I2C总线通信技术在球形机器人双DSP控制系统中的应用

I2C总线上的时钟信号

在I2C总线上传送信息时的时钟同步信号是由挂接在SCL时钟线上的所有器件的连接"与"完成的。SCL线上由高电平到低电平的跳变将影响到这些器件，一旦某个器件的时钟信号下跳为低电平，将使SCL线上一直保持低电平，使SCL线上的所有器件开始低电平期。此时，低电平周期短的器件的时钟由低至高的跳变并不能影响SCL线的状态，于是这些器件将进入高电平等待的状态。

当所有器件的时钟信号都上跳为高电平时，低电平期结束，SCL线被释放返回高电平，即所有的器件都同时开始它们的高电平期。其后，第一个结束高电平期的器件又将SCL线拉成低电平。这样就在SCL线上产生一个同步时钟。可见，时钟低电平时间由时钟低电平期到最长的器件确定，而时钟高电平期由时钟高电平期最短的器件确定。

I2C总线上的数据传输

在数据传送过程中，必须确认数据传送的开始和结束。在I2C总线技术规范中，开始和结束信号(也称启动和停止信号)的定义如图3所示。

当时钟线SCL为高电平时，数据线SDA由高电平跳变为低电平定义为"开始"信号;当SCL线为高电平时，SDA线发生低电平到高电平的跳变为"结束"信号。开始和结束信号都是由主器件产生。在开始信号以后，总线即被认为处于忙状态;在结束信号以后的一段时间内，总线被认为是空闲的。

I2C总线的数据传送格式是：在I2C总线开始信号后，送出的第一个字节数据是用来选择从器件地址的，其中前7位是地址码，第8位是方向位(R/W)。方向位"0"表示发送，即主器件把信息写到所选择的从器件;方向位为"1"表示主器件将从从器件读信息。开始信号后，系统中的各个器件将自己的地址和主器件送到总线上的地址进行比较，如果与主器件发送到总线上的地址一致，则该器件即为主器件寻址的器件，其接收信息还是发送信息则由第8位(R/W)确定。

I2C接口的硬件设计

由于DM6437和F28015都支持I2C接口，这使得I2C接口的硬件设计变得非常简单，只需将各自的信号线和时钟线对应相连即可。双DSP的I2C总线接口硬件连接图如图4所示。

各引脚连接说明如下：

① DM6437的M3和M2引脚分别对应I2C_DATA和I2C_CLK,而F28015的GPIO32和GPIO33可以分别复用为I2C_DATA和I2C_CLK 。考虑到阻抗不匹配等因素会影响总线数据传输效果，因此还应该在I2C_DATA和I2C_CLK 的直连线路上各串联一个小电阻(R107和R108)。

② 由3.1.1节的I2C总线结构介绍可知，I2C_DATA和I2C_CLK是双向电路，必须都通过一个电流源或上拉电阻连接到正的电源电压。由于DSP的输出CMOS电平为3.3V，所以在硬件设计时将I2C_DATA和I2C_CLK总线通过上拉电R59和R60连接到了3.3V的Vcc电源上。

I2C总线通信的软件设计

双DSP系统通信思路

双机通信软件的设计问题涉及到DSP C6000(DM6437)和DSP C2000(F28015)两部分的软件设计。设计双DSP系统的初期设想是，用DM6437来接收图像信息并进行处理，将最终得到的处理结果传送给F28015，F28015根据得到的处理结果来执行相应的电机控制及其他子任务。可以看到，在这个通信过程中，DM6437是主机，负责发送数据，而F28015是从机，负责接收数据并执行相应控制命令。但是应注意到，在I2C总线通信中，主从机的地位并不是一直不变，可以根据需要随时重新设定主机和从机。由于嵌入式系统的人机界面一般不大友好，想要观察实验结果往往需要打印数据或者通过LED等指示装置来体现。在本文中，考虑到DM6437芯片极其对应的软件开发系统CCS V3.3支持在线打印功能，因此，为了简化设计，便于观察，双DSP的I2C通信可以这样考虑：先让DM6437发送一个数据到I2C总线上，并打印这个发送数据的相关信息，然后在F28015这一端接收数据，如果接收到DM6437传来的数据，就将数据进行一定的变换(例如乘以一个倍数)，然后再通过I2C总线将变换后的数据发送给DM6437。DM6437接收返回的数据并打印返回数据的相关信息。通过观察打印信息，就可以很清楚地了解到I2C通信的实时效果。

来源：电子产品世界