第23章 I2C—讀寫EEPROM
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本章參考資料：《STM32F4xx 中文參考手冊》、《STM32F4xx規格書》、庫幫助文檔《stm32f4xx_dsp_stdperiph_lib_um.chm》及《I2C總線協議》。
若對I2C通訊協議不了解，可先閱讀《I2C總線協議》文檔的內容學習。若想了解SMBUS，可閱讀《smbus20》文檔。
關於EEPROM存儲器，請參考"常用存儲器介紹"章節，實驗中的EEPROM，請參考其規格書《AT24C02》來了解。
23.1 I2C協議簡介
I2C 通訊協議(Inter－Integrated Circuit)是由Phiilps公司開發的，由於它引腳少，硬件實現簡單，可擴展性強，不需要USART、CAN等通訊協議的外部收發設備，現在被廣泛地使用在系統內多個集成電路(IC)間的通訊。
下面我們分別對I2C協議的物理層及協議層進行講解。
23.1.1 I2C物理層
I2C通訊設備之間的常用連接方式見圖 231。
圖 231 常見的I2C通訊系統
它的物理層有如下特點：
(1) 它是一個支持多設備的總線。"總線"指多個設備共用的信號線。在一個I2C通訊總線中，可連接多個I2C通訊設備，支持多個通訊主機及多個通訊從機。
(2) 一個I2C總線只使用兩條總線線路，一條雙向串行數據線(SDA) ，一條串行時鍾線 (SCL)。數據線即用來表示數據，時鍾線用於數據收發同步。
(3) 每個連接到總線的設備都有一個獨立的地址，主機可以利用這個地址進行不同設備之間的訪問。
(4) 總線通過上拉電阻接到電源。當I2C設備空閑時，會輸出高阻態，而當所有設備都空閑，都輸出高阻態時，由上拉電阻把總線拉成高電平。
(5) 多個主機同時使用總線時，為了防止數據沖突，會利用仲裁方式決定由哪個設備占用總線。
(6) 具有三種傳輸模式：標准模式傳輸速率為100kbit/s ，快速模式為400kbit/s ，高速模式下可達 3.4Mbit/s，但目前大多I2C設備尚不支持高速模式。
(7) 連接到相同總線的 IC 數量受到總線的最大電容 400pF 限制 。
23.1.2 協議層
I2C的協議定義了通訊的起始和停止信號、數據有效性、響應、仲裁、時鍾同步和地址廣播等環節。
1. I2C基本讀寫過程
先看看I2C通訊過程的基本結構，它的通訊過程見圖 232、圖 233及圖 234。
圖 232 主機寫數據到從機
圖 233 主機由從機中讀數據
圖 234 I2C通訊復合格式
圖例：
數據由主機傳輸至從機 S ： 傳輸開始信號
SLAVE_ADDRESS: 從機地址
數據由從機傳輸至主機 R/： 傳輸方向選擇位，1為讀，0為寫
A/ ： 應答(ACK)或非應答(NACK)信號
P ： 停止傳輸信號
這些圖表示的是主機和從機通訊時，SDA線的數據包序列。
其中S表示由主機的I2C接口產生的傳輸起始信號(S)，這時連接到I2C總線上的所有從機都會接收到這個信號。
起始信號產生后，所有從機就開始等待主機緊接下來廣播的從機地址信號 (SLAVE_ADDRESS)。在I2C總線上，每個設備的地址都是唯一的，當主機廣播的地址與某個設備地址相同時，這個設備就被選中了，沒被選中的設備將會忽略之后的數據信號。根據I2C協議，這個從機地址可以是7位或10位。
在地址位之后，是傳輸方向的選擇位，該位為0時，表示后面的數據傳輸方向是由主機傳輸至從機，即主機向從機寫數據。該位為1時，則相反，即主機由從機讀數據。
從機接收到匹配的地址后，主機或從機會返回一個應答(ACK)或非應答(NACK)信號，只有接收到應答信號后，主機才能繼續發送或接收數據。
若配置的方向傳輸位為"寫數據"方向，即第一幅圖的情況，廣播完地址，接收到應答信號后，主機開始正式向從機傳輸數據(DATA)，數據包的大小為8位，主機每發送完一個字節數據，都要等待從機的應答信號(ACK)，重復這個過程，可以向從機傳輸N個數據，這個N沒有大小限制。當數據傳輸結束時，主機向從機發送一個停止傳輸信號(P)，表示不再傳輸數據。
若配置的方向傳輸位為"讀數據"方向，即第二幅圖的情況，廣播完地址，接收到應答信號后，從機開始向主機返回數據(DATA)，數據包大小也為8位，從機每發送完一個數據，都會等待主機的應答信號(ACK)，重復這個過程，可以返回N個數據，這個N也沒有大小限制。當主機希望停止接收數據時，就向從機返回一個非應答信號(NACK)，則從機自動停止數據傳輸。
除了基本的讀寫，I2C通訊更常用的是復合格式，即第三幅圖的情況，該傳輸過程有兩次起始信號(S)。一般在第一次傳輸中，主機通過 SLAVE_ADDRESS尋找到從設備后，發送一段"數據"，這段數據通常用於表示從設備內部的寄存器或存儲器地址(注意區分它與SLAVE_ADDRESS的區別)；在第二次的傳輸中，對該地址的內容進行讀或寫。也就是說，第一次通訊是告訴從機讀寫地址，第二次則是讀寫的實際內容。
以上通訊流程中包含的各個信號分解如下：
1. 通訊的起始和停止信號
前文中提到的起始(S)和停止(P)信號是兩種特殊的狀態，見圖 235。當 SCL 線是高電平時 SDA 線從高電平向低電平切換，這個情況表示通訊的起始。當 SCL 是高電平時 SDA 線由低電平向高電平切換，表示通訊的停止。起始和停止信號一般由主機產生。
圖 235 起始和停止信號
2. 數據有效性
I2C使用SDA信號線來傳輸數據，使用SCL信號線進行數據同步。見圖 236。SDA數據線在SCL的每個時鍾周期傳輸一位數據。傳輸時，SCL為高電平的時候SDA表示的數據有效，即此時的SDA為高電平時表示數據"1"，為低電平時表示數據"0"。當SCL為低電平時，SDA的數據無效，一般在這個時候SDA進行電平切換，為下一次表示數據做好准備。
圖 236 數據有效性
每次數據傳輸都以字節為單位，每次傳輸的字節數不受限制。
3. 地址及數據方向
I2C總線上的每個設備都有自己的獨立地址，主機發起通訊時，通過SDA信號線發送設備地址(SLAVE_ADDRESS)來查找從機。I2C協議規定設備地址可以是7位或10位，實際中7位的地址應用比較廣泛。緊跟設備地址的一個數據位用來表示數據傳輸方向，它是數據方向位(R/)，第8位或第11位。數據方向位為"1"時表示主機由從機讀數據，該位為"0"時表示主機向從機寫數據。見圖 237。
圖 237 設備地址(7位)及數據傳輸方向
讀數據方向時，主機會釋放對SDA信號線的控制，由從機控制SDA信號線，主機接收信號，寫數據方向時，SDA由主機控制，從機接收信號。
4. 響應
I2C的數據和地址傳輸都帶響應。響應包括"應答(ACK)"和"非應答(NACK)"兩種信號。作為數據接收端時，當設備(無論主從機)接收到I2C傳輸的一個字節數據或地址后，若希望對方繼續發送數據，則需要向對方發送"應答(ACK)"信號，發送方會繼續發送下一個數據；若接收端希望結束數據傳輸，則向對方發送"非應答(NACK)"信號，發送方接收到該信號后會產生一個停止信號，結束信號傳輸。見圖 238。
圖 238 響應與非響應信號
傳輸時主機產生時鍾，在第9個時鍾時，數據發送端會釋放SDA的控制權，由數據接收端控制SDA，若SDA為高電平，表示非應答信號(NACK)，低電平表示應答信號(ACK)。
23.2 STM32的I2C特性及架構
如果我們直接控制STM32的兩個GPIO引腳，分別用作SCL及SDA，按照上述信號的時序要求，直接像控制LED燈那樣控制引腳的輸出(若是接收數據時則讀取SDA電平)，就可以實現I2C通訊。同樣，假如我們按照USART的要求去控制引腳，也能實現USART通訊。所以只要遵守協議，就是標准的通訊，不管您如何實現它，不管是ST生產的控制器還是ATMEL生產的存儲器，都能按通訊標准交互。
由於直接控制GPIO引腳電平產生通訊時序時，需要由CPU控制每個時刻的引腳狀態，所以稱之為"軟件模擬協議"方式。
相對地，還有"硬件協議"方式，STM32的I2C片上外設專門負責實現I2C通訊協議，只要配置好該外設，它就會自動根據協議要求產生通訊信號，收發數據並緩存起來，CPU只要檢測該外設的狀態和訪問數據寄存器，就能完成數據收發。這種由硬件外設處理I2C協議的方式減輕了CPU的工作，且使軟件設計更加簡單。
23.2.1 STM32的I2C外設簡介
STM32的I2C外設可用作通訊的主機及從機，支持100Kbit/s和400Kbit/s的速率，支持7位、10位設備地址，支持DMA數據傳輸，並具有數據校驗功能。它的I2C外設還支持SMBus2.0協議，SMBus協議與I2C類似，主要應用於筆記本電腦的電池管理中，本教程不展開，感興趣的讀者可參考《SMBus20》文檔了解。
23.2.2 STM32的I2C架構剖析
圖 239 I2C架構圖
1. 通訊引腳
I2C的所有硬件架構都是根據圖中左側SCL線和SDA線展開的(其中的SMBA線用於SMBUS的警告信號，I2C通訊沒有使用)。STM32芯片有多個I2C外設，它們的I2C通訊信號引出到不同的GPIO引腳上，使用時必須配置到這些指定的引腳，見表 231。關於GPIO引腳的復用功能，可查閱《STM32F4xx規格書》，以它為准。
表 231 STM32F4xx的I2C引腳(整理自《STM32F4xx規格書》)
| 引腳 |
I2C編號 |
||
| I2C1 |
I2C2 |
I2C3 |
|
| SCL |
PB6/PB10 |
PH4/PF1/PB10 |
PH7/PA8 |
| SDA |
PB7/PB9 |
PH5/PF0/PB11 |
PH8/PC9 |
2. 時鍾控制邏輯
SCL線的時鍾信號，由I2C接口根據時鍾控制寄存器(CCR)控制，控制的參數主要為時鍾頻率。配置I2C的CCR寄存器可修改通訊速率相關的參數：
可選擇I2C通訊的"標准/快速"模式，這兩個模式分別I2C對應100/400Kbit/s的通訊速率。
在快速模式下可選擇SCL時鍾的占空比，可選Tlow/Thigh=2或Tlow/Thigh=16/9模式，我們知道I2C協議在SCL高電平時對SDA信號采樣，SCL低電平時SDA准備下一個數據，修改SCL的高低電平比會影響數據采樣，但其實這兩個模式的比例差別並不大，若不是要求非常嚴格，這里隨便選就可以了。
CCR寄存器中還有一個12位的配置因子CCR，它與I2C外設的輸入時鍾源共同作用，產生SCL時鍾，STM32的I2C外設都掛載在APB1總線上，使用APB1的時鍾源PCLK1，SCL信號線的輸出時鍾公式如下：
標准模式：
Thigh=CCR*TPCKL1 Tlow = CCR*TPCLK1
快速模式中Tlow/Thigh=2時：
Thigh = CCR*TPCKL1 Tlow = 2*CCR*TPCKL1
快速模式中Tlow/Thigh=16/9時：
Thigh = 9*CCR*TPCKL1 Tlow = 16*CCR*TPCKL1
例如，我們的PCLK1=45MHz，想要配置400Kbit/s的速率，計算方式如下：
PCLK時鍾周期： TPCLK1 = 1/45000000
目標SCL時鍾周期： TSCL = 1/400000
SCL時鍾周期內的高電平時間： THIGH = TSCL/3
SCL時鍾周期內的低電平時間： TLOW = 2*TSCL/3
計算CCR的值： CCR = THIGH/TPCLK1 = 37.5
計算結果為小數，而CCR寄存器是無法配置小數參數的，所以我們只能把CCR取值為38，這樣I2C的SCL實際頻率無法達到400KHz (約為394736Hz)。要想它實際頻率達到400KHz，需要修改STM32的系統時鍾，把PCLK1時鍾頻率改成10的倍數才可以，但修改PCKL時鍾影響很多外設，所以一般我們不會修改它。SCL的實際頻率不達到400KHz，除了通訊稍慢一點以外，不會對I2C的標准通訊造成其它影響
3. 數據控制邏輯
I2C的SDA信號主要連接到數據移位寄存器上，數據移位寄存器的數據來源及目標是數據寄存器(DR)、地址寄存器(OAR)、PEC寄存器以及SDA數據線。當向外發送數據的時候，數據移位寄存器以"數據寄存器"為數據源，把數據一位一位地通過SDA信號線發送出去；當從外部接收數據的時候，數據移位寄存器把SDA信號線采樣到的數據一位一位地存儲到"數據寄存器"中。若使能了數據校驗，接收到的數據會經過PCE計算器運算，運算結果存儲在"PEC寄存器"中。當STM32的I2C工作在從機模式的時候，接收到設備地址信號時，數據移位寄存器會把接收到的地址與STM32的自身的"I2C地址寄存器"的值作比較，以便響應主機的尋址。STM32的自身I2C地址可通過修改"自身地址寄存器"修改，支持同時使用兩個I2C設備地址，兩個地址分別存儲在OAR1和OAR2中。
4. 整體控制邏輯
整體控制邏輯負責協調整個I2C外設，控制邏輯的工作模式根據我們配置的"控制寄存器(CR1/CR2)"的參數而改變。在外設工作時，控制邏輯會根據外設的工作狀態修改"狀態寄存器(SR1和SR2)"，我們只要讀取這些寄存器相關的寄存器位，就可以了解I2C的工作狀態了。除此之外，控制邏輯還根據要求，負責控制產生I2C中斷信號、DMA請求及各種I2C的通訊信號(起始、停止、響應信號等)。
23.2.3 通訊過程
使用I2C外設通訊時，在通訊的不同階段它會對"狀態寄存器(SR1及SR2)"的不同數據位寫入參數，我們通過讀取這些寄存器標志來了解通訊狀態。
1. 主發送器
見圖 2310。圖中的是"主發送器"流程，即作為I2C通訊的主機端時，向外發送數據時的過程。
圖 2310 主發送器通訊過程
主發送器發送流程及事件說明如下：
(1) 控制產生起始信號(S)，當發生起始信號后，它產生事件"EV5"，並會對SR1寄存器的"SB"位置1，表示起始信號已經發送；
(2) 緊接着發送設備地址並等待應答信號，若有從機應答，則產生事件"EV6"及"EV8"，這時SR1寄存器的"ADDR"位及"TXE"位被置1，ADDR 為1表示地址已經發送，TXE為1表示數據寄存器為空；
(3) 以上步驟正常執行並對ADDR位清零后，我們往I2C的"數據寄存器DR"寫入要發送的數據，這時TXE位會被重置0，表示數據寄存器非空，I2C外設通過SDA信號線一位位把數據發送出去后，又會產生"EV8"事件，即TXE位被置1，重復這個過程，就可以發送多個字節數據了；
(4) 當我們發送數據完成后，控制I2C設備產生一個停止信號(P)，這個時候會產生EV2事件，SR1的TXE位及BTF位都被置1，表示通訊結束。
假如我們使能了I2C中斷，以上所有事件產生時，都會產生I2C中斷信號，進入同一個中斷服務函數，到I2C中斷服務程序后，再通過檢查寄存器位來了解是哪一個事件。
2. 主接收器
再來分析主接收器過程，即作為I2C通訊的主機端時，從外部接收數據的過程，見圖 2311。
圖 2311 主接收器過程
主接收器接收流程及事件說明如下：
(1) 同主發送流程，起始信號(S)是由主機端產生的，控制發生起始信號后，它產生事件"EV5"，並會對SR1寄存器的"SB"位置1，表示起始信號已經發送；
(2) 緊接着發送設備地址並等待應答信號，若有從機應答，則產生事件"EV6"這時SR1寄存器的"ADDR"位被置1，表示地址已經發送。
(3) 從機端接收到地址后，開始向主機端發送數據。當主機接收到這些數據后，會產生"EV7"事件，SR1寄存器的RXNE被置1，表示接收數據寄存器非空，我們讀取該寄存器后，可對數據寄存器清空，以便接收下一次數據。此時我們可以控制I2C發送應答信號(ACK)或非應答信號(NACK)，若應答，則重復以上步驟接收數據，若非應答，則停止傳輸；
(4) 發送非應答信號后，產生停止信號(P)，結束傳輸。
在發送和接收過程中，有的事件不只是標志了我們上面提到的狀態位，還可能同時標志主機狀態之類的狀態位，而且讀了之后還需要清除標志位，比較復雜。我們可使用STM32標准庫函數來直接檢測這些事件的復合標志，降低編程難度。
23.3 I2C初始化結構體詳解
跟其它外設一樣，STM32標准庫提供了I2C初始化結構體及初始化函數來配置I2C外設。初始化結構體及函數定義在庫文件"stm32f4xx_i2c.h"及"stm32f4xx_i2c.c"中，編程時我們可以結合這兩個文件內的注釋使用或參考庫幫助文檔。了解初始化結構體后我們就能對I2C外設運用自如了，見代碼清單 231。
代碼清單 231 I2C初始化結構體
1 typedef struct {
2 uint32_t I2C_ClockSpeed; /*!< 設置SCL時鍾頻率，此值要低於40 0000*/
3 uint16_t I2C_Mode; /*!< 指定工作模式，可選I2C模式及SMBUS模式 */
4 uint16_t I2C_DutyCycle; /*指定時鍾占空比，可選low/high = 2:1及16:9模式*/
5 uint16_t I2C_OwnAddress1; /*!< 指定自身的I2C設備地址 */
6 uint16_t I2C_Ack; /*!< 使能或關閉響應(一般都要使能) */
7 uint16_t I2C_AcknowledgedAddress; /*!< 指定地址的長度，可為7位及10位 */
8 } I2C_InitTypeDef;
這些結構體成員說明如下，其中括號內的文字是對應參數在STM32標准庫中定義的宏：
(1) I2C_ClockSpeed
本成員設置的是I2C的傳輸速率，在調用初始化函數時，函數會根據我們輸入的數值經過運算后把時鍾因子寫入到I2C的時鍾控制寄存器CCR。而我們寫入的這個參數值不得高於400KHz。實際上由於CCR寄存器不能寫入小數類型的時鍾因子，影響到SCL的實際頻率可能會低於本成員設置的參數值，這時除了通訊稍慢一點以外，不會對I2C的標准通訊造成其它影響。
(2) I2C_Mode
本成員是選擇I2C的使用方式，有I2C模式(I2C_Mode_I2C )和SMBus主、從模式(I2C_Mode_SMBusHost、 I2C_Mode_SMBusDevice ) 。I2C不需要在此處區分主從模式，直接設置I2C_Mode_I2C即可。
(3) I2C_DutyCycle
本成員設置的是I2C的SCL線時鍾的占空比。該配置有兩個選擇，分別為低電平時間比高電平時間為2：1 ( I2C_DutyCycle_2)和16：9 (I2C_DutyCycle_16_9)。其實這兩個模式的比例差別並不大，一般要求都不會如此嚴格，這里隨便選就可以了。
(4) I2C_OwnAddress1
本成員配置的是STM32的I2C設備自己的地址，每個連接到I2C總線上的設備都要有一個自己的地址，作為主機也不例外。地址可設置為7位或10位(受下面I2C_AcknowledgeAddress成員決定)，只要該地址是I2C總線上唯一的即可。
STM32的I2C外設可同時使用兩個地址，即同時對兩個地址作出響應，這個結構成員I2C_OwnAddress1配置的是默認的、OAR1寄存器存儲的地址，若需要設置第二個地址寄存器OAR2，可使用I2C_OwnAddress2Config函數來配置，OAR2不支持10位地址。
(5) I2C_Ack_Enable
本成員是關於I2C應答設置，設置為使能則可以發送響應信號。該成員值一般配置為允許應答(I2C_Ack_Enable)，這是絕大多數遵循I2C標准的設備的通訊要求，改為禁止應答(I2C_Ack_Disable)往往會導致通訊錯誤。
(6) I2C_AcknowledgeAddress
本成員選擇I2C的尋址模式是7位還是10位地址。這需要根據實際連接到I2C總線上設備的地址進行選擇，這個成員的配置也影響到I2C_OwnAddress1成員，只有這里設置成10位模式時，I2C_OwnAddress1才支持10位地址。
配置完這些結構體成員值，調用庫函數I2C_Init即可把結構體的配置寫入到寄存器中。
23.4 I2C—讀寫EEPROM實驗
EEPROM是一種掉電后數據不丟失的存儲器，常用來存儲一些配置信息，以便系統重新上電的時候加載之。EEPOM芯片最常用的通訊方式就是I2C協議，本小節以EEPROM的讀寫實驗為大家講解STM32的I2C使用方法。實驗中STM32的I2C外設采用主模式，分別用作主發送器和主接收器，通過查詢事件的方式來確保正常通訊。
23.4.1 硬件設計
圖 2312 EEPROM硬件連接圖
本實驗板中的EEPROM芯片(型號：AT24C02)的SCL及SDA引腳連接到了STM32對應的I2C引腳中，結合上拉電阻，構成了I2C通訊總線，它們通過I2C總線交互。EEPROM芯片的設備地址一共有7位，其中高4位固定為：1010 b，低3位則由A0/A1/A2信號線的電平決定，見圖 2313，圖中的R/W是讀寫方向位，與地址無關。
圖 2313 EEPROM設備地址(摘自《AT24C02》規格書)
按照我們此處的連接，A0/A1/A2均為0，所以EEPROM的7位設備地址是：101 0000b ，即0x50。由於I2C通訊時常常是地址跟讀寫方向連在一起構成一個8位數，且當R/W位為0時，表示寫方向，所以加上7位地址，其值為"0xA0"，常稱該值為I2C設備的"寫地址"；當R/W位為1時，表示讀方向，加上7位地址，其值為"0xA1"，常稱該值為"讀地址"。
EEPROM芯片中還有一個WP引腳，具有寫保護功能，當該引腳電平為高時，禁止寫入數據，當引腳為低電平時，可寫入數據，我們直接接地，不使用寫保護功能。
關於EEPROM的更多信息，可參考其數據手冊《AT24C02》來了解。若您使用的實驗板EEPROM的型號、設備地址或控制引腳不一樣，只需根據我們的工程修改即可，程序的控制原理相同。
23.4.2 軟件設計
為了使工程更加有條理，我們把讀寫EEPROM相關的代碼獨立分開存儲，方便以后移植。在"工程模板"之上新建"bsp_i2c_ee.c"及"bsp_i2c_ee.h"文件，這些文件也可根據您的喜好命名，它們不屬於STM32標准庫的內容，是由我們自己根據應用需要編寫的。
1. 編程要點
(1) 配置通訊使用的目標引腳為開漏模式；
(2) 使能I2C外設的時鍾；
(3) 配置I2C外設的模式、地址、速率等參數並使能I2C外設；
(4) 編寫基本I2C按字節收發的函數；
(5) 編寫讀寫EEPROM存儲內容的函數；
(6) 編寫測試程序，對讀寫數據進行校驗。
2. 代碼分析
I2C硬件相關宏定義
我們把I2C硬件相關的配置都以宏的形式定義到"bsp_i2c_ee.h"文件中，見代碼清單 232。
代碼清單 232 I2C硬件配置相關的宏
2 /* STM32 I2C 速率 */
3 #define I2C_Speed 400000
4
5 /* STM32自身的I2C地址，這個地址只要與STM32外掛的I2C器件地址不一樣即可 */
6 #define I2C_OWN_ADDRESS7 0X0A
7
8 /*I2C接口*/
9 #define EEPROM_I2C I2C1
10 #define EEPROM_I2C_CLK RCC_APB1Periph_I2C1
11
12 #define EEPROM_I2C_SCL_PIN GPIO_Pin_6
13 #define EEPROM_I2C_SCL_GPIO_PORT GPIOB
14 #define EEPROM_I2C_SCL_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB
15 #define EEPROM_I2C_SCL_SOURCE GPIO_PinSource6
16 #define EEPROM_I2C_SCL_AF GPIO_AF_I2C1
17
18 #define EEPROM_I2C_SDA_PIN GPIO_Pin_7
19 #define EEPROM_I2C_SDA_GPIO_PORT GPIOB
20 #define EEPROM_I2C_SDA_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB
21 #define EEPROM_I2C_SDA_SOURCE GPIO_PinSource7
22 #define EEPROM_I2C_SDA_AF GPIO_AF_I2C1
以上代碼根據硬件連接，把與EEPROM通訊使用的I2C號、引腳號、引腳源以及復用功能映射都以宏封裝起來，並且定義了自身的I2C地址及通訊速率，以便配置模式的時候使用。
初始化I2C的 GPIO
利用上面的宏，編寫I2C GPIO引腳的初始化函數，見代碼清單 122。
代碼清單 233 I2C初始化函數
2 /**
3 * @brief I2C1 I/O配置
4 * @param 無
5 * @retval 無
6 */
7 static void I2C_GPIO_Config(void)
8 {
9 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
10
11 /*使能I2C外設時鍾 */
12 RCC_APB1PeriphClockCmd(EEPROM_I2C_CLK, ENABLE);
13
14 /*使能I2C引腳的GPIO時鍾*/
15 RCC_AHB1PeriphClockCmd(EEPROM_I2C_SCL_GPIO_CLK |
16 EEPROM_I2C_SDA_GPIO_CLK, ENABLE);
17
18 /* 連接引腳源 PXx 到 I2C_SCL*/
19 GPIO_PinAFConfig(EEPROM_I2C_SCL_GPIO_PORT, EEPROM_I2C_SCL_SOURCE,
20 EEPROM_I2C_SCL_AF);
21 /* 連接引腳源 PXx 到 to I2C_SDA*/
22 GPIO_PinAFConfig(EEPROM_I2C_SDA_GPIO_PORT, EEPROM_I2C_SDA_SOURCE,
23 EEPROM_I2C_SDA_AF);
24
25 /*配置 SCL引腳 */
26 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = EEPROM_I2C_SCL_PIN;
27 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
28 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
29 GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;
30 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
31 GPIO_Init(EEPROM_I2C_SCL_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
32
33 /*配置 SDA引腳 */
34 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = EEPROM_I2C_SDA_PIN;
35 GPIO_Init(EEPROM_I2C_SDA_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
36 }
同為外設使用的GPIO引腳初始化，初始化的流程與"串口初始化函數"章節中的類似，主要區別是引腳的模式。函數執行流程如下：
(1) 使用GPIO_InitTypeDef定義GPIO初始化結構體變量，以便下面用於存儲GPIO配置；
(2) 調用庫函數RCC_APB1PeriphClockCmd使能I2C外設時鍾，調用RCC_AHB1PeriphClockCmd來使能I2C引腳使用的GPIO端口時鍾，調用時我們使用"|"操作同時配置兩個引腳。
(3) 向GPIO初始化結構體賦值，把引腳初始化成復用開漏模式，要注意I2C的引腳必須使用這種模式。
(4) 使用以上初始化結構體的配置，調用GPIO_Init函數向寄存器寫入參數，完成GPIO的初始化。
配置I2C的模式
以上只是配置了I2C使用的引腳，還不算對I2C模式的配置，見代碼清單 234。
代碼清單 234 配置I2C模式
2 /**
3 * @brief I2C 工作模式配置
4 * @param 無
5 * @retval 無
6 */
7 static void I2C_Mode_Config(void)
8 {
9 I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
10
11 /* I2C 配置 */
12 /*I2C模式*/
13 I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;
14 /*占空比*/
15 I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;
16 /*I2C自身地址*/
17 I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 =I2C_OWN_ADDRESS7;
18 /*使能響應*/
19 I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable ;
20 /* I2C的尋址模式 */
21 I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;
22 /* 通信速率 */
23 I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = I2C_Speed;
24 /*寫入配置*/
25 I2C_Init(EEPROM_I2C, &I2C_InitStructure);
26 /* 使能 I2C */
27 I2C_Cmd(EEPROM_I2C, ENABLE);
28 }
29
30 /**
31 * @brief I2C 外設初始化
32 * @param 無
33 * @retval 無
34 */
35 void I2C_EE_Init(void)
36 {
37 I2C_GPIO_Config();
38
39 I2C_Mode_Config();
40 }
熟悉STM32 I2C結構的話，這段初始化程序就十分好理解了，它把I2C外設通訊時鍾SCL的低/高電平比設置為2，使能響應功能，使用7位地址I2C_OWN_ADDRESS7以及速率配置為I2C_Speed(前面在bsp_i2c_ee.h定義的宏)。最后調用庫函數I2C_Init把這些配置寫入寄存器，並調用I2C_Cmd函數使能外設。
為方便調用，我們把I2C的GPIO及模式配置都用I2C_EE_Init函數封裝起來。
向EEPROM寫入一個字節的數據
初始化好I2C外設后，就可以使用I2C通訊了，我們看看如何向EEPROM寫入一個字節的數據，見代碼清單 235。
代碼清單 235 向EEPROM寫入一個字節的數據
1
2 /***************************************************************/
3 /*通訊等待超時時間*/
4 #define I2CT_FLAG_TIMEOUT ((uint32_t)0x1000)
5 #define I2CT_LONG_TIMEOUT ((uint32_t)(10 * I2CT_FLAG_TIMEOUT))
6
7 /**
8 * @brief I2C等待事件超時的情況下會調用這個函數來處理
9 * @param errorCode：錯誤代碼，可以用來定位是哪個環節出錯.
10 * @retval 返回0，表示IIC讀取失敗.
11 */
12 static uint32_t I2C_TIMEOUT_UserCallback(uint8_t errorCode)
13 {
14 /* 使用串口printf輸出錯誤信息，方便調試 */
15 EEPROM_ERROR("I2C 等待超時!errorCode = %d",errorCode);
16 return 0;
17 }
18 /**
19 * @brief 寫一個字節到I2C EEPROM中
20 * @param pBuffer:緩沖區指針
21 * @param WriteAddr:寫地址
22 * @retval 正常返回1，異常返回0
23 */
24 uint32_t I2C_EE_ByteWrite(u8* pBuffer, u8 WriteAddr)
25 {
26 /* 產生I2C起始信號 */
27 I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C, ENABLE);
28
29 /*設置超時等待時間*/
30 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
31 /* 檢測 EV5 事件並清除標志*/
32 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))
33 {
34 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(0);
35 }
36
37 /* 發送EEPROM設備地址 */
38 I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C, EEPROM_ADDRESS,
39 I2C_Direction_Transmitter);
40
41 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
42 /* 檢測 EV6 事件並清除標志*/
43 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,
44 I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED))
45 {
46 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(1);
47 }
48
49 /* 發送要寫入的EEPROM內部地址(即EEPROM內部存儲器的地址) */
50 I2C_SendData(EEPROM_I2C, WriteAddr);
51
52 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
53 /* 檢測 EV8 事件並清除標志*/
54 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,
55 I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))
56 {
57 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(2);
58 }
59 /* 發送一字節要寫入的數據 */
60 I2C_SendData(EEPROM_I2C, *pBuffer);
61
62 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
63 /* 檢測 EV8 事件並清除標志*/
64 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,
65 I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))
66 {
67 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(3);
68 }
69
70 /* 發送停止信號 */
71 I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2C, ENABLE);
72
73 return 1;
74 }
先來分析I2C_TIMEOUT_UserCallback函數，它的函數體里只調用了宏EEPROM_ERROR，這個宏封裝了printf函數，方便使用串口向上位機打印調試信息。在I2C通訊的很多過程，都需要檢測事件，當檢測到某事件后才能繼續下一步的操作，但有時通訊錯誤或者I2C總線被占用，我們不能無休止地等待下去，所以我們設定每個事件檢測都有等待的時間上限，若超過這個時間，我們就調用I2C_TIMEOUT_UserCallback函數輸出調試信息(或可以自己加其它操作)，並終止I2C通訊。
了解了這個機制，再來分析I2C_EE_ByteWrite函數，這個函數實現了前面講的I2C主發送器通訊流程：
(1) 使用庫函數I2C_GenerateSTART產生I2C起始信號，其中的EEPROM_I2C宏是前面硬件定義相關的I2C編號；
(2) 對I2CTimeout變量賦值為宏I2CT_FLAG_TIMEOUT，這個I2CTimeout變量在下面的while循環中每次循環減1，該循環通過調用庫函數I2C_CheckEvent檢測事件，若檢測到事件，則進入通訊的下一階段，若未檢測到事件則停留在此處一直檢測，當檢測I2CT_FLAG_TIMEOUT次都還沒等待到事件則認為通訊失敗，調用前面的I2C_TIMEOUT_UserCallback輸出調試信息，並退出通訊；
(3) 調用庫函數I2C_Send7bitAddress發送EEPROM的設備地址，並把數據傳輸方向設置為I2C_Direction_Transmitter(即發送方向)，這個數據傳輸方向就是通過設置I2C通訊中緊跟地址后面的R/W位實現的。發送地址后以同樣的方式檢測EV6標志；
(4) 調用庫函數I2C_SendData向EEPROM發送要寫入的內部地址，該地址是I2C_EE_ByteWrite函數的輸入參數，發送完畢后等待EV8事件。要注意這個內部地址跟上面的EEPROM地址不一樣，上面的是指I2C總線設備的獨立地址，而此處的內部地址是指EEPROM內數據組織的地址，也可理解為EEPROM內存的地址或I2C設備的寄存器地址；
(5) 調用庫函數I2C_SendData向EEPROM發送要寫入的數據，該數據是I2C_EE_ByteWrite函數的輸入參數，發送完畢后等待EV8事件；
(6) 一個I2C通訊過程完畢，調用I2C_GenerateSTOP發送停止信號。
在這個通訊過程中，STM32實際上通過I2C向EEPROM發送了兩個數據，但為何第一個數據被解釋為EEPROM的內存地址？這是由EEPROM的自己定義的單字節寫入時序，見圖 2314。
圖 2314 EEPROM單字節寫入時序(摘自《AT24C02》規格書)
EEPROM的單字節時序規定，向它寫入數據的時候，第一個字節為內存地址，第二個字節是要寫入的數據內容。所以我們需要理解：命令、地址的本質都是數據，對數據的解釋不同，它就有了不同的功能。
多字節寫入及狀態等待
單字節寫入通訊結束后，EEPROM芯片會根據這個通訊結果擦寫該內存地址的內容，這需要一段時間，所以我們在多次寫入數據時，要先等待EEPROM內部擦寫完畢。多個數據寫入過程見代碼清單 236。
代碼清單 236 多字節寫入
1 /**
2 * @brief 將緩沖區中的數據寫到I2C EEPROM中，采用單字節寫入的方式，
3 速度比頁寫入慢
4 * @param pBuffer:緩沖區指針
5 * @param WriteAddr:寫地址
6 * @param NumByteToWrite:寫的字節數
7 * @retval 無
8 */
9 uint8_t I2C_EE_ByetsWrite(uint8_t* pBuffer,uint8_t WriteAddr,
10 uint16_t NumByteToWrite)
11 {
12 uint16_t i;
13 uint8_t res;
14
15 /*每寫一個字節調用一次I2C_EE_ByteWrite函數*/
16 for (i=0; i<NumByteToWrite; i++)
17 {
18 /*等待EEPROM准備完畢*/
19 I2C_EE_WaitEepromStandbyState();
20 /*按字節寫入數據*/
21 res = I2C_EE_ByteWrite(pBuffer++,WriteAddr++);
22 }
23 return res;
24 }
這段代碼比較簡單，直接使用for循環調用前面定義的I2C_EE_ByteWrite函數一個字節一個字節地向EEPROM發送要寫入的數據。在每次數據寫入通訊前調用了I2C_EE_WaitEepromStandbyState函數等待EEPROM內部擦寫完畢，該函數的定義見代碼清單 237。
代碼清單 237 等待EEPROM處於准備狀態
1 //等待Standby狀態的最大次數
2 #define MAX_TRIAL_NUMBER 300
3 /**
4 * @brief 等待EEPROM到准備狀態
5 * @param 無
6 * @retval 正常返回1，異常返回0
7 */
8 static uint8_t I2C_EE_WaitEepromStandbyState(void)
9 {
10 __IO uint16_t tmpSR1 = 0;
11 __IO uint32_t EETrials = 0;
12
13 /*總線忙時等待 */
14 I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;
15 while (I2C_GetFlagStatus(EEPROM_I2C, I2C_FLAG_BUSY))
16 {
17 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(20);
18 }
19
20 /* 等待從機應答，最多等待300次 */
21 while (1)
22 {
23 /*開始信號 */
24 I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C, ENABLE);
25
26 /* 檢測 EV5 事件並清除標志*/
27 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
28 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))
29 {
30 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(21);
31 }
32
33 /* 發送EEPROM設備地址 */
34 I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C,EEPROM_ADDRESS,I2C_Direction_Transmitter);
35
36 /* 等待ADDR標志 */
37 I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;
38 do
39 {
40 /* 獲取SR1寄存器狀態 */
41 tmpSR1 = EEPROM_I2C->SR1;
42
43 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(22);
44 }
45 /* 一直等待直到addr及af標志為1 */
46 while ((tmpSR1 & (I2C_SR1_ADDR | I2C_SR1_AF)) == 0);
47
48 /*檢查addr標志是否為1 */
49 if (tmpSR1 & I2C_SR1_ADDR)
50 {
51 /* 清除addr標志該標志通過讀SR1及SR2清除 */
52 (void)EEPROM_I2C->SR2;
53
54 /*產生停止信號 */
55 I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2C, ENABLE);
56
57 /* 退出函數 */
58 return 1;
59 }
60 else
61 {
62 /*清除af標志 */
63 I2C_ClearFlag(EEPROM_I2C, I2C_FLAG_AF);
64 }
65
66 /*檢查等待次數*/
67 if (EETrials++ == MAX_TRIAL_NUMBER)
68 {
69 /* 等待MAX_TRIAL_NUMBER次都還沒准備好，退出等待 */
70 return I2C_TIMEOUT_UserCallback(23);
71 }
72 }
73 }
這個函數主要實現是向EEPROM發送它設備地址，檢測EEPROM的響應，若EEPROM接收到地址后返回應答信號，則表示EEPROM已經准備好，可以開始下一次通訊。函數中檢測響應是通過讀取STM32的SR1寄存器的ADDR位及AF位來實現的，當I2C設備響應了地址的時候，ADDR會置1，若應答失敗，AF位會置1。
EEPROM的頁寫入
在以上的數據通訊中，每寫入一個數據都需要向EEPROM發送寫入的地址，我們希望向連續地址寫入多個數據的時候，只要告訴EEPROM第一個內存地址address1，后面的數據按次序寫入到address2、address3… 這樣可以節省通訊的內容，加快速度。為應對這種需求，EEPROM定義了一種頁寫入時序，見圖 2315。
圖 2315 EEPROM頁寫入時序(摘自《AT24C02》規格書)
根據頁寫入時序，第一個數據被解釋為要寫入的內存地址address1，后續可連續發送n個數據，這些數據會依次寫入到內存中。其中AT24C02型號的芯片頁寫入時序最多可以一次發送8個數據(即n = 8 )，該值也稱為頁大小，某些型號的芯片每個頁寫入時序最多可傳輸16個數據。EEPROM的頁寫入代碼實現見代碼清單 238。
代碼清單 238 EEPROM的頁寫入
1
2 /**
3 * @brief 在EEPROM的一個寫循環中可以寫多個字節，但一次寫入的字節數
4 * 不能超過EEPROM頁的大小，AT24C02每頁有8個字節
5 * @param
6 * @param pBuffer:緩沖區指針
7 * @param WriteAddr:寫地址
8 * @param NumByteToWrite:要寫的字節數要求NumByToWrite小於頁大小
9 * @retval 正常返回1，異常返回0
10 */
11 uint8_t I2C_EE_PageWrite(uint8_t* pBuffer, uint8_t WriteAddr,
12 uint8_t NumByteToWrite)
13 {
14 I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;
15
16 while (I2C_GetFlagStatus(EEPROM_I2C, I2C_FLAG_BUSY))
17 {
18 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(4);
19 }
20
21 /* 產生I2C起始信號 */
22 I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C, ENABLE);
23
24 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
25
26 /* 檢測 EV5 事件並清除標志 */
27 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))
28 {
29 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(5);
30 }
31
32 /* 發送EEPROM設備地址 */
33 I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C,EEPROM_ADDRESS,I2C_Direction_Transmitter);
34
35 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
36
37 /* 檢測 EV6 事件並清除標志*/
38 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,
39 I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED))
40 {
41 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(6);
42 }
43 /* 發送要寫入的EEPROM內部地址(即EEPROM內部存儲器的地址) */
44 I2C_SendData(EEPROM_I2C, WriteAddr);
45
46 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
47
48 /* 檢測 EV8 事件並清除標志*/
49 while (! I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))
50 {
51 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(7);
52 }
53 /* 循環發送NumByteToWrite個數據 */
54 while (NumByteToWrite--)
55 {
56 /* 發送緩沖區中的數據 */
57 I2C_SendData(EEPROM_I2C, *pBuffer);
58
59 /* 指向緩沖區中的下一個數據 */
60 pBuffer++;
61
62 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
63
64 /* 檢測 EV8 事件並清除標志*/
65 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))
66 {
67 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(8);
68 }
69 }
70 /* 發送停止信號 */
71 I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2C, ENABLE);
72 return 1;
73 }
這段頁寫入函數主體跟單字節寫入函數是一樣的，只是它在發送數據的時候，使用for循環控制發送多個數據，發送完多個數據后才產生I2C停止信號，只要每次傳輸的數據小於等於EEPROM時序規定的頁大小，就能正常傳輸。
快速寫入多字節
利用EEPROM的頁寫入方式，可以改進前面的"多字節寫入"函數，加快傳輸速度，見代碼清單 239。
代碼清單 239 快速寫入多字節函數
1
2 /* AT24C01/02每頁有8個字節 */
3 #define I2C_PageSize 8
4
5 /**
6 * @brief 將緩沖區中的數據寫到I2C EEPROM中，采用頁寫入的方式，加快寫入速度
7 * @param pBuffer:緩沖區指針
8 * @param WriteAddr:寫地址
9 * @param NumByteToWrite:寫的字節數
10 * @retval 無
11 */
12 void I2C_EE_BufferWrite(uint8_t* pBuffer, uint8_t WriteAddr,
13 u16 NumByteToWrite)
14 {
15 uint8_t NumOfPage = 0, NumOfSingle = 0, Addr = 0, count = 0;
16
17 /*mod運算求余，若writeAddr是I2C_PageSize整數倍，運算結果Addr值為0*/
18 Addr = WriteAddr % I2C_PageSize;
19
20 /*差count個數據，剛好可以對齊到頁地址*/
21 count = I2C_PageSize - Addr;
22 /*計算出要寫多少整數頁*/
23 NumOfPage = NumByteToWrite / I2C_PageSize;
24 /*mod運算求余，計算出剩余不滿一頁的字節數*/
25 NumOfSingle = NumByteToWrite % I2C_PageSize;
26
27 /* Addr=0,則WriteAddr 剛好按頁對齊 aligned */
28 if (Addr == 0)
29 {
30 /* 如果 NumByteToWrite < I2C_PageSize */
31 if (NumOfPage == 0)
32 {
33 I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
34 I2C_EE_WaitEepromStandbyState();
35 }
36 /* 如果 NumByteToWrite > I2C_PageSize */
37 else
38 {
39 /*先把整數頁都寫了*/
40 while (NumOfPage--)
41 {
42 I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, I2C_PageSize);
43 I2C_EE_WaitEepromStandbyState();
44 WriteAddr += I2C_PageSize;
45 pBuffer += I2C_PageSize;
46 }
47
48 /*若有多余的不滿一頁的數據，把它寫完*/
49 if (NumOfSingle!=0)
50 {
51 I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
52 I2C_EE_WaitEepromStandbyState();
53 }
54 }
55 }
56 /* 如果 WriteAddr 不是按 I2C_PageSize 對齊 */
57 else
58 {
59 /* 如果 NumByteToWrite < I2C_PageSize */
60 if (NumOfPage== 0)
61 {
62 I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
63 I2C_EE_WaitEepromStandbyState();
64 }
65 /* 如果 NumByteToWrite > I2C_PageSize */
66 else
67 {
68 /*地址不對齊多出的count分開處理，不加入這個運算*/
69 NumByteToWrite -= count;
70 NumOfPage = NumByteToWrite / I2C_PageSize;
71 NumOfSingle = NumByteToWrite % I2C_PageSize;
72
73 /*先把WriteAddr所在頁的剩余字節寫了*/
74 if (count != 0)
75 {
76 I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);
77 I2C_EE_WaitEepromStandbyState();
78
79 /*WriteAddr加上count后，地址就對齊到頁了*/
80 WriteAddr += count;
81 pBuffer += count;
82 }
83 /*把整數頁都寫了*/
84 while (NumOfPage--)
85 {
86 I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, I2C_PageSize);
87 I2C_EE_WaitEepromStandbyState();
88 WriteAddr += I2C_PageSize;
89 pBuffer += I2C_PageSize;
90 }
91 /*若有多余的不滿一頁的數據，把它寫完*/
92 if (NumOfSingle != 0)
93 {
94 I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
95 I2C_EE_WaitEepromStandbyState();
96 }
97 }
98 }
99 }
很多讀者覺得這段代碼的運算很復雜，看不懂，其實它的主旨就是對輸入的數據進行分頁(本型號芯片每頁8個字節)，見表 232。通過"整除"計算要寫入的數據NumByteToWrite能寫滿多少"完整的頁"，計算得的值存儲在NumOfPage中，但有時數據不是剛好能寫滿完整頁的，會多一點出來，通過"求余"計算得出"不滿一頁的數據個數"就存儲在NumOfSingle中。計算后通過按頁傳輸NumOfPage次整頁數據及最后的NumOfSing個數據，使用頁傳輸，比之前的單個字節數據傳輸要快很多。
除了基本的分頁傳輸，還要考慮首地址的問題，見表 233。若首地址不是剛好對齊到頁的首地址，會需要一個count值，用於存儲從該首地址開始寫滿該地址所在的頁，還能寫多少個數據。實際傳輸時，先把這部分count個數據先寫入，填滿該頁，然后把剩余的數據(NumByteToWrite-count)，再重復上述求出NumOPage及NumOfSingle的過程，按頁傳輸到EEPROM。
1. 若writeAddress=16，計算得Addr=16%8= 0 ，count=8-0= 8；
2. 同時，若NumOfPage=22，計算得NumOfPage=22/8= 2，NumOfSingle=22%8= 6。
3. 數據傳輸情況如表 232
表 232 首地址對齊到頁時的情況
| 不影響 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
| 不影響 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
| 第1頁 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
| 第2頁 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
| NumOfSingle=6 |
32 |
33 |
34 |
35 |
36 |
37 |
38 |
39 |
4. 若writeAddress=17，計算得Addr=17%8= 1，count=8-1= 7；
5. 同時，若NumOfPage=22，
6. 先把count去掉，特殊處理，計算得新的NumOfPage=22-7= 15
7. 計算得NumOfPage=15/8= 1，NumOfSingle=15%8= 7。
8. 數據傳輸情況如表 233
表 233 首地址未對齊到頁時的情況
| 不影響 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
| 不影響 |
8 |
9 |
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15 |
| count=7 |
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20 |
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23 |
| 第1頁 |
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30 |
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| NumOfSingle=7 |
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38 |
39 |
最后，強調一下，EEPROM支持的頁寫入只是一種加速的I2C的傳輸時序，實際上並不要求每次都以頁為單位進行讀寫，EEPROM是支持隨機訪問的(直接讀寫任意一個地址)，如前面的單個字節寫入。在某些存儲器，如NAND FLASH，它是必須按照Block寫入的，例如每個Block為512或4096字節，數據寫入的最小單位是Block，寫入前都需要擦除整個Block；NOR FLASH則是寫入前必須以Sector/Block為單位擦除，然后才可以按字節寫入。而我們的EEPROM數據寫入和擦除的最小單位是"字節"而不是"頁"，數據寫入前不需要擦除整頁。
從EEPROM讀取數據
從EEPROM讀取數據是一個復合的I2C時序，它實際上包含一個寫過程和一個讀過程，見圖 2316。
圖 2316 EEPROM數據讀取時序
讀時序的第一個通訊過程中，使用I2C發送設備地址尋址(寫方向)，接着發送要讀取的"內存地址"；第二個通訊過程中，再次使用I2C發送設備地址尋址，但這個時候的數據方向是讀方向；在這個過程之后，EEPROM會向主機返回從"內存地址"開始的數據，一個字節一個字節地傳輸，只要主機的響應為"應答信號"，它就會一直傳輸下去，主機想結束傳輸時，就發送"非應答信號"，並以"停止信號"結束通訊，作為從機的EEPROM也會停止傳輸。實現代碼見代碼清單 2310。
代碼清單 2310 從EEPROM讀取數據
1
2 /**
3 * @brief 從EEPROM里面讀取一塊數據
4 * @param pBuffer:存放從EEPROM讀取的數據的緩沖區指針
5 * @param ReadAddr:接收數據的EEPROM的地址
6 * @param NumByteToRead:要從EEPROM讀取的字節數
7 * @retval 正常返回1，異常返回0
8 */
9 uint8_t I2C_EE_BufferRead(uint8_t* pBuffer, uint8_t ReadAddr,
10 u16 NumByteToRead)
11 {
12 I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;
13
14 while (I2C_GetFlagStatus(EEPROM_I2C, I2C_FLAG_BUSY))
15 {
16 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(9);
17 }
18
19 /* 產生I2C起始信號 */
20 I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C, ENABLE);
21
22 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
23
24 /* 檢測 EV5 事件並清除標志*/
25 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))
26 {
27 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(10);
28 }
29
30 /* 發送EEPROM設備地址 */
31 I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C,EEPROM_ADDRESS,I2C_Direction_Transmitter);
32
33 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
34
35 /* 檢測 EV6 事件並清除標志*/
36 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,
37 I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED))
38 {
39 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(11);
40 }
41 /*通過重新設置PE位清除EV6事件 */
42 I2C_Cmd(EEPROM_I2C, ENABLE);
43
44 /* 發送要讀取的EEPROM內部地址(即EEPROM內部存儲器的地址) */
45 I2C_SendData(EEPROM_I2C, ReadAddr);
46
47 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
48
49 /* 檢測 EV8 事件並清除標志*/
50 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))
51 {
52 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(12);
53 }
54 /* 產生第二次I2C起始信號 */
55 I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C, ENABLE);
56
57 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
58
59 /* 檢測 EV5 事件並清除標志*/
60 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))
61 {
62 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(13);
63 }
64 /* 發送EEPROM設備地址 */
65 I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C, EEPROM_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver);
66
67 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
68
69 /* 檢測 EV6 事件並清除標志*/
70 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,
71 I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED))
72 {
73 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(14);
74 }
75 /* 讀取NumByteToRead個數據*/
76 while (NumByteToRead)
77 {
78 /*若NumByteToRead=1，表示已經接收到最后一個數據了，
79 發送非應答信號，結束傳輸*/
80 if (NumByteToRead == 1)
81 {
82 /* 發送非應答信號 */
83 I2C_AcknowledgeConfig(EEPROM_I2C, DISABLE);
84
85 /* 發送停止信號 */
86 I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2C, ENABLE);
87 }
88
89 I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;
90 while (I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED)==0)
91 {
92 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(3);
93 }
94 {
95 /*通過I2C，從設備中讀取一個字節的數據 */
96 *pBuffer = I2C_ReceiveData(EEPROM_I2C);
97
98 /* 存儲數據的指針指向下一個地址 */
99 pBuffer++;
100
101 /* 接收數據自減 */
102 NumByteToRead--;
103 }
104 }
105
106 /* 使能應答，方便下一次I2C傳輸 */
107 I2C_AcknowledgeConfig(EEPROM_I2C, ENABLE);
108 return 1;
109 }
這段中的寫過程跟前面的寫字節函數類似，而讀過程中接收數據時，需要使用庫函數I2C_ReceiveData來讀取。響應信號則通過庫函數I2C_AcknowledgeConfig來發送，DISABLE時為非響應信號，ENABLE為響應信號。
3. main文件
EEPROM讀寫測試函數
完成基本的讀寫函數后，接下來我們編寫一個讀寫測試函數來檢驗驅動程序，見代碼清單 2311。
代碼清單 2311 EEPROM讀寫測試函數
1 /**
2 * @brief I2C(AT24C02)讀寫測試
3 * @param 無
4 * @retval 正常返回1 ，不正常返回0
5 */
6 uint8_t I2C_Test(void)
7 {
8 u16 i;
9 EEPROM_INFO("寫入的數據");
10
11 for ( i=0; i<=255; i++ ) //填充緩沖
12 {
13 I2c_Buf_Write[i] = i;
14
15 printf("0x%02X ", I2c_Buf_Write[i]);
16 if (i%16 == 15)
17 printf("\n\r");
18 }
19
20 //將I2c_Buf_Write中順序遞增的數據寫入EERPOM中
21 //頁寫入方式
22 // I2C_EE_BufferWrite( I2c_Buf_Write, EEP_Firstpage, 256);
23 //字節寫入方式
24 I2C_EE_ByetsWrite( I2c_Buf_Write, EEP_Firstpage, 256);
25
26 EEPROM_INFO("寫結束");
27
28 EEPROM_INFO("讀出的數據");
29 //將EEPROM讀出數據順序保持到I2c_Buf_Read中
30 I2C_EE_BufferRead(I2c_Buf_Read, EEP_Firstpage, 256);
31
32 //將I2c_Buf_Read中的數據通過串口打印
33 for (i=0; i<256; i++)
34 {
35 if (I2c_Buf_Read[i] != I2c_Buf_Write[i])
36 {
37 printf("0x%02X ", I2c_Buf_Read[i]);
38 EEPROM_ERROR("錯誤:I2C EEPROM寫入與讀出的數據不一致");
39 return 0;
40 }
41 printf("0x%02X ", I2c_Buf_Read[i]);
42 if (i%16 == 15)
43 printf("\n\r");
44
45 }
46 EEPROM_INFO("I2C(AT24C02)讀寫測試成功");
47 return 1;
48 }
代碼中先填充一個數組，數組的內容為1,2,3至N，接着把這個數組的內容寫入到EEPROM中，寫入時可以采用單字節寫入的方式或頁寫入的方式。寫入完畢后再從EEPROM的地址中讀取數據，把讀取得到的與寫入的數據進行校驗，若一致說明讀寫正常，否則讀寫過程有問題或者EEPROM芯片不正常。其中代碼用到的EEPROM_INFO跟EEPROM_ERROR宏類似，都是對printf函數的封裝，使用和閱讀代碼時把它直接當成printf函數就好。具體的宏定義在"bsp_i2c_ee.h文件中"，在以后的代碼我們常常會用類似的宏來輸出調試信息。
main函數
最后編寫main函數，函數中初始化了LED、串口、I2C外設，然后調用上面的I2C_Test函數進行讀寫測試，見代碼清單 2312。
代碼清單 2312 main函數
1
2 /**
3 * @brief 主函數
4 * @param 無
5 * @retval 無
6 */
7 int main(void)
8 {
9 LED_GPIO_Config();
10
11 LED_BLUE;
12 /*初始化USART1*/
13 Debug_USART_Config();
14
15 printf("\r\n歡迎使用秉火 STM32 F429 開發板。\r\n");
16
17 printf("\r\n這是一個I2C外設(AT24C02)讀寫測試例程 \r\n");
18
19 /* I2C 外設(AT24C02)初始化 */
20 I2C_EE_Init();
21
22 if (I2C_Test() ==1)
23 {
24 LED_GREEN;
25 }
26 else
27 {
28 LED_RED;
29 }
30
31 while (1)
32 {
33 }
34
35 }
36
23.4.3 下載驗證
用USB線連接開發板"USB TO UART"接口跟電腦，在電腦端打開串口調試助手，把編譯好的程序下載到開發板。在串口調試助手可看到EEPROM測試的調試信息。
23.5 每課一問
1. 在EEPROM測試程序中，分別使用單字節寫入及頁寫入函數寫入數據，對比它們消耗的時間。
2. 嘗試使用EEPROM存儲int整型變量，float型浮點變量，編寫程序寫入數據，並讀出校驗。
3. 嘗試把I2C通訊引腳的模式改成非開漏模式，測試是否還能正常通訊，為什么？
4. 查看"bsp_i2c_ee.h"文件中EEPROM_ERROR、EEPROM_INFO、EEPROM_DEBUG宏，解釋為何要使用這樣的宏輸出調試信息，而不直接使用printf函數。