利用數(shù)字示波器調(diào)試嵌入式I2C總線的方法

　　I2C總線是PHLIPS公司上世紀(jì)80年代推出的一種兩線式串行總線，最初為音頻、視頻設(shè)備所開(kāi)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(shè)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(shí)鐘線“SCL”），而傳輸速率在高速模式下可達(dá)3.4Mbit/s，并且是多主總線。每一個(gè)掛接在I2C總線上的I2C器件均可通過(guò)唯一的地址進(jìn)行訪問(wèn)。

　　在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中應(yīng)用I2C總線可有效縮減元器件面積、改善抗干擾能力及增強(qiáng)設(shè)計(jì)的兼容性。當(dāng)然，在享受其設(shè)計(jì)便利性的同時(shí)，信號(hào)的復(fù)雜性也將提高系統(tǒng)調(diào)試的難度。

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

　　分析過(guò)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(dá)1GHz帶寬，足以滿足常用標(biāo)準(zhǔn)總線的帶寬需求；5GSa/s實(shí)時(shí)采樣率，確保不會(huì)遺漏信號(hào)細(xì)節(jié)；每秒18萬(wàn)次的波形捕獲率，最大概率捕獲感興趣的信號(hào)；標(biāo)配140M深存儲(chǔ)，同時(shí)滿足總覽全局和觀察局部的需求；可錄制多達(dá)18萬(wàn)幀的波形，奇異信號(hào)隨意回放和分析；提供多種串行觸發(fā)，RS232、I2C、SPI、CAN、USB等。

　　問(wèn)題探討

　　項(xiàng)目設(shè)計(jì)中計(jì)劃采用Cypress 68013A芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)USB器件功能。68013A是Cypress公司出產(chǎn)的一款高速USB器件，該芯片的參考設(shè)計(jì)是通過(guò)I2C總線讀取存儲(chǔ)在EEPROM中的固件程序來(lái)運(yùn)行的，如圖1所示。

　　圖1：Cypress 68013A與EEPROM連接示意圖。

　　設(shè)計(jì)中，為進(jìn)一步減少器件面積、降低功耗，以及便于在后續(xù)進(jìn)行在線升級(jí)固件，決定使用DSP來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)EEPROM與68013A之間的通信。同時(shí)，通過(guò)I2C總線在線下載固件至68013A并運(yùn)行來(lái)完成，如圖2所示。

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

　　圖2：Cypress 68013A與DSP連接示意圖。

　　解決方法

　　首先，需要確認(rèn)通信環(huán)境無(wú)問(wèn)題，即：總線連接無(wú)問(wèn)題；DSP的I2C通信程序無(wú)問(wèn)題；Cypress 68013A的I2C通信無(wú)問(wèn)題。

　　經(jīng)依次驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)以上各項(xiàng)均無(wú)問(wèn)題，那么，只可能是在通信過(guò)程中發(fā)生了錯(cuò)誤。但是，在參考手冊(cè)中卻沒(méi)有找到關(guān)于68013A與EEPROM通信的詳細(xì)描述。為獲取兩者間在初始通信階段的詳細(xì)數(shù)據(jù)，使用RIGOL公司的DS6104示波器來(lái)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(shè)置如下：設(shè)置DS6104示波器觸發(fā)方式為“I2C”、觸發(fā)條件為“啟動(dòng)”；設(shè)置觸發(fā)時(shí)鐘信源、數(shù)據(jù)信源及合適的觸發(fā)電平；打開(kāi)I2C解碼并設(shè)置解碼閾值；設(shè)置示波器為單次觸發(fā)。設(shè)置完畢后，通過(guò)監(jiān)測(cè)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)。