I2C Protocol in 3min

簡單說明I2C Protocol 以及SMBus

I2C 特點

I2C是一個兩線制的通訊協定，其中包括一條數據線（SDA — Serial Data Line）和一條時鐘線（SCL — Serial Clock Line）。I2C的主要優勢在於可以連接多個IC，同時只使用兩條線，這使得它在連接多個設備時節省了硬體資源。

1. I2C只需要兩條線，即SDA和SCL，便可實現多個IC之間的通信。這相較於其他通訊協定，節省了硬體連接的複雜性和成本。
2. 多Master架構：I2C支援多Master的架構，這意味著多個主機可以在同一條I2C總線上進行通信。這使得在需要MultiMaster和MultiSlave的情況下，I2C表現得非常靈活。
3. 速度限制：由於I2C使用兩條線進行通信，其速度通常比其他通訊協定如SPI（Serial Peripheral Interface）和UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）慢。這對於一些高頻率應用來說可能是一個限制。
4. 長距離通信限制：由於I2C是基於電壓水平的，對於長距離通信而言，信號可能會受到雜訊的影響而變得不穩定。對於長距離通信需求，其他協定可能更合適。

I2C 溝通流程

• Master（主機）發送Start信號：通信開始時，主機會在SDA線上發送低電平的信號，而在SCL線上保持高電平。這樣的信號組合稱為Start信號，用於啟動通信。
• Master發送地址和讀寫位元：主機將要訪問的從機（Slave）的7位元地址發送到SDA線上。最後一位元（第8位元）用來指示讀取（1）或寫入（0）操作。

• Slave發送Ack：如果選中的從機存在並收到正確的地址，將SDA線拉低。

• Master和Slave進行數據交換：在確定了要通信的Slave後，Master和Slave之間就可以交換數據。數據通常是8位元的位元組。此時SCL都是由Master控制。

• 在SCL為HIGH時，SDA必須保持穩定：當SCL為HIGH時，SDA必須保持穩定。Slave端可以通過拉低SCL線來暫停Master的時鐘，這使得Slave有足夠的時間來處理數據或執行其他操作，這樣稱為”Clock Stretching”（時鐘拉伸）功能。
• SDA只能在SCL為LOW時改變：當SCL為LOW時，SDA才能改變，Master和Slave都可以在此時將數據放置或讀取到SDA線上。
• 每個byte跟著一個ACK位元：在每個8位元的位元組之後，接收方（Master或Slave）會發送一個ACK位元來確認接收到的數據。如果接收方成功接收到數據，則在SCL為LOW時，它會拉低SDA線發送一個ACK信號。否則，如果接收到的數據有誤或者接收方無法處理，則接收方不會發送ACK信號，Master可以採取相應的錯誤處理措施。

• Master發送Stop信號：當通信結束時，主機會在SDA線上發送一個高電平，而在SCL線上保持高電平，稱為Stop信號。 只有此時STOP/START SIGNAL SCL在High的時候可以SDA可以更動

SMBus

• ALERT PinL SMBUS多I2C一條線，ALERT雖名為警訊但其實是中斷（Interrupt）Pin
• Slave可以將SMBSUS線路的電位拉低，這時就等於向Master發出一個中斷警訊，要求Master儘速為某一Slave提供傳輸服務。Master透過I2C的SDA跟SCL回應
• 但要如何知道此次的通訊只是Master對Slave的一般性通訊？還是特別針對Slave的中斷需求而有的服務回應？這主要是透過Master發出的位址資訊來區別，若為回應中斷的服務，位址資訊必然是「0001100」，當Slave接收到「0001100」的位址資訊，就知道這是Master特為中斷而提供的服務通訊。因此，韌體工程師須留心，規劃時必須讓所有的Slave都不能佔用「0001100」這個位址，