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  • 如何使用示波器解決I2C通信開發(fā)中遇到的問題
    如何使用示波器解決I2C通信開發(fā)中遇到的問題
  • 如何使用示波器解決I2C通信開發(fā)中遇到的問題
  •   發(fā)布日期: 2019-09-27  瀏覽次數(shù): 1,693

    I2C總線是PHLIPS公司上世紀80年代推出的一種兩線式串行總線,最初為音頻、視頻設備所開發(fā),如今則多在各種嵌入式系統(tǒng)中用于連接微控制器及其外圍設備。

    I2C總線僅需采用兩根通信線(一根為串行數(shù)據(jù)線“SDA”,一根為串行時鐘線“SCL”),而傳輸速率在高速模式下可達3.4Mbit/s,并且是多主總線。每一個掛接在I2C總線上的I2C器件均可通過唯一的地址進行訪問。

     

    在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中應用I2C總線可有效縮減元器件面積、改善抗干擾能力及增強設計的兼容性。當然,在享受其設計便利性的同時,信號的復雜性也將提高系統(tǒng)調試的難度。

    本文闡述了在實際開發(fā)中所遇到的I2C通信問題及使用示波器分析問題和解決問題的方法。

    分析過程中采用了RIGOL公司最新推出的DS6104示波器,其具體特性包括:高達1GHz帶寬,足以滿足常用標準總線的帶寬需求;5GSa/s實時采樣率,確保不會遺漏信號細節(jié);每秒18萬次的波形捕獲率,最大概率捕獲感興趣的信號;標配140M深存儲,同時滿足總覽全局和觀察局部的需求;可錄制多達18萬幀的波形,奇異信號隨意回放和分析;提供多種串行觸發(fā),RS232、I2C、SPI、CANUSB等。

    問題探討

    項目設計中計劃采用Cypress 68013A芯片來實現(xiàn)USB器件功能。68013A是Cypress公司出產的一款高速USB器件,該芯片的參考設計是通過I2C總線讀取存儲在EEPROM中的固件程序來運行的,如圖1所示。

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    圖1:Cypress 68013A與EEPROM連接示意圖。

    設計中,為進一步減少器件面積、降低功耗,以及便于在后續(xù)進行在線升級固件,決定使用DSP來模擬實現(xiàn)EEPROM與68013A之間的通信。同時,通過I2C總線在線下載固件至68013A并運行來完成,如圖2所示。

    參考68013A數(shù)據(jù)手冊編程后,卻發(fā)現(xiàn)在通過DSP模擬EEPROM與68013A通信時無法正確下載固件程序,即DSP怎樣通過I2C總線下載固件至68013A?

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    圖2:Cypress 68013A與DSP連接示意圖。

    解決方法

    首先,需要確認通信環(huán)境無問題,即:總線連接無問題;DSP的I2C通信程序無問題;Cypress 68013A的I2C通信無問題。

    經依次驗證后發(fā)現(xiàn)以上各項均無問題,那么,只可能是在通信過程中發(fā)生了錯誤。但是,在參考手冊中卻沒有找到關于68013A與EEPROM通信的詳細描述。為獲取兩者間在初始通信階段的詳細數(shù)據(jù),使用RIGOL公司的DS6104示波器來捕獲初始階段的通信數(shù)據(jù)。

    DS6104示波器具有I2C觸發(fā)及I2C解碼套件,為捕獲數(shù)據(jù)需設置如下:設置DS6104示波器觸發(fā)方式為“I2C”、觸發(fā)條件為“啟動”;設置觸發(fā)時鐘信源、數(shù)據(jù)信源及合適的觸發(fā)電平;打開I2C解碼并設置解碼閾值;設置示波器為單次觸發(fā)。設置完畢后,通過監(jiān)測I2C與EEPROM通信即可捕獲全部的通信數(shù)據(jù)頭,圖3所示為所得解碼數(shù)據(jù)。

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    圖3:Cypress 68013A與EEPROM I2C初始通信數(shù)據(jù)。

    通過與讀入DSP內存的固件數(shù)據(jù)(圖4)對比可知,圖中的“0xC2 0x47 。..”及后續(xù)數(shù)據(jù)才是真正的固件數(shù)據(jù)。因此,導致DSP模擬EEPROM通信失敗的原因是從起始數(shù)據(jù)至固件數(shù)據(jù)間的I2C通信(后文將稱其為握手通信)。使用DS6104的水平時基微調功能將圖中波形展開之后,便可更清楚地看到握手通信過程(圖5),其描述如下:讀地址“0x50”,無數(shù)據(jù)返回;讀地址“0x51”,返回“0xAD”;寫地址“0x51”,寫兩個字節(jié)“0x00”。

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    圖4:讀入DSP內存的68013A固件程序數(shù)據(jù)(部分)。

    至此,問題得以簡化為:怎樣在DSP中模擬這部分的握手通信?通過示波器獲取可視化握手通信數(shù)據(jù)以后,則模擬其通信過程僅需以下三步:設置DSP的I2C總線地址為“0x51”,與地址“0x50”不匹配則無返回;在DSP的I2C通信程序中,下載固件時先發(fā)送“0xAD”,滿足“0x51”地址上讀到的第一個數(shù)據(jù)為“0xAD”;DSP通過I2C下載固件時,可以接收“0x00”但不進行處理,保證握手通信的完整性。

    如上所述,在DSP的I2C通信程序中包含此部分握手通信處理后,使用DSP模擬EEPROM與Cypress 68013A便可進行正常通信,并可成功地下載68013A固件。

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    圖5:Cypress 68013A與EEPROM I2C通信數(shù)據(jù)頭展開。

    Cypress 68013A支持直接在固件中修改配置字(如圖6所示,地址7),從而可在固件下載完畢后配置啟動類型。

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    圖6:Cypress 68013A ‘C2 Load’格式。

    我們按照圖7所示的Cypress文檔提供的寄存器配置格式,配置固件為啟動時斷開USB連接,并將I2C時鐘設置為400KHz(將地址7數(shù)據(jù)修改為“0x41”)。

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    圖7:Cypress 68013A固件配置字格式。

    同樣,在下載固件時可以通過使用DS6104來監(jiān)測I2C的通信數(shù)據(jù),并且可以明顯看到時鐘頻率的變化,如圖8所示。

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    圖8:固件配置字為“0x41”時的I2C通信數(shù)據(jù)頻率變化。

    至此,我們通過采用RIGOL推出的DS6104數(shù)字示波器,以可視化的方式實現(xiàn)了DSP模擬EEPROM與Cypress 68013A通信和下載固件的功能。同時,在固件下載過程中,我們觀測到在固件中配置的I2C通信頻率可即時生效。

    在實際項目中,我們還使用I2C作為DSP與68013A間的常規(guī)通信通路。顯然,在后續(xù)調試中,DS6104數(shù)字示波器提供的串行總線觸發(fā)及解碼也將成為我們優(yōu)先選擇的調試手段。

    本文小結

    I2C總線在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛應用,在實際開發(fā)中不免碰到缺少文檔資料的情況,此時,如本文所述采用示波器調試則不失為一種快捷、有效的方法。

    嵌入式系統(tǒng)中應用了越來越多的總線,其開發(fā)和調試難度也在相應提高。RIGOL推出的DS6000系列示波器以其領先的指標、創(chuàng)新的技術及提供的多種總線觸發(fā)及解碼套件,可有效降低嵌入式總線調試難度,并極大提高調試效率。

    來源;電子工程網


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