【AT-START-F425测评】+硬件I2C与软件模拟I2C速率对比

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1、前言

本文使用AT32F425驱动SSD1306 OLED来测试I2C的速率，关于OLED的详细代码操作可查【GD32L233C-START评测】6、硬件I2C驱动0.96吋OLED。

2、关于AT32F425的I2C

两个I2C，本文使用I2C1。

3、I2C速率

标准模式（standard mode，最高 100kHz）

快速模式（fast mode，最高 400kHz）

增强快速模式（fast mode plus，最高 1 MHz）

4、I2C时钟

这里PCLK1为96MHZ

I2C时钟配置比较复杂，所以官方提供了工具

工具里面的I2C时钟频率就是PCLK1，即就是96000KHZ。

5、代码实现

（1）硬件I2C

#define I2C_OWN_ADDRESS7     0x72
#define I2C_SLAVE_ADDRESS7   0x78

void I2cInit(void)
{
	gpio_init_type gpio_init_structure;
  
    /* i2c periph clock enable */
    crm_periph_clock_enable(CRM_I2C1_PERIPH_CLOCK, TRUE);    
    crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOB_PERIPH_CLOCK, TRUE);
    
    /* gpio configuration */  
    gpio_pin_mux_config(GPIOB, GPIO_PINS_SOURCE6, GPIO_MUX_1);
    gpio_pin_mux_config(GPIOB, GPIO_PINS_SOURCE7, GPIO_MUX_1);
    
    /* configure i2c pins: scl */
    gpio_init_structure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;
    gpio_init_structure.gpio_mode           = GPIO_MODE_MUX;
    gpio_init_structure.gpio_out_type       = GPIO_OUTPUT_OPEN_DRAIN;
    gpio_init_structure.gpio_pull           = GPIO_PULL_UP;  
                                            
    gpio_init_structure.gpio_pins           = GPIO_PINS_6;
    gpio_init(GPIOB, &gpio_init_structure);

    /* configure i2c pins: sda */
    gpio_init_structure.gpio_pins           = GPIO_PINS_7;
    gpio_init(GPIOB, &gpio_init_structure); 
    
	/* reset i2c peripheral */
	i2c_reset(I2C1);
	
    /* config i2c */ 
	
	//0x2170FAFA   //10K
	//0x80E06565   //50K
	//0x80E03030   //100K
	//0x20E0355F   //200K
	//0x20E0192C   //400k
	//0x10900E19   //1000k
	//0x10900C16   //1000k

    i2c_init(I2C1, 0, 0x10900C16); 
    
    i2c_own_address1_set(I2C1, I2C_ADDRESS_MODE_7BIT, I2C_OWN_ADDRESS7);
  
	/* i2c peripheral enable */   
	i2c_enable(I2C1, TRUE);
}

void OledWriteCmd(uint8_t var)
{
  /* wait for the busy falg to be reset */
  while(i2c_flag_get(I2C1, I2C_BUSYF_FLAG) );
  
  /* start transfer */
  i2c_transmit_set(I2C1, I2C_SLAVE_ADDRESS7, 2, I2C_SOFT_STOP_MODE, I2C_GEN_START_WRITE);
  
  i2c_start_generate(I2C1);
  while(i2c_flag_get(I2C1, I2C_ADDRF_FLAG) );
  
  while(!i2c_flag_get(I2C1, I2C_TDIS_FLAG) );
  i2c_data_send(I2C1, 0x00);
  
  while(!i2c_flag_get(I2C1, I2C_TDIS_FLAG) );
  i2c_data_send(I2C1, var);
  
  i2c_stop_generate(I2C1);

  while(!i2c_flag_get(I2C1, I2C_STOPF_FLAG) );
  i2c_flag_clear(I2C1, I2C_STOPF_FLAG);
  
}

void OledWriteData(uint8_t var)
{
  /* wait for the busy falg to be reset */
  while(i2c_flag_get(I2C1, I2C_BUSYF_FLAG) );
  /* start transfer */
  i2c_transmit_set(I2C1, I2C_SLAVE_ADDRESS7, 2, I2C_AUTO_STOP_MODE, I2C_GEN_START_WRITE);

  while(!i2c_flag_get(I2C1, I2C_TDIS_FLAG) );
  i2c_data_send(I2C1, 0x40);
  
  while(!i2c_flag_get(I2C1, I2C_TDIS_FLAG) );
  i2c_data_send(I2C1, var);
  
  while(!i2c_flag_get(I2C1, I2C_STOPF_FLAG) );
  i2c_flag_clear(I2C1, I2C_STOPF_FLAG);

}

使用硬件I2C的时候，配置为1MHz速率。

（2）软件I2C

#define _SCL_PORT  GPIOB
#define _SCL_PIN   GPIO_PINS_6  

#define _SDA_PORT  GPIOB
#define _SDA_PIN   GPIO_PINS_7

void _I2C_Init(void)
{
	gpio_init_type gpio_init_struct;

	/* enable the led clock */
	crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOB_PERIPH_CLOCK, TRUE);

	/* set default parameter */
	gpio_default_para_init(&gpio_init_struct);

	/* configure the led gpio */
	gpio_init_struct.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;
	gpio_init_struct.gpio_out_type  = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;
	gpio_init_struct.gpio_mode = GPIO_MODE_OUTPUT;
	gpio_init_struct.gpio_pins = GPIO_PINS_6|GPIO_PINS_7;
	gpio_init_struct.gpio_pull = GPIO_PULL_NONE;
	gpio_init(GPIOB, &gpio_init_struct);
}


void _SDA_IN(void)
{
	gpio_init_type gpio_init_struct;

	/* enable the led clock */
	crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOB_PERIPH_CLOCK, TRUE);

	/* set default parameter */
	gpio_default_para_init(&gpio_init_struct);

	/* configure the led gpio */
	gpio_init_struct.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;
	gpio_init_struct.gpio_out_type  = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;
	gpio_init_struct.gpio_mode = GPIO_MODE_INPUT;
	gpio_init_struct.gpio_pins = GPIO_PINS_7;
	gpio_init_struct.gpio_pull = GPIO_PULL_NONE;
	gpio_init(GPIOB, &gpio_init_struct);
}


void _SDA_OUT(void)
{
	gpio_init_type gpio_init_struct;

	/* enable the led clock */
	crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOB_PERIPH_CLOCK, TRUE);

	/* set default parameter */
	gpio_default_para_init(&gpio_init_struct);

	/* configure the led gpio */
	gpio_init_struct.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;
	gpio_init_struct.gpio_out_type  = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;
	gpio_init_struct.gpio_mode = GPIO_MODE_OUTPUT;
	gpio_init_struct.gpio_pins = GPIO_PINS_7;
	gpio_init_struct.gpio_pull = GPIO_PULL_NONE;
	gpio_init(GPIOB, &gpio_init_struct);
}

void _I2C_Start(void)
{
	_SDA_OUT();  //
	gpio_bits_set(_SDA_PORT,_SDA_PIN);  //SDA=1
	delay_us(10);
	gpio_bits_set(_SCL_PORT,_SCL_PIN);  //SCL=1
	delay_us(10);
	gpio_bits_reset(_SDA_PORT,_SDA_PIN);//SDA=0
	delay_us(10);
	gpio_bits_reset(_SCL_PORT,_SCL_PIN);//SCL=0
	delay_us(10);
}

void _I2C_Stop(void)
{
	_SDA_OUT();
	
	gpio_bits_reset(_SDA_PORT,_SDA_PIN);//SDA=0
	delay_us(10);
	gpio_bits_set(_SCL_PORT,_SCL_PIN);  //SCL=1
	delay_us(10);
	gpio_bits_set(_SDA_PORT,_SDA_PIN);  //SDA=1
	delay_us(10);
}


void _I2C_Ack(void)
{
	_SDA_OUT();
	gpio_bits_reset(_SDA_PORT,_SDA_PIN);//SDA=0
	delay_us(5);
	gpio_bits_set(_SCL_PORT,_SCL_PIN);  //SCL=1
	delay_us(5);
	gpio_bits_reset(_SCL_PORT,_SCL_PIN); //SCL=0
}


void _I2C_NAck(void)
{
	gpio_bits_set(_SDA_PORT,_SDA_PIN);  //SDA=1
    delay_us(10);
    gpio_bits_set(_SCL_PORT,_SCL_PIN);  //SCL=1
    delay_us(10);
    gpio_bits_reset(_SCL_PORT,_SCL_PIN);  //SCL=0
	delay_us(10);	
}


uint8_t _I2C_Wait_Ack(void)
{
	uint8_t ucErrTime=0;

	gpio_bits_set(_SDA_PORT,_SDA_PIN);  //释放总线
	 _SDA_IN();

	delay_us(5);
	gpio_bits_set(_SCL_PORT,_SCL_PIN);  //SCL=1
	delay_us(5);
	while(gpio_input_data_bit_read(_SDA_PORT,_SDA_PIN))  //gpio_input_data_bit_read
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			_I2C_Stop();
			return 1;
		}
	}
	gpio_bits_reset(_SCL_PORT,_SCL_PIN);  //SCL=0
	delay_us(5);
	return 0;
}


uint8_t _I2C_Read_Byte(uint8_t ack)
{
	uint8_t i,rxdata=0;

	gpio_bits_set(_SDA_PORT,_SDA_PIN);  //释放总线
	_SDA_IN();

	for(i=0;i<8;i++ )
	{
		gpio_bits_reset(_SCL_PORT,_SCL_PIN);  //SCL=0
		delay_us(5);
		gpio_bits_set(_SCL_PORT,_SCL_PIN);  //SCL=1
		delay_us(5);
		rxdata<<=1;
		if(gpio_input_data_bit_read(_SDA_PORT,_SDA_PIN))
		{
			rxdata|=0x01;
		}
		delay_us(5);
	}
    if (!ack)
		_I2C_NAck();//nACK
    else
		_I2C_Ack(); //ACK
		
    return rxdata;
}

void _I2C_Send_Byte(uint8_t txd)
{
	uint8_t i;
	
	_SDA_OUT();
	gpio_bits_reset(_SCL_PORT,_SCL_PIN);  //SCL=0

	for(i=0;i<8;i++)
	{
		if((txd&0x80)==0x80)
			gpio_bits_set(_SDA_PORT,_SDA_PIN);
		else
			gpio_bits_reset(_SDA_PORT,_SDA_PIN);
				
		txd<<=1;
		delay_us(5);
		gpio_bits_set(_SCL_PORT,_SCL_PIN);  //SCL=1
		delay_us(5);
		gpio_bits_reset(_SCL_PORT,_SCL_PIN);  //SCL=0
		delay_us(5);
	}
}

void _SSD1306_WriteCmd(uint8_t var)
{
	_I2C_Start();
	_I2C_Send_Byte(I2C_SLAVE_ADDRESS7); //write addr
	_I2C_Wait_Ack();
	_I2C_Send_Byte(0x00);
	_I2C_Wait_Ack();
	_I2C_Send_Byte(var);
	_I2C_Wait_Ack();
	_I2C_Stop();
}


void _SSD1306_WriteData(uint8_t var)
{
	_I2C_Start();
	_I2C_Send_Byte(I2C_SLAVE_ADDRESS7); //write addr
	_I2C_Wait_Ack();
	_I2C_Send_Byte(0x40);
	_I2C_Wait_Ack();
	_I2C_Send_Byte(var);
	_I2C_Wait_Ack();
	_I2C_Stop();
}

6、速率测试

这里直接使用逻辑分析仪抓包。

（1）硬件I2C

可以看出速率在800kHz到1MHz之间跳动。

（2）软件I2C

可以看出速率在58kHz到59kHz之间。

从以上对比测量，可以发现，硬件I2C速率大于软件I2C，因此为了提高cpu的利用率，应尽量选择使用硬件2C。

freebsder

硬件i2c没bug的情况下还是优选硬件外设

freeelectron

freebsder 发表于 2022-4-20 18:44 硬件i2c没bug的情况下还是优选硬件外设

是的

【AT-START-F425测评】+硬件I2C与软件模拟I2C速率对比 [复制链接]

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