Arduino I2C多主機方法(為什么以及如何)

描述

微控制器限制

幾年來我一直在構建“連接傳感器”，但最初專注于“傳感器”部分，直到最近才轉(zhuǎn)向“連接”。每次我探索一種新的連接技術——WiFi、蜂窩、藍牙、LoRa 等——我都會遇到 Arduino 的一些限制，尤其是其有限的工作內(nèi)存。當我開始連接傳感器時，這些問題源于兩個來源：1) 使用長變量或鍵；2) 字符串操作，例如解析 64 位 GSMloc 字符串以從附近的手機信號塔中提取時間或位置。

在找到這個多主解決方案之前，我已經(jīng)嘗試了所有常見的疑點：使用非 Atmel 變體（例如Teensy ）、將靜態(tài)變量移動到程序內(nèi)存中以及在打印語句中使用 F( ) 參數(shù)。我也開始將 TI 的 FRAM 芯片放在我的板上，因為我不喜歡 Arduino EEPROM 的有限壽命（100,000 次寫入）。

本文介紹了另一種方法，使用多個微控制器來管理我的電路板的功能。這些微控制器將共享對公共 I2C 總線的訪問和通信。我想使用標準的Arduino Wire Library ，我很高興看到這個庫聲稱支持多主機。然而，正如wayneft 在 Arduino.cc 上的這個線程中所描述的那樣，有一個很大的問題：Arduino 的多主控支持可以在爭奪初始控制權的主控或總線之間進行仲裁，但它可能會在主控完成之前錯誤地釋放總線它。這可能導致總線和您的程序鎖定。

避免碰撞和比賽條件

我為這個問題開發(fā)了一個簡單的解決方案，再加上 Wire 確實提供的多主機支持，可以對 I2C 總線進行穩(wěn)健的共享控制。我添加了線來連接微控制器上的兩組 I/O 引腳：忙碌和時鐘。時鐘線是我的實時時鐘輸出的 32kbs 方波。Busy 和 Clock 線都使用 4.7k ohm 上拉電阻拉高。這允許我們對總線的控制進行仲裁，因為每個微控制器都需要使用 Busy 線“聲明”總線，而 Clock 線確保它們不會同時聲明總線。

以下是它如何與下面提供的示例代碼片段一起使用：

• 如果 Arduino 想要讀取或?qū)懭?I2C 總線，它首先需要檢查 Busy 線是否為高電平（這表示總線當前空閑）。然后，它需要檢查時鐘線，只有在時鐘線為低時才能將? Busy 線拉低。

• 如果 Simblee 想要讀取或?qū)懭?I2C 總線，它首先需要檢查 Busy 線是否為高電平（這表示總線當前空閑）。然后，它需要檢查時鐘線，只有在時鐘線為高時才能將 Busy 線拉低。

• 如果 Simblee 或 Arduino 想要訪問總線并發(fā)現(xiàn)它Low ，他們需要等待。

• 我通過創(chuàng)建兩個函數(shù)在代碼中實現(xiàn)了這一點：TakeTheBus();和GiveUpTheBus();. 每個都返回一個布爾值，因此您可以編寫代碼以等待成功嘗試，然后再繼續(xù)。

這種類型的通信，其中一個上拉電阻器將線路保持為高電平，并且微控制器“寫入”總線的唯一時間是將其拉低，應該防止可能損壞任何一個處理器的情況。

與 SPI 相比

您可能會說——“I2C 也被稱為兩線接口。這種方法使用了四個，這并不比 SPI 好！”。沒錯，但請考慮以下幾點：

• I2C 傳感器通常更常見且更便宜

• 四線要求僅在兩個主控之間

• I2C 傳感器可以在距離您的電路板更遠的地方進行通信

使用這種方法，您可以有效地在兩個微控制器之間分配工作。我讓 Arduino 專注于服務來自傳感器的中斷并將數(shù)據(jù)記錄到 FRAM。Simblee 能夠從該 FRAM 讀取數(shù)據(jù)并使用藍牙 LE 將其提供給手機上的應用程序。每個草圖都變得更短更容易調(diào)試，并且減少了 Arduino 內(nèi)存的壓力。我計劃在后續(xù)文章中記錄電路板設計。

我希望你覺得這篇文章有幫助。