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Inter-Integrated Circuit(I2C) 프로토콜은 IC 사이에 통신 링크를 제공하는 양방향 2 와이어 직렬 버스이다.
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IIC 혹은 TWI(The Two-Wire Serial Interface)라고도 불린다.
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Philips Semiconductors 에 의해 1980 년대 초기에 개발
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초기에는 텔레비전에서 CPU를 주변 칩에 연결할 방법을 제공하기 위해 만들어졌다. 오늘날에는 오디오와 비디오 장비뿐만 아니라 많은 다른 응용 분야에서 사용하며, 사실상의 표준으로서 산업계에서 보편적으로 수용되고 있다.
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하나의 마스터와, 다른 하나의 슬레이브로 구성 된다. 그리고 슬레이브는 127개까지 구성이 가능하다. 즉, 메인 ECU가 있으면, 그 외 여러가지 디바이스들이 묶여 통신이 가능하다.
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주로 제어(control)용으로 쓰인다. 2라인만 사용하여 병렬로 많은 수의 칩을 컨트롤 할 수 있다.
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클럭 라인(SCL): 동기용 클럭 신호를 전송한다.
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데이터 라인(SDA): Address, Data, Acknowledge, Start & Stop 등 주 데이터를 전송한다.
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I2C 사용 시에 주의 해야 할 점은 ‘풀업 저항’이다. 이 저항을 다는 이유는 I2C 통신을 위해 SDA선과 SCL 선이 기본적으로 모두 High 상태가 되어야 하기 때문이다. 풀업 저항은 이를 High 상태로 만들어 준다.
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전송속도
- Standard Mode : 100kbps
- Fast Mode : 200kbps, 400kbps 가능
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디바이스는 고유의 어드레스(7비트)를 가지며, 필요에 따라 Receiver와 Transmitter로 동작한다.
I2C 하드웨어 구성
- SDA와 SCL은 각각 한 라인에 연결 되는데, 다음과 같은 부과회로가 필요하다.
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Rs: 내부보호회로 (보통 100 Ω)
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Rp: Pull-Up저항 (보통 4.7 kΩ)
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I2C 데이터 구성
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8비트의 데이터와 이를 확인하는 Acknowledge가 조합된 블럭이 반복되는 구조이다.
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시작과 끝을 알리는 START와 STOP가 존재한다.
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8-비트 데이터를 전송할 경우
- 첫번째 데이터블럭은 칩내부의 Slave-ADDRESS로 사용
- 두번째 데이터블럭은 Sub-ADDRESS의 데이터로 사용
- 이를 이용하녀 칩내의 많은 수의 레지스터를 조정할 수 있다.
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8-비트 데이터를 연속적으로 전송할 경우
- 단순히 데이터를 연속해서 n번 사용
- 첫번째 데이타는 (Sub-Address의 번지)의 데이터
- 두번째 데이타는 (Sub-Address의 번지+1)의 데이터
- 많은 양의 데이터를 빠른 시간에 전송할 수 있음
I2C 비트의 구성
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START
- I2C 라인을 사용하고자 할 때 사용된다.
- 1-비트로 구성되어있고, 신호의 구성은 다음과 같다.
- START = SCL가 HIGH일경우, SDA가 HIGH->LOW
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STOP
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I2C 라인 사용이 끝났을 때 사용된다.
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1-비트로 구성되어있고, 신호의 구성은 다음과 같다.
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STOP = SCL가 HIGH일경우, SDA가 LOW->HIGH
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First Byte : 7비트-어드레스+R/W
- Slave Address
- START BIT후 처음으로 나가는 신호는 칩을 호출하기 위한 데이터
- 이 데이터는 칩 메이커들이 고유로 만듦
- Slave Address
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R/W신호
- 칩에서 데이타를 읽을때는 “1”, 쓸때는 “0”
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Acknowledge
- 이 비트는 데이터를 받는 Slave칩이 데이터를 잘 받았는지 체크
- DATA를 잘 받았으면 “0”, 받지 못했으면 “1”
- 이 데이터는 Slave칩쪽에서 동작을 취해줘야 함(응답)
참고
- 휴지상태
- I2C라인이 사용되지 않는 상태이며, 이때는 SCL,SDA 라인모드 High상태임.
- 데이터의 변경
- 아래 그림과 같이 SCL이 LOW상태일 때 변화되어야 한다.
리눅스 어플리케이션에서 I2C 제어
아래 명령어로 현재 시스템에서 I2C 제어를 위한 device를 확인할 수 있다. 해당 I2C 디바이스를 프로그램에서 Open하여 I2C를 제어할 수 있다.
$ ls /dev/i2c* /dev/i2c-0 /dev/i2c-1 /dev/i2c-2이 디바이스 파일을 열기 위한 함수는 저수준 파일 함수인 open 함수를 이용한다. 보통 Blocking I/O 형태로 열기 때문에 다음과 같은 형식으로 열고 닫는다.
#define I2C_DEV_FILENAME “/dev/i2c-0”int fd;fd = open( I2C_DEV_FILENAME, O_RDWR );if (fd >= 0) { // ... close(fd);}해당 디바이스 드라이버가 read/write 이외에 여러가지 파라미터를 세팅하는 경우에 Ioctl을 사용할 수도 있다. i2c read/write 제어는 read()/write() 함수를 사용하지 않고 ioctl을 이용한다.
- struct i2c_rdwr_ioctl_data 구조체는 전송할 데이터를 묶는 역할을 한다.
- struct i2c_msg는 실제로 전달해야 하는 데이터의 각 블록을 표현한다.
struct i2c_rdwr_ioctl_data { struct i2c_msg __user *msgs; /* pointers to i2c_msgs */ __u32 nmsgs; /* number of i2c_msgs */};struct i2c_msg { __u16 addr; /* slave address */ __u16 flags; __u16 len; /* msg length */ __u8 *buf; /* pointer to msg data */};Flags 값
I2C_M_TEN: 주소가 10비트이다.I2C_M_RD: 이 값이 지정되면 읽기 명령을 I2C 버스상에서 수행한다.I2C_M_NOSTART: START가 발생하면 안되는 패킷임을 표시한다. 가장 첫 번째 msg 블럭에는 사용할 수 없다.I2C_M_REV_DIR_ADDR: R/W가 반전된 처리를 해야 한다.I2C_M_IGNORE_NAK: NAK 응답 즉 ACK가 없더라도 에러 처리하지 않는다.I2C_M_NO_RD_ACK: 읽기에 따른 ACK가 없더라도 에러 처리하지 않는다
참고
