3. I2C 寻址与数据传输：7位/10位地址模式、读写操作流程、多主机仲裁机制

好，咱们今天聊点硬核的。I2C 总线上的设备怎么找到彼此？数据怎么传？多个主机抢总线怎么办？这些搞不清楚，写驱动就是瞎蒙。我刚开始调 I2C 的时候，就吃过地址不对的亏，折腾了两天才发现是 7 位和 8 位地址搞混了。

3.1 7位地址模式：最常用的寻址方式

I2C 总线上的每个从设备都有一个唯一地址。7 位地址模式，说白了就是地址范围从 0x00 到 0x7F，一共 128 个地址。但实际能用的没那么多，0x00 是通用呼叫地址，0x01 到 0x07 保留，0x78 到 0x7F 也是保留地址。真正给设备用的，大概 112 个。

举个例子。瑞芯微平台上常见的传感器，比如温度传感器 LM75，它的 7 位地址是 0x48。发送时变成 0x90（写）或 0x91（读）。我见过不少新手直接拿 0x90 当设备地址去配寄存器，结果死活不通。

3.2 10位地址模式：什么时候用？怎么用？

7 位地址不够用怎么办？I2C 规范定义了 10 位地址模式。它用两个字节来传输地址：第一个字节的前 5 位是 11110，后 2 位是地址的高 2 位；第二个字节是地址的低 8 位。

地址模式	地址范围	传输字节数	适用场景
7 位地址	0x00 - 0x7F	1 字节	大多数传感器、EEPROM
10 位地址	0x000 - 0x3FF	2 字节	地址冲突、多设备复杂系统

10 位地址模式在瑞芯微平台上用得不多，但也不是没有。我记得有一次调试一个多路复用器，它用了 10 位地址，我一开始没注意，按 7 位去配，结果总线一直报 NACK。后来查了数据手册才发现问题。

3.3 读写操作流程：从 START 到 STOP

I2C 的数据传输，说白了就是一套固定的流程。我把它拆成几步，你照着做就行。

1. START 条件：SCL 高电平时，SDA 从高变低。表示总线开始传输。
2. 发送从设备地址：主机发送 7 位或 10 位地址 + 读写位。
3. 等待 ACK：从设备在第 9 个时钟周期拉低 SDA，表示收到。
4. 数据传输：每 8 位数据后跟一个 ACK/NACK。主机或从机发送数据，取决于读写方向。
5. STOP 条件：SCL 高电平时，SDA 从低变高。表示传输结束。

写操作流程：主机发地址（写方向），然后发寄存器地址，再发数据。读操作流程：主机先发地址（写方向）选寄存器，然后重启 START，再发地址（读方向），从机开始发数据。

3.4 多主机仲裁机制：谁抢到算谁的

I2C 总线允许多个主机。但同一时间只能有一个主机控制总线。如果两个主机同时发数据，怎么办？仲裁机制来解决。

仲裁发生在 SDA 线上。多个主机同时发送数据时，谁先拉低 SDA，谁就赢得仲裁。因为 I2C 是开漏输出，低电平会覆盖高电平。输掉仲裁的主机必须释放总线，转为从机模式。

仲裁的规则很简单：

• 每个主机在发送数据时，同时监测 SDA 电平。
• 如果发送的电平与监测到的电平不一致，说明仲裁失败。
• 失败的主机立即停止发送，释放总线。
• 赢得仲裁的主机继续传输，不受影响。

你想想看，如果两个主机同时发 0x90 和 0x88，第一个字节的高 4 位都是 0x9，不会冲突。但到了第 5 位，0x90 是 0，0x88 是 1，SDA 被拉低，发 0x88 的主机就输了。

3.5 知识结构图：I2C 寻址与数据传输

下面这张图把本章的核心逻辑串起来了。从地址模式到读写流程，再到仲裁机制，一目了然。

3.6 实战要点总结

嗯，到这里，I2C 寻址和数据传输的核心内容就讲完了。我最后给你列几个实战中一定要记住的点：

• 地址确认：拿到数据手册，先确认设备地址是 7 位还是 10 位。7 位地址在代码里左移 1 位再发。
• 读写流程：写操作一次地址传输，读操作两次地址传输（中间加重启）。
• 仲裁机制：多主机场景下，谁先拉低 SDA 谁赢。失败的主机自动释放总线。
• 调试技巧：用逻辑分析仪抓波形，看 START、地址、ACK、数据、STOP 是否完整。我每次调 I2C 都先抓波形，省时间。