MCU微課堂

CKS32K148 LPI2C

第六十期 2025.07.14

LPI2C（Low Power Inter-Integrated Circuit）是CKS32K148微控制器中的一個(gè)低功耗I2C接口模塊。CKS32K148款MCU存在LPI2C0、LPI2C1兩個(gè)LPI2C，支持標(biāo)準(zhǔn)模式（100 kbps）、快速模式（400 kbps）、快速+模式(1Mbps)和高速模式（3.4 Mbps）通信速率。

主要特性

兼容性：支持 I2C 總線標(biāo)準(zhǔn)模式、快速模式、快速+模式、從機(jī)模式下的高速模式 (HS)。

低功耗：支持低功耗模式。

多主模式：支持多主操作，包括同步和仲裁機(jī)制。

中斷和 DMA 支持：提供中斷和 DMA 支持，減少 CPU 負(fù)載。

可配置性：可配置廣播呼叫、7 位或 10 位地址模式?？蛇x擇SOSC、SIRC、FIRC、SPLL時(shí)鐘源，支持時(shí)鐘延長、時(shí)序可通過寄存器靈活配置。

錯(cuò)誤檢測：支持總線忙檢測、仲裁丟失、FIFO錯(cuò)誤、端口低電平超時(shí)、位錯(cuò)誤檢測。

主機(jī)特性

4字深度的 命令/發(fā)送/接收FIFO

命令 FIFO 等待空閑 I2C 總線：在啟動傳輸之前，命令 FIFO 會等待 I2C 總線空閑

命令 FIFO 支持啟動（重復(fù)）START 和 STOP 條件：可以發(fā)起一個(gè)或多個(gè)主接收器傳輸

STOP 條件可以從命令 FIFO生成，也可在發(fā)送 FIFO為空時(shí)自動生成

主機(jī)請求輸入：用于控制 I2C總線傳輸?shù)膯訒r(shí)間

靈活的接收數(shù)據(jù)匹配功能：可以在數(shù)據(jù)匹配時(shí)生成中斷，并丟棄不需要的數(shù)據(jù)

標(biāo)志位和可選中斷：用于指示重復(fù) START 條件、STOP 條件、仲裁丟失、意外的 NACK 以及命令字錯(cuò)誤

支持可配置的總線空閑超時(shí)和引腳低電平超時(shí)：增強(qiáng)總線的魯棒性和可靠性

從機(jī)特性

獨(dú)立的 I2C 從機(jī)寄存器：減少因主/從切換帶來的軟件開銷

支持 7 位或 10 位地址、地址范圍、SMBus 警報(bào)和通用呼叫地址：提供靈活的地址配置和通信功能

發(fā)送/接收數(shù)據(jù)寄存器支持中斷或 DMA 請求：便于高效的數(shù)據(jù)收發(fā)

軟件可控制的 ACK 或 NACK：支持在 ACK/NACK 位上進(jìn)行可選的時(shí)鐘拉伸

可配置的時(shí)鐘拉伸：避免發(fā)送 FIFO 下溢和接收 FIFO 上溢錯(cuò)誤

標(biāo)志位和可選中斷：用于指示數(shù)據(jù)包結(jié)束、STOP 條件或位錯(cuò)誤檢測

主機(jī)/從機(jī)傳輸數(shù)據(jù)

CKS32K148系列MCU的LPI2C框圖如下所示：

圖1 LPI2C框圖

LPI2C 主機(jī)和從機(jī)控制器邏輯相互獨(dú)立，用于在 I2C 總線上分開執(zhí)行所有主/從模式傳輸任務(wù)。這種獨(dú)立性使得主/從控制器能夠高效地管理總線通信，提高了系統(tǒng)的靈活性和性能。

LPI2C端口

LPI2C在不同外部條件下支持不同端口配置模式，通過MCFGR1[26:24]寄存器配置。

開漏支持：LPI2C主設(shè)備默認(rèn)將SDA和SCL引腳配置為開漏模式。

高速模式支持：高速模式的支持也取決于具體的設(shè)備，并且要求SCL引腳支持I2C規(guī)范中所需的電流源上拉。

超快速模式支持：LPI2C主設(shè)備還支持使用SDA和SCL引腳實(shí)現(xiàn)I2C超快速模式所需的僅輸出推挽功能。支持超快速模式還需要設(shè)置MCFGR1[IGNACK]位。

推挽式雙線支持：LPI2C主設(shè)備還支持推挽式雙線配置，如果LPI2C是唯一的主設(shè)備且總線上的所有I2C引腳電壓相同，則可以支持部分高速模式。

推挽式四線支持：推挽式4線配置將SCL/SDA引腳用于輸入數(shù)據(jù)；SCLS/SDAS引腳用于輸出數(shù)據(jù)，且極性可配置。注意在使用此四線配置時(shí)，LPI2C主設(shè)備邏輯和LPI2C從設(shè)備邏輯無法連接到單獨(dú)的I2C總線。

LPI2C主機(jī)傳輸

當(dāng)LPI2C被啟用時(shí)，它會持續(xù)監(jiān)控I2C總線，以檢測總線是否處于空閑狀態(tài)（通過MSR[BBF]標(biāo)志位）。當(dāng)檢測到總線空閑超時(shí)（由 MCFGR2[BUSIDLE] 配置）或者STOP條件時(shí)，I2C總線將被視為空閑。

在I2C總線空閑后，如果發(fā)送 FIFO不為空，并且主機(jī)請求被觸發(fā)或禁用，LPI2C主控制器將啟動I2C總線上的傳輸。這一過程包括以下步驟：

等待總線空閑時(shí)間

等待的時(shí)間= (MCCR0[CLKLO] + 1) * 預(yù)分頻器 (MCFGR1[PRESCALE])。

發(fā)送 START 條件和地址字節(jié)

使用主時(shí)鐘配置寄存器 0 (MCCR0) 中的時(shí)序配置發(fā)送 START 條件和地址字節(jié)；如果配置為高速模式傳輸，則使用主時(shí)鐘配置寄存器 1 (MCCR1) 中的時(shí)序配置。

執(zhí)行主發(fā)送或主接收傳輸

根據(jù)發(fā)送 FIFO 的配置執(zhí)行主發(fā)送或主接收傳輸。

在最后一次主接收傳輸中發(fā)送 NACK

除非發(fā)送 FIFO 中的下一個(gè)命令也是接收數(shù)據(jù)命令且發(fā)送 FIFO 不為空，否則在最后一次主接收傳輸中發(fā)送 NACK。

發(fā)送重復(fù) START 或 STOP 條件

根據(jù)發(fā)送 FIFO 和/或 MCFGR1[AUTOSTOP] 的配置發(fā)送重復(fù) START 或 STOP 條件。

當(dāng) LPI2C 主控制器被禁用時(shí)（無論是由于 MCR[MEN] 被清除還是由于模式進(jìn)入自動禁用），LPI2C 將繼續(xù)清空發(fā)送 FIFO（在發(fā)送 FIFO 為空后，LPI2C 會自動生成 STOP 條件）直到發(fā)送 STOP 條件。

LPI2C從機(jī)傳輸

當(dāng)LPI2C被啟用前可對從機(jī)的地址進(jìn)行匹配設(shè)置：支持 7 位或 10 位地址模式，地址可以配置匹配范圍。

等待主機(jī)的 START 條件：從機(jī)監(jiān)控 I2C 總線，等待主機(jī)發(fā)送 START 條件和從機(jī)地址。

地址匹配：如果接收到的地址與從機(jī)配置的地址匹配，從機(jī)發(fā)送 ACK 響應(yīng)，然后LPI2C從機(jī)會自動執(zhí)行從機(jī)發(fā)送（slave-transmit）或從機(jī)接收（slave-receive）傳輸。

發(fā)送、接收數(shù)據(jù)：從機(jī)通過發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器 STDR 發(fā)送數(shù)據(jù)；通過接收數(shù)據(jù)寄存器SRDR接收主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。

處理接收完成：如果檢測到 STOP 條件或數(shù)據(jù)包結(jié)束，從機(jī)可以觸發(fā)中斷或標(biāo)志位，通知軟件處理接收到的數(shù)據(jù)。

LPI2C主機(jī)時(shí)序配置說明

LPI2C通訊時(shí)，時(shí)序參數(shù)必須配置為滿足 I2C 規(guī)范的要求；這將取決于所支持的模式和 LPI2C 功能時(shí)鐘頻率。以下表格提供了不同模式下寄存器時(shí)序配置示例：

表1 寄存器時(shí)序配置

LPI2C主從通訊實(shí)例

1. 配置LPI2C時(shí)鐘

CLOCK_DRV_Init(&clockMan1_InitConfig0);

其中“clockMan1_InitConfig0”中包含對SIRC、FIRC、SOSC、PLL、以及LPI2C外設(shè)(在peripheralClockConfig0結(jié)構(gòu)體內(nèi))的時(shí)鐘配置。

peripheral_clock_config_t peripheralClockConfig0[NUM_OF_PERIPHERAL_CLO CKS_0] = {

...

{

.clockName = LPI2C1_CLK,

.clkGate = true,

.clkSrc=CLK_SRC_SIRC_DIV2,//LPI2C的時(shí)鐘選擇：SOSC/SIRC/FIRC/SPLL

.frac = MULTIPLY_BY_ONE,

.divider = DIVIDE_BY_ONE,

},

...

}

2. 配置LPI2C 引腳

PINS_DRV_Init(NUM_OF_CONFIGURED_PINS0, g_pin_mux_InitConfigArr0);

其中“g_pin_mux_InitConfigArr0”內(nèi)對LPI2C引腳進(jìn)行配置：

pin_settings_config_t g_pin_mux_InitConfigArr0[NUM_OF_CONFIGURED_PINS0] = {

...

{//LPI2C SDA引腳設(shè)置

.base = PORTC,

.pinPortIdx = 31U,

.pullConfig = PORT_INTERNAL_PULL_UP_ENABLED,

.driveSelect = PORT_LOW_DRIVE_STRENGTH,

.passiveFilter = false,

.mux = PORT_MUX_ALT4,

.pinLock = false,

.intConfig = PORT_DMA_INT_DISABLED,

.clearIntFlag = false,

.gpioBase = NULL,

.digitalFilter = false,

},

{//LPI2C SCK引腳設(shè)置

.base = PORTE,

.pinPortIdx = 1U,

.pullConfig = PORT_INTERNAL_PULL_UP_ENABLED,

.driveSelect = PORT_LOW_DRIVE_STRENGTH,

.passiveFilter = false,

.mux = PORT_MUX_ALT4,

.pinLock = false,

.intConfig = PORT_DMA_INT_DISABLED,

.clearIntFlag = false,

.gpioBase = NULL,

.digitalFilter = false,

},

...

}

下表顯示了LPI2C0、LPI2C1的PIN腳在MCU中的資源分配：

表2 LPI2C0外設(shè)引腳復(fù)用

表3 LPI2C1外設(shè)引腳復(fù)用

3. LPI2C作為主機(jī)收發(fā)數(shù)據(jù)

LPI2C作為主機(jī)FAST模式400K速率配置從機(jī)地址50，設(shè)置參數(shù)如下：

lpi2c_master_user_config_t lpi2c1_MasterConfig0 = {

.slaveAddress = 50U,//地址配置

.is10bitAddr = false,//十位地址配置

.operatingMode = LPI2C_FAST_MODE,//模式配置

.baudRate = 400000UL,//波特率設(shè)置

.transferType = LPI2C_USING_INTERRUPTS,//傳輸方式

.dmaChannel = 0U,//若使能了DMA，則DMA設(shè)置的通道

.masterCallback = NULL,//中斷函數(shù)

.callbackParam = NULL

};

LPI2C_DRV_MasterInit(INST_LPI2C1,&lpi2c1_MasterConfig0,&lpi2c1MasterState);//LPI2C作為主機(jī)初始化

LPI2C_DRV_MasterSendDataBlocking(INST_LPI2C1, masterTxBuffer, BUFF_SIZE, true, OSIF_WAIT_FOREVER);//LPI2C作為主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)

while(!((LPI2C1->MSR)&LPI2C_MSR_SDF_MASK))//停止位檢測

{

LPI2C_DRV_MasterReceiveDataBlocking(INST_LPI2C1,masterRxBuffer, BUFF_SIZE, true, OSIF_WAIT_FOREVER);//LPI2C作為主機(jī)接收數(shù)據(jù)

}

1. LPI2C作為從機(jī)收發(fā)數(shù)據(jù)

LPI2C作為從機(jī)，地址設(shè)置50，配置中斷接收，設(shè)置參數(shù)如下：

lpi2c_slave_user_config_t lpi2c1_SlaveConfig0 = {

.slaveAddress = 50U,//從機(jī)地址

.is10bitAddr = false,//十位地址配置

.operatingMode = LPI2C_FAST_MODE,//模式配置

.slaveListening = true,//監(jiān)聽模式

.transferType = LPI2C_USING_INTERRUPTS,//中斷傳輸

.dmaChannel = 0U,//若配置了DMA，則從機(jī)DMA的通道

.slaveCallback = lpi2c1_SlaveCallback0,//從機(jī)中斷函數(shù)

.callbackParam = NULL

};

LPI2C_DRV_SlaveInit(INST_LPI2C1, &lpi2c1_SlaveConfig0, &lpi2c1SlaveState);//從機(jī)初始化

中斷內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)：

void lpi2c1_SlaveCallback0(i2c_slave_event_t slaveEvent,void *userData)

{

uint32_t instance;

instance = (uint32_t)userData;

switch(slaveEvent)

{

case I2C_SLAVE_EVENT_RX_REQ://從機(jī)接收數(shù)據(jù)

LPI2C_DRV_SlaveSetRxBuffer(instance,slaveRxBuffer, BUFF_SIZE);

break;

case I2C_SLAVE_EVENT_TX_REQ://從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)

LPI2C_DRV_SlaveSetTxBuffer(instance, slaveTxBuffer, BUFF_SIZE);

break;

case I2C_SLAVE_EVENT_TX_EMPTY://發(fā)送完成

case I2C_SLAVE_EVENT_RX_FULL://接收完成

break;

case I2C_SLAVE_EVENT_STOP:

SendOK = true;

break;

}

}

至此，LPI2C模塊簡單的主機(jī)從機(jī)特性及主機(jī)從機(jī)傳輸機(jī)制講述完畢。