I2C_SDA两个通道；外接视频信号源包括DDC通道的DDC_SCL和DDC通道的DDC_SDA；预置内部存储为EEPROM。系统MCU的I2C总线连接的是SFP光纤模组，I2C总线切换模块则与EEPROM连接，用于读写EEPROM中的存储信息，修改设置EEPROM的I2C从地址。
具体地切换过程为：通过基于I2C的线路切换电路切换内部MCU的I2C_SCL和外部视频信号源DDC通道的DDC_SCL；通过基于I2C的线路切换电路切换内部MCU的I2C_SDA和外部视频信号源DDC通道的DDC_SDA；通过基于I2C的线路切换电路切换修改预置内部存储器EEPROM的I2C从地址。本申请实施例中的第一I2C从地址为0xA8，第二I2C从地址为0xA0；在实际操作过程中，可以根据芯片的布局情况自适应的设置选择，在此不作赘述。
所以可以对外接视频信号源的DVI/HDMI线缆的连接状态进行监测是因为线缆接入与否，管脚的电平高低并不一样，因此，可以根据电平的变化判断电缆的连接状态；从而接收到不同的从设备的连接请求。
在监测到外接视频信号源的DVI/HDMI线缆拔出系统时，S2/S1这2个专用选通控制管脚由预设接地电阻下拉成低电平，触发I2C总线切换模块导通图中的Y到A的连通路径，即为第一连通路径，此时预置内部存储器EEPROM与SFP光纤模组相连，可以读写存储信息。一个SFP光纤模组内部包含两个不同从地址0xA0和0xA2独立存储不同信息。在系统MCU只有1组I2C控制总线的情况下，SFP光纤模组和HDMI/DVI视频接口的存储EDID信息的EEPROM的I2C从地址固定都为0xA0，会产生冲突，因此可以采用切换EEPROM的I2C从地址的方式避免从地址的冲突。在EEPROM还是全新生产的板卡，或者需要擦写更新时，则需要连接SFP光纤模组，通过MCU在存储器中写入相关数据信息，在存储器为空白的情况下一般不会收到其他从设备的访问请求。
在监测到外接视频信号源的DVI/HDMI线缆接入系统时，选通控制管脚就会采用由外接视频信号源提供的+5V电源作为DVI/HDMI线缆的插入状态描述，S2/S1这2个专用选通控制管脚上拉成高电平，基于I2C的线路切换电路控制导通图中的Y到B的连通路径，即为第二连通路径，此时预置内部存储器EEPROM与外接视频信号源相连，可以读其中的存储信息，此时EPROM与SFP光纤模组是断开连接的。通过通道的选择性切换隔离两个I2C从设备，分时复用了同一个I2C总线。
本申请实施例中需要增添成本极低的外围电路，不需要修改MCU核心模块的软件或者硬件，方案执行过程简便快捷；不需要同时调用多个独立的I2C进行，节省了软件资源，优化了系统运行效率；更没有增加任何I2C扩展切换芯片，因此不存在复杂的软件设计需求，使得原生I2C的Host控制器直接读写从设备EEPROM，也提高的读取过程的稳定性。
为了便于理解，本申请提供两个应用场景，场景划分的依据是EEPROM中是否已经写入EDID数据信息，若是全新生产的板卡，存储EDID信息的EEPROM是空白，或者需要擦写更新EEPROM的内容，那么在系统MCU的I2C总线连接至SFP光纤模组的情况下，采用本申请实施例中的策略将EEPROM的I2C从地址修改设置为0xA8，可以避免与SFP光纤模组的两个默认地址0xA0和0xA2冲突，从而实现1个I2C总线外挂2个从设备的功能。
若是EEPROM已经写入所需的EDID数据信息，且不需要擦写更新，在系统MCU的I2C总线连接至SFP光纤模组的情况下，断开EEPROM的内部连接，外接视频信号源通过DVI/HDMI线缆接入EEPROM中，可以读取EEPROM存储的EDID数据信息，其中外接视频信号源包括显卡、机顶盒和蓝光播放器等。通过这一调整可以有效避免系统MCU的I2C总线和外接视频信号源的DDC通道的两个Host主控制器同时请求读取EEPROM，违反I2C通信协议标准。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种基于I2C的线路切换电路，其特征在于，包括：控制单元，由第一端口、第二端口和第三端口构成的三端切换端口；
所述第一端口用于连接第一从设备；
所述第二端口用于连接第二从设备；
所述第三端口用于为第三从设备提供第一I2C从地址和第二I2C从地址；
所述控制单元用于在接收到所述第一从设备的第一连接请求时，控制所述第一端口导通，使得所述第一从设备与所述第三从设备相连，并控制所述第三端口为所述第三从设备提供所述第一I2C从地址；还用于在接收到所述第二从设备的第二连接请求时，控制所述第二端口导通，使得所述第二从设备与所述第三从设备相连，并控制所述第三端口为所述第三从设备提供所述第二I2C从地址。
2.根据权利要求1所述的基于I2C的线路切换电路，其特征在于，所述第一端口、所述第二端口和所述第三端口对应于基于I2C的线路切换芯片的第一管脚、第二管脚和第三管脚，所述控制单元对应于所述基于I2C的线路切换芯片的总控管脚。
3.根据权利要求1所述的基于I2C的线路切换电路，其特征在于，所述控制单元包括：单刀双掷开关；
所述单刀双掷开关的第一不动端与所述第一端口连接，第二不动端与所述第二端口连接，投掷动端与所述第三从设备相连；
在接收到所述第一从设备的第一连接请求时，控制所述投掷动端与所述第一不动端闭合，使得所述第一从设备与所述第三从设备相连；
在接收到所述第二从设备的第二连接请求时，控制所述投掷动端与所述第二不动端闭合，使得所述第二从设备与所述第三从设备相连。
4.根据权利要求1所述的基于I2C的线路切换电路，其特征在于，所述控制单元包括：第一单刀单掷开关和第二单刀单掷开关；
所述第一单刀单掷开关的第一固定端与所述第三从设备相连，第二固定端与所述第一端口相连；
所述第二单刀单掷开关的第三固定端与所述第三从设备相连，第四固定端与所述第二端口相连；
在接收到所述第一从设备的第一连接请求时，控制所述第一单刀单掷开关闭合，使得所述第一从设备与所述第三从设备相连；
在接收到所述第二从设备的第二连接请求时，控制所述第二单刀单掷开关闭合，使得所述第二从设备与所述第三从设备相连。
5.一种基于I2C的线路切换通信系统，其特征在于，包括：第一从设备、第二从设备、第三从设备和如权利要求1-4中任一项所述的基于I2C的线路切换电路；
所述基于I2C的线路切换电路，用于在接收到所述第一从设备的第一连接请求时，控制所述基于I2C的线路切换电路的第一端口导通，使得所述第一从设备与所述第三从设备相连，并控制所述基于I2C的线路切换电路的第三端口为所述第三从设备提供所述第一I2C从地址；还用于在接收到所述第二从设备的第二连接请求时，控制所述基于I2C的线路切换电路的第二端口导通，使得所述第二从设备与所述第三从设备相连，并控制所述基于I2C的线路切换电路的第三端口为所述第三从设备提供所述第二I2C从地址。
6.根据权利要求5所述的基于I2C的线路切换通信系统，其特征在于，所述第一从设备为SFP光纤模组，所述第二从设备为外接视频信号源，所述第三从设备为内部存储器。
7.根据权利要求6所述的基于I2C的线路切换通信系统，其特征在于，所述内部存储器包括EEPROM。
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