Arduino I2C多主机方法(为什么以及如何)

描述

微控制器限制

几年来我一直在构建“连接传感器”，但最初专注于“传感器”部分，直到最近才转向“连接”。每次我探索一种新的连接技术——WiFi、蜂窝、蓝牙、LoRa 等——我都会遇到 Arduino 的一些限制，尤其是其有限的工作内存。当我开始连接传感器时，这些问题源于两个来源：1) 使用长变量或键；2) 字符串操作，例如解析 64 位 GSMloc 字符串以从附近的手机信号塔中提取时间或位置。

在找到这个多主解决方案之前，我已经尝试了所有常见的疑点：使用非 Atmel 变体（例如Teensy ）、将静态变量移动到程序内存中以及在打印语句中使用 F( ) 参数。我也开始将 TI 的 FRAM 芯片放在我的板上，因为我不喜欢 Arduino EEPROM 的有限寿命（100,000 次写入）。

本文介绍了另一种方法，使用多个微控制器来管理我的电路板的功能。这些微控制器将共享对公共 I2C 总线的访问和通信。我想使用标准的Arduino Wire Library ，我很高兴看到这个库声称支持多主机。然而，正如wayneft 在 Arduino.cc 上的这个线程中所描述的那样，有一个很大的问题：Arduino 的多主控支持可以在争夺初始控制权的主控或总线之间进行仲裁，但它可能会在主控完成之前错误地释放总线它。这可能导致总线和您的程序锁定。

避免碰撞和比赛条件

我为这个问题开发了一个简单的解决方案，再加上 Wire 确实提供的多主机支持，可以对 I2C 总线进行稳健的共享控制。我添加了线来连接微控制器上的两组 I/O 引脚：忙碌和时钟。时钟线是我的实时时钟输出的 32kbs 方波。Busy 和 Clock 线都使用 4.7k ohm 上拉电阻拉高。这允许我们对总线的控制进行仲裁，因为每个微控制器都需要使用 Busy 线“声明”总线，而 Clock 线确保它们不会同时声明总线。

以下是它如何与下面提供的示例代码片段一起使用：

• 如果 Arduino 想要读取或写入 I2C 总线，它首先需要检查 Busy 线是否为高电平（这表示总线当前空闲）。然后，它需要检查时钟线，只有在时钟线为低时才能将  Busy 线拉低。

• 如果 Simblee 想要读取或写入 I2C 总线，它首先需要检查 Busy 线是否为高电平（这表示总线当前空闲）。然后，它需要检查时钟线，只有在时钟线为高时才能将 Busy 线拉低。

• 如果 Simblee 或 Arduino 想要访问总线并发现它Low ，他们需要等待。

• 我通过创建两个函数在代码中实现了这一点：TakeTheBus();和GiveUpTheBus();. 每个都返回一个布尔值，因此您可以编写代码以等待成功尝试，然后再继续。

这种类型的通信，其中一个上拉电阻器将线路保持为高电平，并且微控制器“写入”总线的唯一时间是将其拉低，应该防止可能损坏任何一个处理器的情况。

与 SPI 相比

您可能会说——“I2C 也被称为两线接口。这种方法使用了四个，这并不比 SPI 好！”。没错，但请考虑以下几点：

• I2C 传感器通常更常见且更便宜

• 四线要求仅在两个主控之间

• I2C 传感器可以在距离您的电路板更远的地方进行通信

使用这种方法，您可以有效地在两个微控制器之间分配工作。我让 Arduino 专注于服务来自传感器的中断并将数据记录到 FRAM。Simblee 能够从该 FRAM 读取数据并使用蓝牙 LE 将其提供给手机上的应用程序。每个草图都变得更短更容易调试，并且减少了 Arduino 内存的压力。我计划在后续文章中记录电路板设计。

我希望你觉得这篇文章有帮助。