一种I2C总线的仲裁方法及系统与流程

本发明涉及总线通信领域，具体是一种i2c总线的仲裁方法及系统。

背景技术：

i2c（inter－integratedcircuit）总线，是由philips公司开发的两线式（串行数据（sda）线和串行时钟（scl）线）串行总线，通过串行数据（sda）线和串行时钟（scl）线在连接到总线的器件间传递信息，是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少、控制方式简单、器件封装形式小、通信速率较高等优点，已成为微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。

申请公布号为“cn106155971a”的中国专利申请公开了一种i2c总线的仲裁方法，该方法包括：接收到第一主控器件发送的内部集成电路i2c总线控制请求后，向第二主控器件发送i2c总线释放请求，所述第二主控器件拥有所述i2c总线的控制权；若接收到所述第二主控器件发送的i2c总线释放响应，则向所述第一主控器件发送i2c总线控制响应；接收到所述第一主控器件发送的i2c总线控制应答后，将所述i2c总线的控制权分配给所述第一主控器件。该方案对于各个主控器件的i2c总线控制请求可以相对准确高效地进行仲裁，减少冲突产生的概率，从而减少主控器件获取仲裁结果的延时，有利于处理实时业务。

可见，基于上述公开的方案，在多主控器件的i2c总线链路中，让一个主控器件长期占用总线的控制权，即使在没有数据发送任务时，该主控器件也会一直独占总线的控制权，直至另一个主控器件需要发送数据包时，才会通过仲裁模块申请释放总线的控制权，从而进行控制权的切换。这使得总线资源一直处于“非a即b”的被占用状态，造成了总线资源的极大浪费。

另外，当一个主控器件长期占有总线的控制权，总线一旦出现异常，比如出现与地短接现象，上述公开的方案无法做出即时的判断，会认为是总线控制下的正常电平拉低，致使影响总线的稳定性。

此为现有技术的不足之处。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种i2c总线的仲裁方法及系统，用于实现多主控器件状态下总线控制权的自由切换，提高总线的通信稳定性和通信质量。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种i2c总线的仲裁方法，应用在网络设备中，所述网络设备包括至少两个主控器件，所述的i2c总线配设有总线仲裁单元，所述的总线仲裁单元配置有一状态寄存器，所述的状态寄存器定义有busy标志位、wait标志位和error标志位，其中busy标志位用于指示i2c总线占用状态、wait标志位用于指示i2c总线等待释放状态、error标志位用于指示i2c总线故障状态；该i2c总线的仲裁方法包括步骤：

总线仲裁单元接收当前主控器件发送的i2c总线控制请求；

总线仲裁单元在接收到当前主控器件发送的i2c总线控制请求后，判定i2c总线当前是否空闲；

总线仲裁单元在判定i2c总线当前空闲后，将i2c总线的控制权分配给上述当前主控器件，并拉高上述状态寄存器的busy标志位；否则总线仲裁单元访问所述的状态寄存器，并在接收到上述状态寄存器当前反馈的相应标志位的值后，实现对上述当前主控器件的总线控制权的统筹分配；

总线仲裁单元实时采集各当前确权主控器件的i2c总线通信状态，并在每次判定相应当前确权主控器件的i2c总线通信结束后，收回该相应当前确权主控器件的i2c总线控制权，并控制上述状态寄存器释放其busy标志位；所述的当前确权主控器件为当前分配有i2c总线的控制权的主控器件。

其中，在接收到上述状态寄存器当前反馈的相应标志位的值后，实现对上述当前主控器件的总线控制权的统筹分配，具体包括：

总线仲裁单元在接收到上述状态寄存器回应的busy标志位的值为该标志位被拉高后对应的值、回应的wait标志位和error标志位的值均为初始值后，拉高所述状态寄存器的wait标志位，并向上述当前主控器件发送等待被分配i2c总线控制权的回应；

总线仲裁单元在接收到上述状态寄存器回应的busy标志位和wait标志位的值对应为相应标志位被拉高后各自对应的相应值、回应的error标志位的值为初始值后，向上述当前主控器件发送拒绝分配i2c总线控制权的回应；

总线仲裁单元在接收到上述状态寄存器回应的error标志位的值为该标志位被拉高后对应的值后，向上述当前主控器件发送拒绝分配i2c总线控制权的回应。

进一步地，总线仲裁单元在向上述当前主控器件发送等待被分配i2c总线控制权的回应后，并在判定当前确权主控器件的i2c总线通信结束后，释放上述状态寄存器的busy标志位，并将i2c总线的控制权分配给该当前主控器件；且在上述将i2c总线的控制权分配给该当前主控器件后，释放上述状态寄存器的wait标志位并拉高上述状态寄存器的busy标志位。

另外，本发明还提供了一种i2c总线的仲裁系统，应用在网络设备中，所述网络设备包括至少两个主控器件，所述的i2c总线配设有总线仲裁单元，所述的总线仲裁单元配置有一状态寄存器，所述的状态寄存器定义有busy标志位、wait标志位和error标志位，其中busy标志位用于指示i2c总线占用状态、wait标志位用于指示i2c总线等待释放状态、error标志位用于指示i2c总线故障状态；所述的总线仲裁单元包括:

第一收发模块，用于接收当前主控器件发送的i2c总线控制请求；

第一判定模块，用于在第一收发模块接收到当前主控器件发送的i2c总线控制请求后，判定i2c总线当前是否空闲；

第一分配模块，用于在第一判定模块判定i2c总线当前空闲时，将所述i2c总线的控制权分配给上述当前主控器件；还在将所述i2c总线的控制权分配给上述当前主控器件后，用于拉高状态寄存器的busy标志位；

第二分配模块，用于在第一判定模块判定所述i2c总线当前为非空闲时，访问所述的状态寄存器；还用于在接收到上述状态寄存器当前回应的相应标志位的值后，实现对上述当前主控器件的总线控制权的统筹分配；

第二判断模块，与所述的第一分配模块和第二分配模块相连，用于实时采集各当前确权主控器件的i2c总线通信状态；并用于在每次判定相应当前确权主控器件的i2c总线通信结束后，收回该相应当前确权主控器件的i2c总线控制权，并控制上述状态寄存器释放其busy标志位；所述的当前确权主控器件为当前分配有i2c总线的控制权的主控器件。

其中所述的第二分配模块，在接收到上述状态寄存器当前回应的相应标志位的值后，实现对上述当前主控器件的总线控制权的统筹分配，具体包括：

在接收到上述状态寄存器回应的busy标志位的值为该标志位被拉高后对应的值、回应的wait标志位和error标志位的值均为初始值后，用于拉高所述状态寄存器的wait标志位，并用于向上述当前主控器件发送等待被分配i2c总线控制权的回应；

在接收到上述状态寄存器回应的busy标志位和wait标志位的值对应为相应标志位被拉高后各自对应的相应值、回应的error标志位的值为初始值后，用于向上述当前主控器件发送拒绝分配i2c总线控制权的回应；

在接收到上述状态寄存器回应的error标志位的值为该标志位被拉高后对应的值后，用于向上述当前主控器件发送拒绝分配i2c总线控制权的回应。

其中所述的第二分配模块，在其向上述当前主控器件发送等待被分配i2c总线控制权的回应，并在第二判断模块判定当前确权主控器件的i2c总线通信结束后，用于释放上述状态寄存器的busy标志位，并用于将i2c总线的控制权分配给该当前主控器件；还在上述将i2c总线的控制权分配给该当前主控器件后，用于释放上述状态寄存器的wait标志位，并用于拉高上述状态寄存器的busy标志位。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明适于在多主控器件的i2c总线链路中使用，且在每次判定相应主控器件的i2c总线通信结束后，通过收回该相应主控器件的i2c总线控制权的方式，能够避免i2c总线的控制权被一个主控器件长期占用的现象的发生，使得其他主控器件在需要通过i2c总线发送数据时，节省了通过仲裁模块申请释放总线的控制权的过程的使用，这在一定程度上节约了总线资源，也在一定程度上提高了通信的速度；

(2)本发明引入了与i2c总线配合使用的状态寄存器，在判定i2c总线当前非空闲后，通过访问所述的状态寄存器，并在接收到上述状态寄存器当前反馈的相应标志位的值后，实现对上述当前主控器件的总线控制权的统筹分配，从而在一定程度上提高了通信的稳定性与质量；

(3)本发明在当前主控器件已占用i2c总线的同时，可以给另一主控器件预先分配该i2c总线的控制权，从而能够实现多主状态下i2c总线的控制权的有序切换，这在一定程度上进一步提高了通信的稳定性与质量；

（4）本发明引入了状态寄存器的error标志位，且在接收到上述状态寄存器回应的error标志位的值为该标志位被拉高后对应的值后，判定总线故障，并向当前主控器件发送拒绝分配i2c总线控制权响应，这使得本发明在i2c总线故障时，能够即时作出判断，这在一定程度上确保了通信的稳定性与质量。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本发明所述i2c总线的仲裁方法在具有三个主控器件并行发送对i2c总线的控制请求情况下的具体实施方式；

图2为本发明所述i2c总线的仲裁系统的结构框图示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明的一种i2c总线的仲裁方法，应用在网络设备中，所述网络设备包括至少两个主控器件。所述的i2c总线配设有总线仲裁单元，所述的总线仲裁单元配置有状态寄存器，所述的状态寄存器定义有busy标志位、wait标志位和error标志位，其中busy标志位用于指示i2c总线占用状态、wait标志位用于指示i2c总线等待释放状态、error标志位用于指示i2c总线故障状态；该i2c总线的仲裁方法包括如下步骤s1-s4：

步骤s1、总线仲裁单元接收当前主控器件发送的i2c总线控制请求。

步骤s2、总线仲裁单元在上述步骤s1中接收到当前主控器件发送的i2c总线控制请求后，判定i2c总线当前是否空闲，且在判定i2c总线当前空闲后执行步骤s3，否则执行步骤s4。

步骤s3、总线仲裁单元将i2c总线的控制权分配给上述当前主控器件，并拉高状态寄存器的busy标志位；

步骤s4、总线仲裁单元访问所述的状态寄存器，并基于接收到上述状态寄存器当前反馈的相应标志位的值，实现对上述当前主控器件的总线控制权的统筹分配。

其中，在上述步骤s4中，在接收到上述状态寄存器当前反馈的相应标志位的值后，实现对上述当前主控器件的总线控制权的统筹分配，具体包括：

在接收到上述状态寄存器回应的busy标志位的值为该标志位被拉高后对应的值后，拉高所述状态寄存器的wait标志位，并向上述当前主控器件发送等待被分配i2c总线控制权的回应；

在接收到上述状态寄存器回应的busy标志位和wait标志位的值对应为相应标志位被拉高后各自对应的相应值后，向上述当前主控器件发送拒绝分配i2c总线控制权的回应；

在接收到上述状态寄存器回应的error标志位的值为该标志位被拉高后对应的值后，向上述当前主控器件发送拒绝分配i2c总线控制权的回应。

进一步地，在向上述当前主控器件发送等待被分配i2c总线控制权的回应后，实时判定当前分配有i2c总线的控制权的相应主控器件的当前i2c总线通信是否结束；

在判定上述当前i2c总线通信结束后，释放上述状态寄存器的busy标志位，并将i2c总线的控制权分配给该当前主控器件；

在上述将i2c总线的控制权分配给该当前主控器件后，释放上述状态寄存器的wait标志位并拉高上述状态寄存器的busy标志位。

另外，在判定i2c总线当前空闲后，将i2c总线的控制权分配给上述当前主控器件，并拉高状态寄存器的busy标志位，直至在判定上述当前主控器件对应的i2c总线通信结束后，控制所述的状态寄存器释放busy标志位。

其中，所述的i2c总线的仲裁方法还包括：总线仲裁单元实时采集各当前确权主控器件的i2c总线通信状态，并在每次判定相应当前确权主控器件的i2c总线通信结束后，收回该相应当前确权主控器件的i2c总线控制权，并控制上述状态寄存器释放其busy标志位。所述的当前确权主控器件为当前分配有i2c总线的控制权的主控器件。

具体地，以三个主控器件a、b、c为例，主控器件a、b、c并行发送对i2c总线的控制请求，如图1所示，具体如下：

步骤q1、初始状态（i2c总线当前空闲）下，总线仲裁单元接收到主器件a发送的i2c总线控制请求；其中在初始状态下，状态寄存器定义的busy标志位、wait标志位和error标志位的值依序为0、0和0；

步骤q2、总线仲裁单元在接收到主器件a发送的i2c总线控制请求后，判定i2c总线当前是否空闲，且此时判定i2c总线当前空闲，执行步骤q3；

步骤q3、总线仲裁单元将i2c总线的控制权分配给主控器件a，并拉高其配置的状态寄存器的busy标志位；之后执行步骤q4和q12；

步骤q4、在主控器件a占有i2c总线的控制权的过程中，总线仲裁单元接收到主器件b发送的i2c总线控制请求；

步骤q5、总线仲裁单元在接收到主器件b发送的i2c总线控制请求后，判定i2c总线当前是否空闲，此时判定i2c总线当前非空闲，之后执行步骤q6；

步骤q6、总线仲裁单元访问上述状态寄存器，并在上述状态寄存器回应的busy标志位、wait标志位和error标志位的值依序为1（即为该busy标志位被拉高后对应的值）、0和0时，执行步骤q7；且在上述状态寄存器回应error标志位的值为1（即为该error标志位被拉高后对应的值）时执行步骤q15；

步骤q7、拉高所述状态寄存器的wait标志位，并向主控器件b发送等待被分配i2c总线控制权的回应，主控器件b进入等待状态；

步骤q8、在主控器件a占有i2c总线的控制权、以及在上述步骤q7向主控器件b发送等待被分配i2c总线控制权的回应后，总线仲裁单元接收到主器件c发送的i2c总线控制请求；

步骤q9、总线仲裁单元在接收到主器件c发送的i2c总线控制请求后，判定i2c总线当前是否空闲，此时判定i2c总线当前非空闲，之后执行步骤q10；

步骤q10、总线仲裁单元访问所述的状态寄存器，并在该状态寄存器回应busy标志位的值为1、回应wait标志位的值为1以及回应error标志位的值为0时，执行步骤q11；且在该状态寄存器回应error标志位的值为1时，执行步骤q11；

步骤q11、总线仲裁单元向上述主控器件c发送拒绝分配i2c总线控制权的回应；

步骤q12、总线仲裁单元实时采集主控器件a的i2c总线通信状态，并在判定主控器件a的i2c总线通信结束后，执行步骤q13；

步骤q13、收回主控器件a对i2c总线的控制权，并释放上述状态寄存器的busy标志位（该busy标志位恢复至初始状态），之后执行步骤q14；

步骤q14、总线仲裁单元将i2c总线的控制权分配给主控器件b，之后控制上述状态寄存器释放wait标志位并拉高busy标志位；此时，wait标志位置0，busy标志位置1；

步骤q15、向上述主控器件b发送拒绝分配i2c总线控制权的回应。

其中，在上述主控器件b占有i2c总线的控制权的过程中，若总线仲裁单元再接收到其他主控器件发送的i2c总线控制请求，则重复执行上述主控器件b与c的控制过程。

在本实施方式中，所涉及的判定主控器件的i2c总线通信结束的方法为：在主控器件当前被分配有i2c总线的控制权后，实时采集当前i2c总线对应串行数据（sda）和串行时钟（scl）线中的各相应信号，在scl线中信号处于高位时，若判定sda线中信号由低位转为高位，则判定该当前主控器件的i2c总线通信结束。

综上，可见本发明提供了一种高效的调度方法，提前将并行的主控器件进行排队处理，保证了总线资源的高效利用。同时检测总线是否异常，保证多主器件的正常运转。

本发明还提供了一种i2c总线的仲裁系统，如图2所示，应用在网络设备中，所述网络设备包括至少两个主控器件（本实施方式以三个主控器件为例），所述的i2c总线配设有总线仲裁单元，所述的总线仲裁单元配置有一状态寄存器，所述的状态寄存器定义有busy标志位、wait标志位和error标志位，其中busy标志位用于指示i2c总线占用状态、wait标志位用于指示i2c总线等待释放状态、error标志位用于指示i2c总线故障状态；所述的总线仲裁单元包括：

第一收发模块，用于接收当前主控器件发送的i2c总线控制请求；

第一判定模块，用于在第一收发模块接收到当前主控器件发送的i2c总线控制请求后，判定i2c总线当前是否空闲；

第一分配模块，用于在第一判定模块判定i2c总线当前空闲时，将所述i2c总线的控制权分配给上述当前主控器件；还在将所述i2c总线的控制权分配给上述当前主控器件后，用于拉高状态寄存器的busy标志位；

第二分配模块，用于在第一判定模块判定所述i2c总线当前为非空闲时，访问所述的状态寄存器；还用于在接收到上述状态寄存器当前回应的相应标志位的值后，实现对上述当前主控器件的总线控制权的统筹分配；

第二判断模块，与所述的第一分配模块和第二分配模块相连，用于实时采集各当前确权主控器件的i2c总线通信状态；并用于在每次判定相应当前确权主控器件的i2c总线通信结束后，收回该相应当前确权主控器件的i2c总线控制权，并控制上述状态寄存器释放其busy标志位；所述的当前确权主控器件为当前分配有i2c总线的控制权的主控器件。使用时，总线仲裁单元通过第一收发模块接收当前主控器件发送的i2c总线控制请求；之后通过第一判定模块判定i2c总线当前是否空闲；并在第一判定模块判定i2c总线当前空闲时，调用第一分配模块将i2c总线的控制权分配给上述当前主控器件，之后调用第一分配模块拉高状态寄存器的busy标志位（即将busy标志位置1）；且在第一判定模块判定所述i2c总线当前为非空闲时，调用第二分配模块访问所述的状态寄存器，并在接收到上述状态寄存器当前回应的相应标志位的值后，实现对上述当前主控器件的总线控制权的统筹分配。另外，该系统在使用时，调用第二判断模块实时采集各当前确权主控器件的i2c总线通信状态，并在每次判定相应当前确权主控器件的i2c总线通信状态为i2c总线通信结束后，收回该相应当前确权主控器件的i2c总线控制权，并控制上述状态寄存器释放其busy标志位（即将该busy标志位置0）。所述的当前确权主控器件为当前分配有i2c总线的控制权的主控器件。

在本实施方式中，所述的第二分配模块，在接收到上述状态寄存器当前回应的相应标志位的值后，实现对上述当前主控器件的总线控制权的统筹分配，具体包括：在接收到上述状态寄存器当前回应的busy标志位的值为1（即为该busy标志位被拉高后对应的值）、回应的wait标志位和error标志位的值均为0后，用于拉高所述状态寄存器的wait标志位，并用于向上述当前主控器件发送等待被分配i2c总线控制权的回应；在接收到上述状态寄存器回应的busy标志位和wait标志位的值均为1（即为busy标志位和wait标志位各自被拉高后各自对应的值）、回应的error标志位的值为0后，用于向上述当前主控器件发送拒绝分配i2c总线控制权的回应；在接收到上述状态寄存器回应的error标志位的值为1（即为该error标志位被拉高后对应的值）后，用于向上述当前主控器件发送拒绝分配i2c总线控制权的回应。

其中所述的第二分配模块，在其向上述当前主控器件发送等待被分配i2c总线控制权的回应，并在第二判断模块判定当前确权主控器件的i2c总线通信结束后，用于释放上述状态寄存器的busy标志位，并用于将i2c总线的控制权分配给该当前主控器件；还在上述将i2c总线的控制权分配给该当前主控器件后，用于释放上述状态寄存器的wait标志位，并用于拉高上述状态寄存器的busy标志位。

其中，上述第二判断模块判定每个所涉及的主控器件的i2c总线通信结束的方法为：在主控器件当前被分配有i2c总线的控制权后，实时采集当前i2c总线对应串行数据（sda）和串行时钟（scl）线中的各相应信号，在scl线中信号处于高位时，若判定sda线中信号由低位转为高位，则判定该当前主控器件的i2c总线通信结束。

综上可见，本发明所述的i2c总线的仲裁系统，实现了多个主控器件并行通信过程中的合理调度，避免了多个主控器件因各自判定逻辑不兼容而导致的冲突的发生，不仅提高了通信效率，还提高了整个通信系统的灵活性和稳定性，在很大程度上实现了i2c链路资源的利用。另外，本发明增加了i2c总线异常检测机制，从而保证了多主环境下i2c总线的正常运转。

需要说明的是，本发明所涉及的拉高各相应标志位，即为将各相应标志位对应的值分别置为1；本发明所涉及的拉低各相应标志位，即为将各相应标志位对应的值分别置为0；另外，各相应标志位的初始值均为0。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。