MCU微課堂

CKS32K148 LPI2C

第六十期 2025.07.14

LPI2C（Low Power Inter-Integrated Circuit）是CKS32K148微控制器中的一個低功耗I2C接口模塊。CKS32K148款MCU存在LPI2C0、LPI2C1兩個LPI2C，支持標準模式（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 總線標準模式、快速模式、快速+模式、從機模式下的高速模式 (HS)。

低功耗：支持低功耗模式。

多主模式：支持多主操作，包括同步和仲裁機制。

中斷和 DMA 支持：提供中斷和 DMA 支持，減少 CPU 負載。

可配置性：可配置廣播呼叫、7 位或 10 位地址模式。可選擇SOSC、SIRC、FIRC、SPLL時鐘源，支持時鐘延長、時序可通過寄存器靈活配置。

錯誤檢測：支持總線忙檢測、仲裁丟失、FIFO錯誤、端口低電平超時、位錯誤檢測。

主機特性

4字深度的 命令/發送/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）START 和 STOP 條件：可以發起一個或多個主接收器傳輸

STOP 條件可以從命令 FIFO生成，也可在發送 FIFO為空時自動生成

主機請求輸入：用于控制 I2C總線傳輸的啟動時間

靈活的接收數據匹配功能：可以在數據匹配時生成中斷，并丟棄不需要的數據

標志位和可選中斷：用于指示重復 START 條件、STOP 條件、仲裁丟失、意外的 NACK 以及命令字錯誤

支持可配置的總線空閑超時和引腳低電平超時：增強總線的魯棒性和可靠性

從機特性

獨立的 I2C 從機寄存器：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 警報和通用呼叫地址：提供靈活的地址配置和通信功能

發送/接收數據寄存器支持中斷或 DMA 請求：便于高效的數據收發

軟件可控制的 ACK 或 NACK：支持在 ACK/NACK 位上進行可選的時鐘拉伸

可配置的時鐘拉伸：避免發送 FIFO 下溢和接收 FIFO 上溢錯誤

標志位和可選中斷：用于指示數據包結束、STOP 條件或位錯誤檢測

主機/從機傳輸數據

CKS32K148系列MCU的LPI2C框圖如下所示：

圖1 LPI2C框圖

LPI2C 主機和從機控制器邏輯相互獨立，用于在 I2C 總線上分開執行所有主/從模式傳輸任務。這種獨立性使得主/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主設備默認將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備，并且要求SCL引腳支持I2C規范中所需的電流源上拉。

超快速模式支持：LPI2C主設備還支持使用SDA和SCL引腳實現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置MCFGR1[IGNACK]位。

推挽式雙線支持：LPI2C主設備還支持推挽式雙線配置，如果LPI2C是唯一的主設備且總線上的所有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引腳用于輸入數據；SCLS/SDAS引腳用于輸出數據，且極性可配置。注意在使用此四線配置時，LPI2C主設備邏輯和LPI2C從設備邏輯無法連接到單獨的I2C總線。

LPI2C主機傳輸

當LPI2C被啟用時，它會持續監控I2C總線，以檢測總線是否處于空閑狀態（通過MSR[BBF]標志位）。當檢測到總線空閑超時（由 MCFGR2[BUSIDLE] 配置）或者STOP條件時，I2C總線將被視為空閑。

在I2C總線空閑后，如果發送 FIFO不為空，并且主機請求被觸發或禁用，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：

等待總線空閑時間

等待的時間= (MCCR0[CLKLO] + 1) * 預分頻器 (MCFGR1[PRESCALE])。

發送 START 條件和地址字節

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

執行主發送或主接收傳輸

根據發送 FIFO 的配置執行主發送或主接收傳輸。

在最后一次主接收傳輸中發送 NACK

除非發送 FIFO 中的下一個命令也是接收數據命令且發送 FIFO 不為空，否則在最后一次主接收傳輸中發送 NACK。

發送重復 START 或 STOP 條件

根據發送 FIFO 和/或 MCFGR1[AUTOSTOP] 的配置發送重復 START 或 STOP 條件。

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

LPI2C從機傳輸

當LPI2C被啟用前可對從機的地址進行匹配設置：支持 7 位或 10 位地址模式，地址可以配置匹配范圍。

等待主機的 START 條件：從機監控 I2C 總線，等待主機發送 START 條件和從機地址。

地址匹配：如果接收到的地址與從機配置的地址匹配，從機發送 ACK 響應，然后LPI2C從機會自動執行從機發送（slave-transmit）或從機接收（slave-receive）傳輸。

發送、接收數據：從機通過發送數據寄存器 STDR 發送數據；通過接收數據寄存器SRDR接收主機發送的數據。

處理接收完成：如果檢測到 STOP 條件或數據包結束，從機可以觸發中斷或標志位，通知軟件處理接收到的數據。

LPI2C主機時序配置說明

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

表1 寄存器時序配置

LPI2C主從通訊實例

1. 配置LPI2C時鐘

CLOCK_DRV_Init(&clockMan1_InitConfig0);

其中“clockMan1_InitConfig0”中包含對SIRC、FIRC、SOSC、PLL、以及LPI2C外設(在peripheralClockConfig0結構體內)的時鐘配置。

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”內對LPI2C引腳進行配置：

pin_settings_config_t g_pin_mux_InitConfigArr0[NUM_OF_CONFIGURED_PINS0] = {

...

{//LPI2C SDA引腳設置

.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外設引腳復用

表3 LPI2C1外設引腳復用

3. LPI2C作為主機收發數據

LPI2C作為主機FAST模式400K速率配置從機地址50，設置參數如下：

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,//波特率設置

.transferType = LPI2C_USING_INTERRUPTS,//傳輸方式

.dmaChannel = 0U,//若使能了DMA，則DMA設置的通道

.masterCallback = NULL,//中斷函數

.callbackParam = NULL

};

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

LPI2C_DRV_MasterSendDataBlocking(INST_LPI2C1, masterTxBuffer, BUFF_SIZE, true, OSIF_WAIT_FOREVER);//LPI2C作為主機發送數據

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作為主機接收數據

}

1. LPI2C作為從機收發數據

LPI2C作為從機，地址設置50，配置中斷接收，設置參數如下：

lpi2c_slave_user_config_t lpi2c1_SlaveConfig0 = {

.slaveAddress = 50U,//從機地址

.is10bitAddr = false,//十位地址配置

.operatingMode = LPI2C_FAST_MODE,//模式配置

.slaveListening = true,//監聽模式

.transferType = LPI2C_USING_INTERRUPTS,//中斷傳輸

.dmaChannel = 0U,//若配置了DMA，則從機DMA的通道

.slaveCallback = lpi2c1_SlaveCallback0,//從機中斷函數

.callbackParam = NULL

};

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

中斷內進行數據收發：

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://從機接收數據

LPI2C_DRV_SlaveSetRxBuffer(instance,slaveRxBuffer, BUFF_SIZE);

break;

case I2C_SLAVE_EVENT_TX_REQ://從機發送數據

LPI2C_DRV_SlaveSetTxBuffer(instance, slaveTxBuffer, BUFF_SIZE);

break;

case I2C_SLAVE_EVENT_TX_EMPTY://發送完成

case I2C_SLAVE_EVENT_RX_FULL://接收完成

break;

case I2C_SLAVE_EVENT_STOP:

SendOK = true;

break;

}

}

至此，LPI2C模塊簡單的主機從機特性及主機從機傳輸機制講述完畢。