Posted By Liang Bird on 7 月 2, 2020 in I2C 界面解密, Maker電子學, 教學文 | 1 comment

上一篇文章【Maker電子學】I2C 界面解密 — PART 3，我們聊了 I²C（以下寫作 I2C） 界面的底層邏輯協定，但是我們發現 I2C 的標準只定義了對裝置的單一/連續的讀取與寫入，並沒有定義我們常使用的暫存器編號使用方法，那麼這些用法是怎麼來的呢？這一次我們就來探討這個部分。

一切都從 EEPROM 開始

我們上次說過，I2C 誕生在一個淳樸的年代，那時候的週邊晶片並沒有爲數衆多的暫存器可供讀寫，因此 I2C 也就沒有定義什麼暫存器位址之類的協定。當時大部分的 I2C 週邊晶片都只有一兩個 8-bit 的暫存器，因此不管是讀或是寫，頂多連續讀寫幾個 byte 就可以了。

但自從 EEPROM 出現之後，這種只用連續讀寫來存取多個暫存器的方法就顯得很笨拙了。假設今天我們有一顆 256 bytes 的 EEPROM，我們總不能每次讀取時都下一個連續讀取 256 bytes 的指令，把它的內容全部讀出來吧？如果寫入的時候這樣做，EEPROM 的壽命很快就會用完了。

因此，當 I2C 的 EEPROM 出現時，就帶入了索引（index）這個協定上的概念。

索引暫存器

這個概念是，EEPROM 的內部有一個稱為 index 的暫存器，它就像一個指標，指向我們要讀取或是寫入的位置。每一次我們對 EEPROM 下寫入指令時，第一個寫入的 byte 就是寫入這個 index 暫存器，接下來寫入的資料才會寫到這個 index 暫存器所指向的位置。

以 24C02 這樣的 EEPROM 爲例，它的容量是 2 Kbits，或是 2048 / 8 = 256 bytes，因此一個 byte 的 index 暫存器剛好可以用來指向 0-255 的位置，也就可以用來存取整顆 EEPROM 的內容。

如果我要對 EEPROM 的第 0 個 byte 寫入一個 0x77 這樣的值，在 I2C 上就要用這樣的指令：

（圖片來源：Bird 提供）

這是一個 2 bytes 的連續寫入指令，它連續寫了 0x00 和 0x07 這兩個值到 EEPROM 的 I2C slave address。根據上面說明的，寫入 I2C EEPROM 的第一個 byte 一定會寫入它的 index 暫存器，因此當第一個 byte 寫完時，index 暫存器的內容就會變成 0x00，而接下來對 EEPROM 所操作的任何動作，不管是讀取還是寫入，都是對著 index 所指向的這個位址進行，因此上面這個指令就會把 0x77 寫到 EEPROM 的 0x00 這個位置裡。

那要讀取 EEPROM 的內容時該怎麼做呢？讀取的時候比較麻煩。假設我們要讀取 EEPROM 裡面位於 0x02 這個位址的內容，我們得先寫一個 0x02 到 EEPROM 的 I2C slave address，然後再對同一個 slave address 下讀取的指令，讀回一個 byte。整個指令會變成這樣：