需要定制的I2C主从系统时如何进行？
适用什么设计标准？
可以使用哪些调试工具来解决问题？
这是一个参考问题。我删除了一些注释，这些注释使这一点变得不那么明显了。（问题由提问者回答）。
—
尼克·加蒙
如何设计和调试自定义I2C主从系统？
Answers:
我在Embedded Linux Conference上提供的本教程试图回答这些问题，提供指向所解决主题的更详细描述的链接，并使用驾驶4WD无人机的实际示例进行说明，其中Arduino Mini Pro充当从属并控制4个独立的轮子。原始文件可以在这里找到。
注意：此答案目前正在开发中，因为我调整了链接中的重点。
I2C总线的典型应用
- 与相对较慢的外围设备接口。例如：传感器，机械执行器。
控制“快速”外围设备，该外围设备使用其他通道交换数据。例如：编解码器。
在PC中，操作系统通常通过I2C与以下对象进行交互：
- 温度和电池电压表；
- 风扇速度控制器；
- 音频编解码器。
如果有多个总线控制器可用，则按速度对外围设备进行分组，以使快速的外围设备不会受到较慢的外围设备的影响。
I2C总线快速入门-关键功能
- 串行总线。
- 仅2条线：串行时钟和串行DAta（加地线）。
- 4种速度：100kHz，400kHz，1MHz，3.2MHz。
- 通常，有1个主设备和1个或多个从设备。
- 通信始终由主设备启动。
- 多个主机可以共存于同一总线上（多主机）。
- 开漏：SDA和SCL都需要上拉电阻。
- “时钟伸展”
- 主机控制SCL，但是如果需要调整速度，从机可以将其按住（因为漏极开路）。
- 主机必须检查这种情况。
- 从站可能会卡住并阻塞总线：需要从主站到从站的复位线。
- 通常支持7位寻址，但也支持10位。
- 逻辑协议：未指定实际电压水平，并且取决于各个实现。例如：1.8V / 3.3V / 5.0V
参考网址：
总线配置示例
议定书的特点（简体）
- 2种消息类型：读取和写
- 开始/停止位-在其余答案中用“ [”和“]”表示
- 地址：7位或10位
- R / W位：R = 1 / W = 0用于区分所发送消息的类型。
- 总线上的数据：（地址<< 1 | R / W）
- 在所选设备内注册为信息处理程序。
公交交通示例
定制奴隶
为什么要创建自定义I2C从设备？
- I2C接口不提供所需的传感器/执行器。
- 可用的唯一地址少于所需的从站。
- 从站上所需的自定义功能：
- 对刺激的半自主反应。
- 过滤/预处理输入数据。
- 功率优化：当主处理器空闲时，自定义的“传感器中心”进行内部管理。
- 实时响应输入。
- [您的想象力在这里]
如何设计定制的I2C从器件？
- 定义需求（请参阅上一张幻灯片）。
- 选择微控制器或微处理器。
- 选择调度程序或操作系统（如果有）。
- 定义通信子协议：
- 定义要交换的参数和命令。
- 将它们整理成“注册者”，然后选择一个免费地址。
I2C主机的设计
关键设计标准：
- 重量/尺寸。
- 所需的计算能力和平均延迟。
- 类似于PC的设备
- 嵌入式设备，通常无头。
- 首选的编程语言：解释还是编译。
- 用于驱动从站的总线/ GPIO的可用性：
- 仅限GPIO：bitbang协议
- I2C：用户空间应用程序与内核驱动程序。
- 没有可用的GPIO / I2C接口：USB到I2C适配器。
调试：分而治之
使用临时设备直接控制总线。例子：
- 海盗船（也可用于其他公共汽车）
- USB转I2C主适配器，也基于FTDI FT232R芯片。
- 自定义设备（可以是单独的项目）。
用逻辑分析仪或示波器/高级仪表监听总线。例子：
- 带有兼容逻辑分析仪的sigrok / pulseview
- 2通道独立示波器/仪表
使用特定于从机的在线调试器/在线仿真器。
示例：用于AVR芯片的AVR Dragon（Arduino UNO，Nano，Mini，MiniPro）
海盗海盗
- 主要用于开发目的。
- 可以同时嗅探总线并驱动它。
- 通过串行（ttyACM）端口的控制台接口，包括宏，或对几种编程语言的编程访问。
- 内置上拉电阻器和电压源（5V / 3.3V）
- 支持许多其他协议。
- 参考文献：Wikipedia，主页
USB转I2C适配器
sigrok和Pulseview
sigrok（Bakend组件）徽标
Pulseview（可视化器）示例
低端逻辑分析仪示例
- 事实标准，用于Linux上PC驱动的测量（但在其他OS上也可用）。
- 支持各种逻辑分析仪，示波器和仪表。
- 各种协议解码器，包括I2C。
- 用于可视化逻辑信号和调试协议错误。
- 即使是非常低端的，廉价的硬件也可以为调试提供一个全新的维度。
- 参考：sigrok，pulseview，支持的硬件
示例：操纵4WD无人机
使用2个Arduino Mini Pro构建的原型。
奴隶在本例中做什么？
I2C从站：
- 控制施加到每个车轮的扭矩量。
- 控制每个车轮旋转的方向。
- 通过光学编码器（里程表）测量每个车轮的转速。
- 将以上参数公开给I2C主设备。
I2C从设备的高级框图。
选择从站：Arduino Mini Pro
- 为每个车轮提供足够的销钉/功能：
- 1个具有独立配置占空比的PWM输出。
- 1个GPIO，用于将里程表输入注册为IRQ。
- 2个GPIO用于选择：
- 向前
- 逆转
- 闲
- 锁
- I2C硬件模块，用于中断驱动的i2c交换。
- 用于基于SPI编程的专用引脚。
- 占地面积小。
- 低成本。
- 图片中表示的克隆的电路板布局经过优化，可安装在DIL插座上。
从属特定ICD：AVR Dragon
- 通过AVRDude支持各种编程模式，包括SPI编程。
- 不会干扰正常的AVR操作，因此可以将其插入系统。
- 启用debugWire接口后，它允许通过gdb / ddd的专用后端配置硬件/软件断点。
选择操作系统：ChibiOS
- RTOS：抢占，任务，信号量，动态系统tic等。
- 占用空间小：仅链接使用的代码/数据。
- 通过HAL区分RTOS和BSP。
- 非商业用途的GPLv3。
- 积极发展，但已经成熟。
- 支持8位AVR。
但是，它对AVR的BSP支持有限，缺少：-中断AVR GPIO的驱动程序（已添加）。-I2C支持AVR从模式（自定义）。它必须作为AVR的Drone SW的一部分单独开发。
定义通讯参数
对于每个车轮：
用于驱动它的PWM信号的占空比 -1个字节。0xFF =最大扭矩/ 0x00 =无扭矩
旋转方向 -1个字节。
- 0x00 =空闲
- 0x01 =反向
- 0x02 =转发
- 0x03 =锁定
光学编码器的时隙之间的平均周期 -2个字节。
- 写任何东西都会重置测量。
参数索引 -1个半字节：
- 0 =占空比
- 1 =方向
- 2 =平均期间
车轮索引 -1个半字节：
- 0 =左后
- 1 =右后
- 2 =右前
- 3 =左前
- 4 =全部
子协议：定义寄存器
寄存器格式：0xαβ -α=参数索引-β=车轮索引
地址（任意选择）：0x10
总线海盗格式： -[=起始位-] =结束位-r =读取字节-地址乘以2（左移1），对于R / W位
示例-总线盗版格式
[i2c_addr reg_addr =（parm，wheel）reg_value]
[0x20 0x20 0x02] Left Rear Forward
[0x20 0x21 0x01] Right Rear Backward
[0x20 0x22 0x01] Right Front Backward
[0x20 0x23 0x02] Left Front Forward
[0x20 0x14 0xFF] Wheels set to max torque
汽车顺时针旋转。