很久以前就听说总线这个词了，一直不懂，所以觉得很牛叉。。。这次有机会学习，就干脆一起看看吧。

1 环境介绍

说实话，计算机的学习最好还是有个环境，裸学真的要难一些。硬件学习其实难就难在搭环境，之前很多设备都很贵，示波器几千上万，JTAG也得几万，开发板也要不少钱。全套装备动辄成千上万，后面还要不停地采购。不像软件，一台电脑就开搞，后续也没啥投入。感谢现在科技的进步，这次搭的环境总的来说非常便宜，用之前的祖国树莓派Pico搭配那个祖国版的saleae逻辑分析仪。设备用的是一个I2C驱动的OLED的屏。一个面包板和一些杜邦线。一共不超过50元。。。

逻辑分析仪的使用可以看这篇：逻辑分析仪小试-CSDN博客

电路设备的基本情况可以参考这篇：显示学习1（基于树莓派Pico） -- 基础_树莓派pico ssd1315-CSDN博客

因为确实没啥硬件经验，在中间遇到了两个坑。

第一个是抓信号的线应该怎么接。如果是软件，这个直接wireshark，或者命令啥的。处理硬件时候顿时傻眼了，本来我以为是串联，先接到逻辑分析仪in，逻辑分析仪一个out再出去。结果找半天都没看到这功能。后面找了半天，原来直接并联就可以了。

第二个问题是接上去之后，I2C上有信号，但是数据异常了。也是一头懵。查了半天，后面看到有GND，有个视频也说要接地。所以多接了一个GND口。好了，虽然偶尔还有点问题（并联的口不能挨着，不知道原因），但是基本能用了。

接法如下：

2 I2C信号

用了逻辑分析仪，信号就很直白了。开始的是这样的。

回头看看代码：

第一行是这个。这个是或操作，对结果没影响，所以还是0xAE。

发送的代码是：

self.addr = 0x3c

    def write_cmd(self, cmd):
        self.temp[0] = 0x80  # Co=1, D/C#=0
        self.temp[1] = cmd
        self.i2c.writeto(self.addr, self.temp)

命令是：

SET_DISP = const(0xAE)
SET_DISP | 0x00,  # off

从上面的代码可以看到，发送的最终是(0x3c，0x80，0xae)。再从对应的波形就可以看到，第一段就是地址0x3c，第二段固定是0x80，第三段就是命令0xAE。每一段都有一个ACK，这是是屏幕设备发的。

为什么地址是0x3C。查了一下资料，原来SSD1315的默认I2C地址通常是0x3C或0x3D。这里说一下地址这个词，真的很容易迷惑人，其实和我们一般理解的地址毛关系没有，它就是一个设备ID。。。

那0x80又是什么鬼？只有去看手册或者资料。这个是SSD1315/SSD1306的通信规定（不是所有的I2C设备）。这里有两个，0x80和0x40。如果是0x80，表明后面传输的是命令。如果是0x40，表明后面传输的是数据。

最后是一个0xAE，这个是代码里面的。就不用多说了。

再看后面的代码

SET_MEM_ADDR,
SET_MEM_ADDR = const(0x20)

就是(0x3c，0x80，0x20)，对应的波形是和上面一样，第一段是地址0x3c，第二段固定是0x80表示命令，最后那段就是实际命令0x20。每段也有一个屏幕设备发的ACK。

3 协议解析

有了这个实验，再看看I2C协议。

I2C有两根线，两根线默认状态下都是上拉。

SDA（Serial Data Line）：串行数据线，用于传输数据。

SCL（Serial Clock Line）：串行时钟线，用于同步数据传输。每一个时钟周期大概是5.375us。

对应图中，上面的就是SDA，下面的就是SCL。

I2C信号的开始：

SDA拉低，SCL维持高位。

跟着就是数据包：

一个包是9个bit，前面8个是发送者发出，最后会再附加一个bit是接收者发ACK，表示设备收到，将SDA拉低。可以看到，上面的包最后一个都是低位。

怎么看数据是0还是1呢？查了一下资料，说是SCL上升中，看SDA的电平，如果是高就是1，如果是低就是0。那么翻译一下上面的图。

就是0111 1000 0，一共9个bit位。前面7个是0111 100。正好就是0x3C。第8个是读写位，1为写读作，0为写操作。这里的就是写。最后的第9位就是ACK，0表示响应了，1就是没响应。这里也是响应了。

从协议来看，地址有7个bit，也就是十进制的127。看来正常状态下一个I2C总线可以挂127个设备。感觉正常也是够了，不过挂多了可能影响速度，而且可能设备地址会冲突。

最后是结束包。

主设备在 SCL 保持高电平的情况下，将 SDA 线从低电平拉高。

一个完整的设置命令波形如下：

4 小结

这里只是简单介绍一下，其实I2C还有很多一些细节，比如冲突解决，协商之类的，这次就不写了。

从上面分析终于可以明白什么是总线。本质就是一根线传信息（真的就是总的来说一根或几根线）。假如说有两或者多个人，都拉着一根线，这根线只能上下摆动，不能说话或者别的，只能通过这根线传递信息。总线协议，就是约定大家怎么甩绳子而已，本质上就是这么回事。

比如说，绳子默认都是放下面。A要给B说话了，就把绳子往上甩两下。B就知道A要给他说话了。如果甩三下，就表示给C说话。B和C收到之后，也甩一下表示收到了。然后约定个时间1秒间隔，往上甩就是1，不甩就是0。一次8秒。8秒之后，B收到了就往上甩一下，没收到就不甩。好吧，总线，或者说I2C总线基本上就是这么回事。

从上面的分析看看，I2C协议还是相对简陋，基本上就是物理层的东西，很多实际内容都要设备定义，比如上面的0x80和0x40。至于为什么用两根线，说是为了确保数据传输的同步性和可靠性，尤其是在多主多从的复杂总线系统中。没详细研究了。

那么像上面说的只用一根线的有吗？还真有，如下：

通用异步收发器_百度百科

FPGA - 单总线协议（one-wire）_单总线通信协议-CSDN博客
 

参考：

详解面试的必答题——I2C协议