I2C和SPI作為兩種非常常用的低速外部匯流排，已經不是什麼新新技術了。
有些知識點，明白了，一段時間不用了，又忘記了。所以決定乘最近正好碰過這兩個東西，還是寫下來以備後患。

I2C

I2C是以前的飛利浦半導體制定的標準，也就是如今的NXP。

I2C匯流排由一條資料線（SDA）和一條時鐘線（SCL）組成。裝置分主從，主裝置提供時鐘，併發起操作。

看一下這張I2C協議必須和可選的功能表。最簡單的模式的話，只需要實現4個功能，start、stop、ack、7bit address。

當scl為高時，sda下拉表示start。當scl為低時，sda上拉表示stop。

根據下面這個圖，我們來討論這4個基本功能。

• master控制sda、scl：發起一個start標記
• master控制sda、scl：start之後的1-7位表示的是slave裝置的7bit address
• master控制sda、scl：第8位表示是讀（1）還是寫（0）操作，所以我們其實可以把7bit address和這1bit讀寫位結合起來當成一個byte。
• master控制scl，slave控制sda：slave強制拉低sda來表示第9位為ack

分析好了這第一個byte的內容，就可以繼續後面更復雜的了。這個時序一共進行了2個byte的寫操作。
- master控制sda、scl：start
- master控制sda、scl：7位地址
- master控制sda、scl：1位寫
- master控制scl，slave控制sda：slave ack
- master控制sda、scl：1位元組資料
- master控制scl，slave控制sda：slave ack
- master控制sda、scl：1位元組資料
- master控制scl，slave控制sda：slave ack
- master控制sda、scl：stop

再看個讀操作的
- master控制sda、scl：start
- master控制sda、scl：7位地址
- master控制sda、scl：1位讀
- master控制scl，slave控制sda：slave ack
- master控制scl，slave控制sda：1位元組資料
- master控制sda、scl：master ack
- master控制scl，slave控制sda：1位元組資料
- master控制sda、scl：master ack
- master控制sda、scl：stop

純粹的讀和純粹的寫我們都會了，下面就要讀寫混合了。最常見的場景就是通過I2C從裝置那讀取某個暫存器的值。
- master控制sda、scl：start
- master控制sda、scl：7位地址
- master控制sda、scl：1位寫
- master控制scl，slave控制sda：slave ack
- master控制sda、scl：1位元組資料
- master控制scl，slave控制sda：slave ack
- master控制sda、scl：start
- master控制sda、scl：7位地址
- master控制sda、scl：1位讀
- master控制scl，slave控制sda：slave ack
- master控制scl，slave控制sda：1位元組資料
- master控制sda、scl：master ack
- master控制sda、scl：stop

基本功能的I2C介紹就這些了，但是剛才說到I2C還有許多的可選功能，譬如clock stretching功能，這次就遇到一個bug和這個功能有關。

我們再來看看剛才看過的這個圖，在第一個byte傳輸完之後的一段時間內，scl為低。為什麼會出現這種情況那？其實不一定是在第一個位元組之後，也可能是master要從slave那讀取某個暫存器的值，第一個位元組的slave address發過去了，然後第二個位元組的暫存器地址又發過去了，後面就該slave來返回一個byte的資料了。但是可能這個資料並不是那麼簡單的得到的，slave可能會先進入中斷，然後做一些計算才能得到要返回的值，而這個計算又比較耗時。那slave可以強制拉低scl來表示現在我在忙，要等我做完事情了才可以繼續返回資料。假如slave有這種功能，而master又不支援，那就完蛋了，資料全亂了。幸好，我們的master是CPLD的，通過修改支援了這個功能，操作就正常了。

SMBUS

SMBUS是一種基於I2C而擴展出來的協議。有一些更為複雜的操作，但是原理都還是基於I2C的。

PMBUS

PMBUS是基於SMBUS，定義了很多和電源管理相關的命令。在物理傳輸上，和SMBUS是完全一致的。

SPI

SPI有四根線，一根時鐘，一根收資料，一根發資料，一根片選。當有多個裝置時，他就需要多根片選，所以相比I2C而言，佈線更為複雜。

SPI只規定了如何收發資料，但是資料的具體格式含義並沒有定義。譬如在I2C中跟在7位地址後面的1位表示讀寫，所有裝置都需要遵循。但是SPI不是這樣，每個slave都有自己定義的資料格式，各不相同。我們先看看下面這個例子。master傳送的第一個位元組裡01表示寫，而05表示讀。根據第一個位元組的不同，slave會做出不一樣的響應。


而我還見過一種是slave規定，master發給slave的前兩個位元組代表暫存器的地址，但是0-15位的第15位不當地址來用，而當讀寫位來用，但是我找不到這個例子的時序圖了。我舉這個例子是想說明SPI傳輸資料必須要根據slave裝置的timing來，不可想當然。