I2C（Inter-Integrated Circuit BUS）是I2C BUS简称，中文为集成电路总线，是目前应用最广泛的总线之一，和IMX6ULL有些相关的是，恰巧该总线是NXP前身的PHILIPS设计。当前仍然是应用最广泛的总线协议之一。
1 通用I2C协议介绍
1）概述
I2C是一种串行通信总线，使用多主从架构，最初设计师为了让主板、嵌入式系统或手机用以连接低速周边设备而发展而来。在小数据量场合使用，有传输距离短，任意时刻只能有一个主机等特性。严格意义上讲，I2C应该是软硬件结合体，所以我们将分物理层和协议层来介绍该总线。（总线结构如下图）
2）物理层
特性1：半双工（非全双工）
两条总线线路：
SDA(串行数据线): 主芯片通过一根SDA线既可以把数据发给从设备，也可以从SDA上读取数据，连接SDA线的引脚里面必然有两个引脚（发送引脚/接受引脚），具体可以参考下图device端I2Cn_SDA(output/input)。
SCL(串行时钟线)：同SDA的引脚电路结构一致，引脚的输出驱动与输入缓冲连在一起。其中输出为漏极开路的场效应管、输入缓冲为一只高输入阻抗的同相器。这样结构有如下特性：
由于 SDA、SCL 为漏极开路结构，借助于外部的上拉电阻实现了信号的“线与”逻辑；
引脚在输出信号的同时还将引脚上的电平进行检测，检测是否与刚才输出一致。为 “时钟同步”和“总线仲裁”提供硬件基础。
SDA和CLK连接线上连有两个上拉电阻，当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低。（物理层结构如下图所示）
特性2：地址和角色可配置
每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和其它器件通信，主机/从机角色和地址可配置，主机可以作为主机发送器和主机接收器。
特性3：多主机
IIC是真正的多主机总线，（ IIC可以在通讯过程中，改变主机），如果两个或更多的主机同时请求总线，可以通过冲突检测和仲裁防止总线数据被破坏。
特性4：传输速率
传输速率在标准模式下可以达到100kb/s,快速模式下可以达到400kb/s。
特性5：负载和距离
节点的最大数量受限于地址空间以及总线电容决定。另外总电容也限制了实际通信距离只有几米。
3）协议层
a.数据有效性
I2C协议的数据有效性是靠时钟来保证的，在时钟的高电平周期内，SDA线上的数据必须保持稳定。数据线仅可以在时钟SCL为低电平时改变。
b.起始和结束条件
起始条件：当SCL为高电平的时候，SDA线上由高到低的跳变被定义为起始条件。
结束条件：当SCL为高电平的时候，SDA线上由低到高的跳变被定义为停止条件，要注意起始和终止信号都是由主机发出的，连接到I2C总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，则很容易检测到起始和终止信号。
总线在起始条件之后，视为忙状态，在停止条件之后被视为空闲状态。
c.应答
每当主机向从机发送完一个字节的数据，主机总是需要等待从机给出一个应答信号，以确认从机是否成功接收到了数据，从机应答主机所需要的时钟仍是主机提供的，应答出现在每一次主机完成8个数据位传输后紧跟着的时钟周期，低电平0表示应答，1表示非应答
d.数据帧格式
SDA线上每个字节必须是8位长，传输几个字节每个transfer是不限制的，每个字节后面必须跟一个ACK。数据首先用最高有效位（MSB）传输。
2. IMX6ULL的I2C控制器操作与寄存器介绍
IMX6ULL的I2C提供了标准I2C从服务器和主服务器的功能，I2C是设计与标准的NXP I2C总线协议兼容，所以上面的通用知识完全可以应用在IMX6ULL I2C的编程和控制。
故我们只要熟悉IMX6ULL I2C重点寄存器即可。
（1）I2C Memory Map
I2C包含5个16-bit 的寄存器
注意：寄存器在偏移量0x0002/0x0006/0x000A/0x000E作为保留位。
可以看到I2C1的入口地址为21A_0000，这个我们重点关注，后面做实验，编程会使用到。
（2）Register
I2C Address Register (I2Cx_IADR)
地址寄存器，偏移量为0h。
bit15-8为保留位即只读为0。
bit7-1（ADR）位是I2C作为从机时的地址。从属模式是I2C的默认模式，这个地址是作为从机的相应地址，不能被软件复位。
I2C Frequency Divider Register (I2Cx_IFDR)
分频寄存器，偏移量为4h。
bit15-6位为保留位即只读为0。
bit5-1 位为I2C时钟频率
注意：该值在传输过程中不应该改变，但是可以在之前改变。
I2C_IFDR提供了一个可编程的预分频器，用于时钟配置以进行比特率选择，寄存器不会被软件重置。
寄存器IC位设置计算方法如下:
I2C的时钟源来源于IPG_CLK_ROOT=66Mhz
PLL2 = 528 MHz
PLL2_PFD2 = 528 MHz
IPG_CLK_ROOT = (PLL2_PFD2 / ahb_podf )/ ipg_podf = (528 MHz/4)/2 = 66Mhz
PER_CLK_ROOT = IPG_CLK_ROOT/perclk_podf = 66 MHz/1 = 66 MHz
设置I2C的波特率为100K， 因此当分频值=66000000/100000=660.
参考Table 31-3. I2C_IFDR Register Field Values 中只有640对应的0x15最接近
即寄存器IFDR的IC位设置为0X15
I2C Control Register (I2Cx_I2CR)
控制寄存器，偏移量为8h
bit 15-8为保留位即只读为0。
bit 7 为I2C使能位。（0 disable，1 enable）
bit 6 为I2C中断使能位。（0 disable，1 enable）
bit 5 为主/从模式选择位（0 slave mode，1 master mode ）
bit 4 为传输方向模式选择位 （0 receive mode，1 transmit mode）
bit 3为应答使能位 （0 ACK , 1 NO ACK）
bit 2 重复开始信号（0 no repeat start，1 Generates repeat start）
bit 0 保留位
I2C Status Register (I2Cx_I2SR)
状态寄存器，偏移量为Ch
bit 15-8为保留位即只读为0。
bit 7 数据传输状态位（0 传输中，1 传输完成）
bit 6 I2C地址是否为从标识（0 不表示，1 是从机地址）
bit 5 I2C总线忙状态标识位（0 空闲，1 忙 ）
bit 4 仲裁丢失位 （0 正常，1 仲裁丢失）
bit 3 保留位
bit 2从机读写标识位 （0 slave接收，主向从写 , 1 slave发送 主向从读）
bit 1 I2C中断（0无中断等待， 1有中断等待）
bit 0 应答信号标识位（0检测到ACK， 1检测到NO ACK）
I2C Data I/O Register (I2Cx_I2DR)
数据寄存器，偏移量为10h
bit 15-8为保留位即只读为0。
bit 7-1 数据字节
注意：在主接收模式下，读取数据寄存器允许发生读取并初始化下一个字节被接收。在从模式下，相同功能需要编址后生效。
低8位为有效数据位，发送数据时将数据写到这个寄存器中，如果要接收时直接读取该寄存器中的数据。
3. I2C控制器编程_框架
之前的所有铺垫都是为了实现I2C通讯，所以怎么用代码实现也是尤为关键的一个问题。
初始化
因为不使用中断服务函数模式，初始化代码非常简单，我们仅需要将I2CR(bit7) 置0后写入IFDR为0x15，设置波特率为100k。（具体计算方法参考 2. IMX6ULL的I2C控制器操作与寄存器介绍中关于分频寄存器），然后再使能I2C，将I2CR(bit7)置1 。
01 I2C_BASE->I2CR &= ~(1 << 7);
02 I2C_BASE->IFDR = 0x15;
03 I2C_BASE->I2CR |= (1<<7);
读写操作
下面是是I2C的读写标准流程，可能实际使用时根据需求略有异同。
写寄存器的标准流程如下图：
1.Master发起START
2.Master发送I2C addr（7bit）和w操作0（1bit），等待ACK
3.Slave发送ACK
4.Master发送reg addr（8bit），等待ACK
5.Slave发送ACK
6.Master发送data（8bit），即要写入寄存器中的数据，等待ACK
7.Slave发送ACK
8.第6步和第7步可以重复多次，即顺序写多个寄存器
9.Master发起STOP
读寄存器的标准流程如下图：
1.Master发送I2C addr（7bit）和w操作1（1bit），等待ACK
2.Slave发送ACK
3.Master发送reg addr（8bit），等待ACK
4.Slave发送ACK
5.Master发起RESTART
6.Master发送I2C addr（7bit）和r操作1（1bit），等待ACK
7.Slave发送ACK
8.Slave发送data（8bit），即寄存器里的值
9.Master发送ACK
10.第8步和第9步可以重复多次，即顺序读多个寄存器
11. Master发送NO ACK表示读取完成，从机也不用发送ACK
12. Master发送STOP
4. I2C控制器编程_中断
I2C控制器中和中断有关的寄存器如下：
IIEN :I2C_I2CR（bit6）(0 disable I2C interrupt ，1 enable I2C interrupt)
IIF:I2C_I2SR (bit1) （0 No I2C interrupt pending ， 1 An interrupt is pending）
即中断使能位，中断状态位。
编码中在传送完1byte后可以通过判断IIF状态来确认ACK和传输完成。当然作为从机时，收到自己的地址后也可以进入中断。