3. I2C从机地址：7位地址与10位地址格式、地址分配规则、保留地址、广播地址

I2C总线上的每个从机设备都必须拥有一个唯一的地址，主设备通过地址来选择与之通信的从机。I2C协议定义了两种地址格式：7位地址和10位地址。理解地址格式、分配规则以及保留地址的含义，是正确配置从机设备寄存器的基础。

3.1 7位地址格式

7位地址是I2C协议中最常用、最基础的地址格式。在7位地址模式下，地址占用一个字节的高7位，最低位（LSB）作为读写控制位（R/W）。

• 地址字节结构：A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 R/W。其中A6~A0为7位从机地址，R/W为0表示写操作，为1表示读操作。
• 地址范围：从0x00到0x7F（共128个地址），但并非所有地址都可用于普通设备。
• 传输顺序：主设备在发送起始条件后，先发送地址字节（高7位地址 + R/W位），然后等待从机应答。

3.2 10位地址格式

当系统中从机设备数量超过128个，或需要兼容更多设备时，I2C协议引入了10位地址格式。10位地址的传输需要两个字节：第一个字节的前5位为保留标识11110，后2位为10位地址的高2位；第二个字节为10位地址的低8位。

• 地址范围：0x000 ~ 0x3FF（共1024个地址）。
• 兼容性：10位地址与7位地址在总线上可以共存，但主设备和从设备都必须支持10位地址模式。
• 应答时序：主设备发送完第一个字节后，从机需应答；发送完第二个字节后，从机再次应答。

3.3 地址分配规则与保留地址

I2C总线规范对地址空间进行了严格划分，部分地址被保留用于特殊功能，普通设备不得使用。下表列出了关键的保留地址区域：

地址分配规则总结：

• 普通设备地址：7位地址中，0x08 ~ 0x77（共112个地址）可供普通从机设备使用。
• 地址冲突避免：同一I2C总线上，每个从机地址必须唯一。MCU驱动初始化时，应检查从机地址是否在可用范围内。
• 可编程地址：多数I2C从机芯片通过引脚（如A0、A1、A2）或寄存器配置来设定地址，驱动开发者需根据硬件连接确定最终地址。

3.4 广播地址

广播地址（General Call Address）是I2C协议中一个特殊的地址，其7位地址为0x00。当主设备发送广播地址时，所有支持广播功能的从机都应应答并接收后续数据。

• 广播格式：起始条件 + 0x00（写操作）+ 应答 + 数据字节 + 停止条件。
• 用途：
  • 全局复位：主设备发送广播地址后，再发送复位命令字节（如0x06），所有从机执行软复位。
  • 全局配置：主设备向所有从机广播相同的配置参数（如采样率、工作模式）。
  • 地址分配：某些系统使用广播地址为未配置的从机动态分配地址。
• 从机响应：从机可以通过寄存器位（如GENERAL_CALL_EN）使能或禁用广播响应。在MCU驱动中，通常默认禁用广播响应，除非有特殊需求。

3.5 地址格式与应答时序关系图

下图展示了7位地址和10位地址在I2C总线上的完整传输时序，包括起始条件、地址字节、应答位以及数据阶段的关系。

3.6 地址配置寄存器示例

在MCU驱动中，配置I2C从机地址通常涉及以下寄存器操作。以下以常见的STM32 I2C外设为例，展示7位地址和10位地址的配置代码：

// 7位地址配置示例（STM32 I2C从机模式）
#define I2C_OWN_ADDRESS7    0x32    // 7位从机地址

void I2C_Slave_Init_7bit(void)
{
    // 使能I2C时钟
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_I2C1EN;
    
    // 配置I2C控制寄存器
    I2C1->CR1 = 0;
    I2C1->CR2 = 36;                     // 36MHz外设时钟
    
    // 设置从机地址寄存器（7位地址需左移1位）
    I2C1->OAR1 = (0x32 << 1) | (0x01 << 14);  // 7位地址模式，使能地址匹配
    // 注意：OAR1的bit14=1表示使能该地址，bit15=0表示7位地址模式
    
    // 使能I2C外设
    I2C1->CR1 |= I2C_CR1_PE;
}

// 10位地址配置示例
#define I2C_OWN_ADDRESS10   0x01A3    // 10位从机地址

void I2C_Slave_Init_10bit(void)
{
    // 使能I2C时钟
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_I2C1EN;
    
    // 配置I2C控制寄存器
    I2C1->CR1 = 0;
    I2C1->CR2 = 36;
    
    // 设置从机地址寄存器（10位地址模式）
    I2C1->OAR1 = (0x01A3 & 0x03FF) | (0x01 << 15) | (0x01 << 14);
    // bit15=1表示10位地址模式，bit14=1使能地址匹配
    // 地址值直接写入低10位
    
    // 使能I2C外设
    I2C1->CR1 |= I2C_CR1_PE;
}

3.7 地址冲突检测与调试

在MCU驱动开发中，地址配置错误是I2C通信失败的常见原因。以下是一些实用的检测与调试方法：

• 逻辑分析仪抓取：使用逻辑分析仪捕获SDA和SCL波形，检查起始条件后的第一个字节是否与预期地址一致。
• 地址回读验证：配置完成后，读取从机地址寄存器，确认写入值与预期值一致。
• 保留地址过滤：在驱动初始化代码中加入地址范围检查，避免使用0x00~0x07及0x78~0x7F等保留地址。
• 多从机冲突排查：如果总线上有多个从机，逐一断开非目标设备，确认地址唯一性。