RA6M3 HMI Board之硬件I2C實踐流程

1、前言說明

I2C總線是Philips公司在八十年代初推出的一種串行、半雙工的總線，主要用于近距離、低速的芯片之間的通信。

I2C總線有兩根雙向的信號線，一根數(shù)據(jù)線SDA用于收發(fā)數(shù)據(jù)，一根時鐘線SCL用于通信雙方時鐘的同步。

I2C總線硬件結(jié)構(gòu)簡單，簡化了PCB布線，降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)可靠性，因此在各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

1.1 本章內(nèi)容

本章內(nèi)容主要介紹如何利用瑞薩RA6M3系列芯片R7FA6M3AH3CFB的硬件i2c功能控制點亮0.96寸i2c接口的OLED顯示屏。

1.2 模塊介紹

1.2.1 瑞薩ra6m3的硬件i2c

硬件資源數(shù)量

瑞薩ra6m3系列芯片具有3路硬件i2c通訊接口，另外還有10路的串行通訊接口(SCI)，也可擴展為硬件i2c。

芯片的i2c資源數(shù)量可參考下表：

模塊硬件特點

通訊格式

I2c總線格式或SMBus格式
可選擇主機模式和從機模式
在傳輸時可自動獲得數(shù)據(jù)建立時間、保持時間以及總線釋放時間
傳輸速率

支持超快速模式，傳輸速率高達1Mbps
SCL時鐘

在主機模式下，時鐘的占空比可在4 – 96%之間調(diào)整
總線時序信號的產(chǎn)生與檢測

自動產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的i2c總線時序條件（起始、重復(fù)起始、停止）
做從機使用時可自動偵測其它主機發(fā)送的起始(或重復(fù)起始)，停止條件
從機地址

可配置高達3個從機地址
支持7位、10位地址格式，并且可以同時使用這2種模式
支持廣播尋址，設(shè)備ID尋址以及SMBus主機地址偵測
應(yīng)答

數(shù)據(jù)傳輸時，可自動加載應(yīng)答位
數(shù)據(jù)接收時，可自動傳輸應(yīng)答位
等待功能
在數(shù)據(jù)接收期間，保持SDL位位低電平的時候，下列等待周期將變得有效：

在第8和第9個時鐘之間的等待
在第9個時鐘和下一數(shù)據(jù)幀的第1個時鐘之間的等待
SDA輸出延時

在輸出數(shù)據(jù)的時候，可加入延時功能（包括應(yīng)答位）
仲裁

多主機仲裁
偵測到起始條件失去仲裁，避免產(chǎn)生2個以上的起始條件
在傳輸一個非應(yīng)答位期間，如果SDA線上的電平和自己不匹配失去仲裁
從機傳輸時，內(nèi)部數(shù)據(jù)和通訊線上的電平不匹配將失去仲裁
超時

內(nèi)部狀態(tài)檢測到超時時，可停止SCL的時鐘輸出
噪聲濾波

數(shù)字濾波器支持檢測SCL和SDA線上的信號
濾波器支持可編程的窗口期用來濾除噪聲干擾
中斷源

傳輸錯誤或者事件（仲裁丟失、無應(yīng)答、超時、起始條件、停止條件）發(fā)生將產(chǎn)生中斷
接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿（包括從機地址匹配模式）可產(chǎn)生中斷
傳輸數(shù)據(jù)緩沖區(qū)空（包括從機地址匹配模式）可產(chǎn)生中斷
傳輸結(jié)束產(chǎn)生中斷
模塊停止省電模式

可配置為停止模式來降低電源的消耗，達到低功耗目的
支持的操作模式

主機傳送
主機接收
從機傳送
從機接收
事件連接（輸出）

支持傳輸錯誤或者總線事件（仲裁丟失、無應(yīng)答、超時、起始條件或者重復(fù)起始條件、停止條件）
支持?jǐn)?shù)據(jù)滿、從機地址匹配
支持?jǐn)?shù)據(jù)空、從機地址匹配
傳輸結(jié)束
喚醒功能

支持使用喚醒事件將cpu從待機模式喚醒（此功能只支持I2C0外設(shè)，I2C1,I2C2不支持）
硬件i2c框圖

1.2.2 0.96寸OLED顯示屏

顯示屏特性
分辨率：128x64
控制芯片：SSD1306
接口類型：I2C
工作電壓：3.3v ~ 5V
顯示顏色：藍色

顯示屏外觀

接口定義

1.3 硬件連接

連接說明：

由于OLED顯示屏比較小，供電電流不大，可以直接用GPIO輸出高電平來供電。

2、步驟說明

2.1 新建工程

新建ra6m3_hmi_board_i2c_hardware工程

打開RT-Thread Studio軟件，執(zhí)行菜單【文件】->【新建】->【RT-Thread項目】彈出新建項目對話框，選擇【基于開發(fā)板】的項目，其它配置如下圖 所示，項目名稱：ra6m3_hmi_board_i2c_hardware，點擊【完成】。

配置FSP路徑并允許FSP軟件

雙擊項目資源管理器里面的【RA Smart Configurator】，在彈出的對話框中點擊【是】，然后選擇瑞薩FSP軟件的安裝路徑：本機安裝在： C:RenesasRAsc_v2021-10_fsp_v3.5.0

配置GPIO
配置P506為GPIO輸出模式，默認高電平
配置P008為GPIO輸出模式，默認低電平
配置 Connectivity->IIC1 功能，Enable，引腳為P206(SDA), P205(SCL)

配置硬件i2c模塊

依次選擇【Stacks】->【New Stack】->【Connectivity】->【I2C Master(r_iic_master)】，創(chuàng)建I2C Master模塊，關(guān)鍵參數(shù)如下表

配置如下圖所示

5 生成配置代碼

點擊 【Generate Project Content】生成配置代碼

2.2 編寫測試程序

添加軟件包u8g2組件

雙擊RT-Thread Settings，進入添加軟件包界面，點擊【添加軟件包】，在彈出的對話框中搜索欄輸入u8g2，選中u8g2官方軟件包，添加到工程

配置u8g2組件

點擊u8g2組件，選擇【配置項】，并按如下圖所示配置u8g2(official)軟件包，然后保存配置

使能硬件i2c總線驅(qū)動

測試代碼

測試代碼無需編寫，u8g2提供了example，直接使用，然后編譯工程并下載到開發(fā)板。

#include
#include
#include
#include
static void u8g2_ssd1306_12864_hw_i2c_example(int argc,char argv[])
{
u8g2_t u8g2;
// Initialization
u8g2_Setup_ssd1306_i2c_128x64_noname_f( &u8g2, U8G2_R0, u8x8_byte_rtthread_hw_i2c, u8x8_gpio_and_delay_rtthread);
u8g2_InitDisplay(&u8g2);
u8g2_SetPowerSave(&u8g2, 0);
/ full buffer example, setup procedure ends in _f */
u8g2_ClearBuffer(&u8g2);
u8g2_SetFont(&u8g2, u8g2_font_ncenB08_tr);
u8g2_DrawStr(&u8g2, 1, 18, "U8g2 on RT-Thread");
u8g2_SendBuffer(&u8g2);
// Draw Graphics
u8g2_SetFont(&u8g2, u8g2_font_unifont_t_symbols);
u8g2_DrawGlyph(&u8g2, 112, 56, 0x2603 );
u8g2_SendBuffer(&u8g2);
}
MSH_CMD_EXPORT(u8g2_ssd1306_12864_hw_i2c_example, i2c ssd1306 sample);

3、代碼驗證

下載程序，然后終端界面顯示，提示符下輸入 tab 并按回車顯示所有命令，可以看到u8g2的示例已經(jīng)出現(xiàn)

輸入u8g2，按tab自動補全，然后再按回車執(zhí)行示例代碼，效果如下圖所示