3. I2C设备地址与寻址：7位地址与10位地址格式、广播地址、保留地址

I2C 总线上的每个从设备都有一个唯一的地址，主设备通过地址来识别并选择要通信的目标。理解地址格式、保留地址和广播机制是驱动开发的基础，错误的地址配置会导致通信失败或总线冲突。

3.1 7位地址格式

标准 I2C 总线使用 7 位地址，这是最广泛使用的寻址模式。地址在每次通信的起始条件后立即发送，占用第一个字节的高 7 位，最低位（LSB）为读写方向位（R/W）。

3.2 10位地址格式

为了扩展地址空间，I2C 规范引入了 10 位地址模式。10 位地址使用两个字节传输，第一个字节的前 5 位固定为 11110，作为 10 位地址的标志，后跟地址的高 2 位和 R/W 位；第二个字节为地址的低 8 位。

3.3 广播地址与通用呼叫

I2C 总线定义了 广播地址（General Call Address），地址值为 0x00（7 位）。当主设备发送地址 0x00 且 R/W 位为 0（写操作）时，所有支持广播的从设备都应应答并接收后续数据。

• 广播地址格式： 0x00 + W（0x00 字节）
• 用途： 主设备向所有从设备发送全局命令，如复位、状态查询等。
• 从设备响应： 从设备可以选择性应答，非强制要求。
• 第二字节含义： 通常为命令字节，例如 0x06 表示复位，0x04 表示写可编程地址。

3.4 保留地址

I2C 规范保留了一些特殊地址，用于总线管理、高速模式、10 位地址标志等。这些地址不能被普通设备使用。

3.5 地址探测与驱动配置

在驱动开发中，正确配置设备地址是第一步。以下是一个典型的 I2C 设备地址配置示例：

// 7位地址设备示例：温度传感器 LM75 地址 0x48
static struct i2c_board_info lm75_info = {
    I2C_BOARD_INFO("lm75", 0x48),
};

// 10位地址设备示例：需要设置 I2C_CLIENT_TEN 标志
static struct i2c_board_info ten_bit_dev_info = {
    I2C_BOARD_INFO("mydevice", 0x0280), // 10位地址 0x280
    .flags = I2C_CLIENT_TEN,
};

// 在驱动 probe 函数中检查地址有效性
static int my_probe(struct i2c_client *client)
{
    if (client->addr == 0x00) {
        dev_err(&client->dev, "Invalid address: broadcast address\n");
        return -EINVAL;
    }
    if (client->addr >= 0x78 && client->addr <= 0x7F) {
        dev_err(&client->dev, "Invalid address: reserved range\n");
        return -EINVAL;
    }
    // 正常初始化流程...
    return 0;
}

3.6 地址冲突与解决方案

在实际项目中，多个设备可能共享同一地址，导致总线冲突。以下是常见场景及解决方案：

• 硬件地址引脚： 许多 I2C 芯片提供地址选择引脚（如 A0、A1、A2），通过拉高或拉低改变地址。例如，LM75 的地址为 0x48 + (A2<<2) + (A1<<1) + A0。
• 多路复用器（MUX）： 使用 I2C 多路复用器（如 PCA9548）将总线分割为多个通道，每个通道挂载相同地址的设备。
• 地址转换器： 使用地址转换芯片（如 PCA9518）动态映射地址。
• 软件仲裁： 在驱动中通过 GPIO 控制设备使能引脚，分时访问。