I²C
简介
集成电路总线（Inter-Integrated Circuit）是一种串行协议（通常缩写为 I²C 或 I2C），它允许多个外围芯片（slave）与一个或多个控制器芯片（master）进行通信。多个设备可以连接到同一条 I²C 总线，并且可以通过指定其 I²C 地址将消息发送到特定设备。该协议需要两根信号线，只能用于设备内的短距离通信。
其中一根信号线用于数据（SDA），另一根用于时钟信号（SCL）。默认情况下，线路被总线上某处的电阻拉高。总线上的任何设备（甚至同时有多个设备）可以“拉低”一条或两条信号线。这意味着如果两个设备同时尝试在总线上通信，电路并不会发生损坏——只有发送的消息会损坏（并且可以检测到）。
I²C 事务由一条或多条消息组成。每条消息都包含一个起始信号、一些字，最后是一个结束信号（如果有后续消息，则为另一个起始信号）。每个字都是八位，后面跟着一个 ACK（0）或 NACK（1）位，由接收方发送，以指示是否正确接收和理解该字。第一个字指示此消息的目标设备的 7 位地址，以及表示要从设备读取还是写入的位。如果总线上没有具有此地址的设备，第一个字后面自然会得到一个 NACK（因为没有设备将 SDA 线驱动为低电平以生成 ACK 位），于是你就可以知道此设备不存在。
SCL 上的时钟频率通常为 400 kHz，但也支持更慢和更快的速度（标准速度为 100 kHz-400 kHz-1 MHz）。在我们的练习中，将配置为 400 kHz（<MasterConfig as Default>::default().baudrate(400.kHz().into())）。
要从 EEPROM 设备读取三个字节，通信序列将类似于：
| 步骤 | 控制器发送 | 外设发送 |
|---|---|---|
| 1. | 起始信号 | |
| 2. | 设备地址 + 写 | |
| 3. | ACK | |
| 4. | 高位 EEPROM 地址字节 | |
| 5. | ACK | |
| 6. | 低位 EEPROM 地址字节 | |
| 7. | ACK | |
| 8. | 起始信号 | |
| 9. | 设备地址 + 读 | |
| 10. | ACK | |
| 11. | EEPROM 地址上的数据字节 | |
| 12. | ACK | |
| 13. | EEPROM 地址 +1 上的数据字节 | |
| 14. | ACK | |
| 15. | EEPROM 地址 +2 上的数据字节 | |
| 16. | NAK（即结束读取） | |
| 17. | 结束信号 |
I²C 信号图
I²C 总线上的数据传输时序图：
- S - 起始条件
- P - 结束条件
- B1 到 BN - 传输一位数据
- 当 SCL 为低电平（蓝色）时允许 SDA 电平变化，否则将生成起始或结束条件。