3. I2C硬件基础

地址，是I2C通信的起点。没有地址，主设备就不知道跟谁说话。我刚开始接触I2C时，觉得地址就是个简单的编号，后来踩了几个坑才明白——地址格式、保留地址、广播地址，这些细节搞不清楚，设备就是死活不通。

这一节，咱们把I2C地址的底裤扒干净。

3.1 7位地址格式：最常用的寻址方式

绝大多数I2C设备都使用7位地址。为什么？因为够用，而且省字节。

7位地址，取值范围是0x00到0x7F，一共128个地址。但别高兴太早——其中16个是保留地址，真正能用的只有112个。

7位地址在总线上的传输格式是这样的：

起始位 | 7位地址 | 读写位 | 应答位 | 数据...

注意，地址字节是8位——高7位是地址，最低位是读写方向。读为1，写为0。

3.2 10位地址格式：什么时候用？

7位地址只有112个可用，对于复杂系统来说，不够用。比如一个大型服务器主板上，可能有几十个I2C设备，地址冲突是常有的事。

10位地址，取值范围0x000到0x3FF，共1024个地址。它通过两个字节来传输：

第一字节: 1111 0XX R/W   (XX是地址高2位)
第二字节: AAAAAAAA        (地址低8位)

第一字节的高5位固定为11110，这是10位地址的标志。后面跟着地址的高2位，然后是读写位。第二字节就是地址的低8位。

我遇到过这样一个场景：一个系统里挂了8个相同的温度传感器，每个传感器只有3个地址引脚，最多支持8个不同地址。但系统里还有其他I2C设备，地址冲突了。最后我把温度传感器换成10位地址版本，才解决了问题。

3.3 广播地址：一呼百应

广播地址是0x00。主设备发送广播地址时，所有从设备都应该应答——当然，前提是从设备支持广播。

广播地址的用途：

• 系统复位：主设备发送广播，让所有从设备复位到初始状态
• 固件升级：批量更新设备固件时，先广播进入升级模式
• 状态同步：某些系统需要所有设备同时执行某个操作

但要注意，广播地址不是所有设备都支持。很多传感器芯片压根不实现广播响应。我在项目中用过一次广播复位，结果发现某个从设备没反应，后来查手册才知道它不支持广播。

3.4 保留地址：哪些不能用？

I2C规范定义了一些保留地址，这些地址不能分配给普通设备。我整理了一个表格，方便你查阅：

嗯，这里要注意：0x78到0x7F这8个地址，是10位地址的保留区域。如果你用7位地址的设备，千万别把地址设在这个范围内，否则会跟10位地址设备冲突。

3.5 地址冲突：实战中的坑

地址冲突是我在项目中遇到最多的问题。两个设备用了同一个地址，总线就乱了。

常见的解决方案：

• 地址引脚：很多芯片有ADDR引脚，通过拉高拉低改变地址
• 地址复用：使用I2C多路复用器（如PCA9548）
• 地址转换：使用地址转换芯片（如LTC4316）
• 更换设备：实在不行就换一个地址不同的型号

我曾经在一个项目里，用了两个相同型号的ADC芯片，地址引脚都接地了，结果地址冲突。后来我加了一个I2C多路复用器，才把问题解决。那段时间，我天天盯着逻辑分析仪看波形，眼睛都快瞎了。

3.6 地址与寻址模式知识结构

下面这张图，把I2C地址体系的核心逻辑串起来了：

这张图把I2C地址体系分成了三个分支：7位地址、10位地址、特殊地址。每个分支都列出了核心参数。你写驱动时，对照这张图就能快速定位地址问题。

3.7 Linux内核中的地址处理

在Linux内核里，I2C地址的处理有固定的套路。我写驱动时，一般这样配置：

// 7位地址设备
static struct i2c_board_info my_i2c_devices[] = {
    {
        I2C_BOARD_INFO("temp_sensor", 0x48),
        .platform_data = &temp_data,
    },
};

// 10位地址设备
static struct i2c_board_info my_i2c_devices_10bit[] = {
    {
        I2C_BOARD_INFO("adc_10bit", 0x290),
        .flags = I2C_CLIENT_TEN,
        .platform_data = &adc_data,
    },
};

注意10位地址设备的flags字段，必须设置I2C_CLIENT_TEN。否则内核会按7位地址处理，导致地址不匹配。