GPIO实现I2C从机的设计[2]

在上篇文章中，实现了GPIO模拟I2C从机的初步设计，但在实际的使用过程中，发现了一些问题，为了解决实际传输过程中发生的数据传输错误问题，在本篇文章中，会根据实际测试情况对上篇的代码做一些修改。

问题描述
主从机传输主要发生在从机接收数据部分，下图1是使用示波器（500MHz 2.5GS/s）抓取的主机发送的时钟和数据信号关系。可以在图中看出：
①时钟占空比并不是50%
②数据变化并不是在时钟的高电平或者低电平的中间部位发生变化，而是在时钟刚发生跳变之后就发生了变化。（图中测试发现时钟变化150ns之后数据信号就发生了变化）

图1

根据上篇文章的代码（见下）

while(!recFinish)
{
    for(bitcount = 0; bitcount <8; bitcount ++)
    {
        while(GET_SCL_DAT);
        SDA_IN;
        while(!GET_SCL_DAT);

        r0 = GET_SDA_DAT;
        while(GET_SCL_DAT)
        {
            r1 = GET_SDA_DAT;
            if((r0 == 0) && (r1 == 1))
            {
                recFinish = 1;
                return 1;
            }
        }   
        rxbyte <<= 1;
        if(r1)
            rxbyte |= 0x01;
        else
            rxbyte |= 0x00; 
    }
    buf[(*len)++] = rxbyte;
    IIC_SLAVE_SEND_ACK;
}
return 0;

在r1位置的极限情况下，r1会采样到SCL刚变为低的值，这样就会发生错误的采样，在实际测试中发生了下列错误的采样（主机将数据写入从机，并从从机中读取以验证）

图2 读写测试

可以看到一些规律，每一个Byte只会发生一次错误，所有的错误都是高位没有采样到。原因就发生才r1采样的时候采样错误。

为了改正这种错误，就需要重新确定采样值。

        if(r1)
            rxbyte |= 0x01;
        else
            rxbyte |= 0x00;

有两种修改方法：一种是在取采样值的时候，取r0，这样避免在取r1的时候出现数据跳变，即上面的代码修改为：

        if(r0)
            rxbyte |= 0x01;
        else
            rxbyte |= 0x00;

但这种修改方法还是有不完善的地方，因为r0也有可能发生跳变，也有可能是一个不稳定的采样点，那么最理想的状态是采样图1中r2的值，r1可能在SCL发生跳变的瞬间也发生数据的跳变，但是r2一定是在SCL为高的时候的采样点，是不会发生数据的跳变的。

代码可修改如下：

while(!recFinish)
{
    for(bitcount = 0; bitcount <8; bitcount ++)
    {
        while(GET_SCL_DAT);
        SDA_IN;
        while(!GET_SCL_DAT);

        r0 = GET_SDA_DAT;
        r1 = r0;
        while(GET_SCL_DAT)
        {
            r2 = r1;
            r1 = GET_SDA_DAT;
            if((r0 == 0) && (r2 == 1))
            {
                recFinish = 1;
                return 1;
            }
        }

        rxbyte <<= 1;
        if(r2)
            rxbyte |= 0x01;
        else
            rxbyte |= 0x00; 
    }
    buf[(*len)++] = rxbyte;
    IIC_SLAVE_SEND_ACK;
}
return 0;

由此修改后，可以保证采样值正确，接收数据也正常，不会发生数据错误。

在此，GPIO模拟I2C从机的设计告一段落。