2、I2C/SPI总线协议精讲：I2C时序、寻址、读写操作；SPI模式、全双工通信；逻辑分析仪抓包实战；Sensor寄存器读写封装。

做Sensor驱动，说白了就是跟寄存器打交道。而读写寄存器，绕不开I2C和SPI这两条总线。我见过不少新手，上来就调代码，波形都不看，结果卡在设备没应答这种低级问题上。今天咱们就把这两条总线彻底讲透。

2.1 I2C总线：两根线搞定所有Sensor

I2C只有两根线：SCL（时钟）和SDA（数据）。但别小看它，一根线上能挂几十个设备。怎么区分？靠地址。

2.1.1 时序与寻址

先看起始条件和停止条件：

• 起始条件：SCL高电平时，SDA从高变低。
• 停止条件：SCL高电平时，SDA从低变高。

每次传输都以起始开始，以停止结束。中间传数据时，SDA必须在SCL低电平时变化，高电平时采样。这是硬规矩，违反了一定出问题。

寻址呢？标准7位地址，加上读写位，凑成第一个字节。比如Sensor地址0x76，写操作就是0xEC（0x76左移1位，最低位补0）。

2.1.2 读写操作流程

写寄存器：

1. 主机发起始条件
2. 发设备地址+写位（0），等应答
3. 发寄存器地址，等应答
4. 发数据字节，每字节等应答
5. 发停止条件

读寄存器：

1. 主机发起始条件
2. 发设备地址+写位，等应答
3. 发寄存器地址，等应答
4. 发重复起始条件
5. 发设备地址+读位（1），等应答
6. 读数据字节，主机发NACK表示读完
7. 发停止条件

嗯，这里要注意：读操作中间的重复起始条件不能省。我见过有人直接发停止再发起始，虽然也能用，但不符合规范，某些Sensor会不认。

2.2 SPI总线：速度至上

SPI比I2C快得多，全双工，四根线：SCLK、MOSI、MISO、CS。每个设备独占一根片选线，所以没有地址冲突问题。

2.2.1 四种模式

SPI模式由时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）决定：

模式	CPOL	CPHA	数据采样边沿
模式0	0	0	上升沿采样
模式1	0	1	下降沿采样
模式2	1	0	下降沿采样
模式3	1	1	上升沿采样

我个人习惯先看数据手册的时序图，确认模式再写代码。曾经有一次，我默认用模式0，结果Sensor死活读不对，抓了波形才发现它要模式3。

2.2.2 全双工通信

SPI牛逼的地方在于，发数据的同时能收数据。比如你发一个字节0xAA，同时MISO线上会收到Sensor返回的一个字节。所以读寄存器时，通常先发地址字节（同时收垃圾数据），再发一个0x00（同时收有效数据）。

2.3 逻辑分析仪抓包实战

理论说再多，不如看波形。我建议每个做驱动的工程师，桌上常备一个逻辑分析仪。便宜的几十块，贵的几百，但都能用。

抓包步骤：

1. 把SCL/SDA（或SCLK/MOSI/MISO/CS）接到逻辑分析仪通道上
2. 设置采样率，至少4倍于总线频率
3. 触发方式选下降沿（起始条件或CS拉低）
4. 运行抓包，分析波形

看波形时，重点检查：

• 起始条件是否干净，有没有毛刺
• 地址字节是否正确，应答位有没有拉低
• 数据字节顺序对不对，MSB还是LSB first
• 停止条件是否完整

2.4 Sensor寄存器读写封装

写驱动不能每次都裸调I2C/SPI。我习惯封装一层，上层代码只管读/写寄存器地址，底层自动处理总线差异。

看一个简单的I2C读写封装：

// i2c_sensor.h
typedef struct {
    int (*read)(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t *data, uint16_t len);
    int (*write)(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, const uint8_t *data, uint16_t len);
} sensor_bus_t;

// i2c_sensor.c
int i2c_sensor_read(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t *data, uint16_t len) {
    // 发设备地址+写位
    // 发寄存器地址
    // 发重复起始
    // 发设备地址+读位
    // 读len个字节
    // 发停止
    return 0;
}

int i2c_sensor_write(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, const uint8_t *data, uint16_t len) {
    // 发设备地址+写位
    // 发寄存器地址
    // 发len个数据字节
    // 发停止
    return 0;
}

SPI的封装类似，只是不需要设备地址，换成CS片选操作：

// spi_sensor.c
int spi_sensor_read(uint8_t cs_pin, uint8_t reg_addr, uint8_t *data, uint16_t len) {
    // 拉低CS
    // 发reg_addr（最高位置1表示读）
    // 发len个0x00，同时收数据
    // 拉高CS
    return 0;
}

int spi_sensor_write(uint8_t cs_pin, uint8_t reg_addr, const uint8_t *data, uint16_t len) {
    // 拉低CS
    // 发reg_addr（最高位清0表示写）
    // 发len个数据字节
    // 拉高CS
    return 0;
}

这样上层Sensor驱动调用时，只需要传入总线结构体指针，不用关心底层是I2C还是SPI。你想想看，换Sensor或者换总线，改一行初始化代码就行，多清爽。

2.5 知识体系总览

下面这张图把I2C和SPI的核心知识点串起来了，方便你对照复习：

这张图把I2C和SPI的核心要素、对比关系、封装层和调试工具都串起来了。你写驱动时，脑子里要有这张图，遇到问题就知道该查哪一块。

好了，I2C和SPI就讲到这里。记住：协议是死的，波形是活的。多抓包，多分析，比看一百页手册都管用。