stm32 I2C架构

STM32的 I2C 片上外设专门负责实现 I2C 通讯协议，只要配置好该外设，它就会自动根据协议要求产生通讯信号，收发数据并缓存起来，CPU 只要检测该外设的状态和访问数据寄存器，就能完成数据收发。架构图如下所示。

通讯引脚：STM32 芯片有多个 I2C 外设，外设的 I2C 通讯信号引出到不同的 GPIO 引脚上，使用I2C时须配置这些指定的引脚。

时钟控制逻辑：SCL 线的时钟信号，由 I2C 接口根据时钟控制寄存器(CCR)控制，控制的参数主要为时钟频率。配置 I2C 的 CCR 寄存器可修改通讯速率相关的参数。STM32 的 I2C 外设都挂载在 APB1 总线上，使用 APB1 的时钟源 PCLK1。

SCL 时钟周期内的高电平时间为Thigh,低电平时间为Tlow，那么在标准模式下(I2C 通讯的“标准/快速”模式，这两个模式分别 I2C 对应 100/400Kbit/s 的通讯速率)，Thigh=CCR * TPCLK1;Tlow=CCR * TPCLK1(快速模式下Thigh=CCR * TPCLK1;Tlow=2 * CCR * TPCLK1）。由此可知CCR对通信速率的影响。例子如下。

数据逻辑控制：I2C 的 SDA 信号主要连接到数据移位寄存器上。

数据寄存器(DR)：当向外发送数据的时候，数据移位寄存器以数据寄存器(DR)为数据源，把数据一位一位地通过SDA信号线发送出去；从外部接收数据的时候，数据移位寄存器把 SDA 信号线采样到的数据一位一位地存储到数据寄存器(DR)中。

PEC寄存器：若使能了数据校验，接收到的数据会经过 PCE 计算器运算，运算结果存储在PEC寄存器中。

自身地址寄存器(OAR1、OAR2)：I2C设备工作在从机模式的时候，接收到设备地址信号时，数据移位寄存器会把接收到的地址与从机自身的I2C地址寄存器的值作比较，以便响应主机的寻址。STM32 的自身 I2C 地址可通过修改自身地址寄存器(OAR1、OAR2)修改，支持同时使用两个 I2C 设备地址。(STM32 的 I2C 外设可同时使用两个地址，即同时对两个地址作出响应)

整体控制逻辑：负责协调整个 I2C 外设。控制逻辑负责控制产生 I2C 中断信号、DMA 请求及各种 I2C 的通讯信号(起始、停止、响应信号等)。

控制寄存器(CR1/CR2)：控制逻辑的工作模式根据控制寄存器(CR1/CR2)的参数而改变。

状态寄存器(SR1 和 SR2)：外设工作时，控制逻辑会根据外设的工作状态修改状态寄存器(SR1 和 SR2)。只要读取这些寄存器相关的寄存器位，就可以了解 I2C 的工作状态。

通信过程：使用 I2C 外设通讯时，在通讯的不同阶段会对状态寄存器(SR1 及 SR2)的不同数据位写入参数，我们通过读取这些寄存器标志来了解通讯状态。

主发送器流程：作为 I2C 通讯的主机端时，向外发送数据时的过程。

事件EV5：主发送器产生起始信号(S)，当发生起始信号后，产生事件EV5，并会对 SR1 寄存器的“SB”位置 1，表示起始信号已经发送。

事件EV6、EV8：紧接着主发送器发送设备地址并等待应答信号，若有从机应答，则产生事件“EV6”及 “EV8”，这时 SR1 寄存器的“ADDR”位及“TXE”位被置 1，ADDR 为 1 表示地址已经发送，TXE 为 1 表示数据寄存器为空。

事件EV8：以上步骤正常执行并对 ADDR 位清零后，往 I2C 的数据寄存器(DR)写入要发送的数据，这时 TXE 位会被重置 0，表示数据寄存器非空，I2C 外设通过 SDA 信号线一位位把数据发送出去后，又会产生事件EV8，即 TXE 位被置 1，重复这个过程，就可以发送多个字节数据了。

事件EV8_2：当发送数据完成后，控制 I2C 设备产生一个停止信号§，这个时候会产生 EV8_2 事件，SR1 的 TXE 位及 BTF 位都被置 1，表示通讯结束。

假如使能了 I2C 中断，以上所有事件产生时，都会产生 I2C 中断信号，进入同一个中断服务函数，到 I2C 中断服务程序后，再通过检查寄存器位来判断是哪一个事件。

主接收器过程：作为 I2C 通讯的主机端时，从外部接收数据的过程。

和发送过程区别在于：

EV7事件：从机端接收到地址后，开始向主机端发送数据。当主机接收到这些数据后，会产生EV7事件，SR1 寄存器的 RXNE 被置 1，表示接收数据寄存器非空，读取该寄存器后，可对数据寄存器清空，以便接收下一次数据。此时可以控制 I2C 发送应答信号(ACK)或非应答信号(NACK)，若应答，则重复以上步骤接收数据，若非应答，则停止传输；