4. I2C 读写操作：单字节写、单字节读、多字节写（页写）、多字节读（顺序读）时序详解

在音频 Codec 驱动开发中，I2C 总线是配置内部寄存器（如采样率、增益、混音器路由）的主要通道。理解四种基本读写操作的时序，是编写正确驱动代码、排查通信故障的前提。本章将逐一拆解单字节写、单字节读、多字节写（页写）和多字节读（顺序读）的 SCL/SDA 波形与协议流程。

4.1 四种操作的核心差异

下表从传输方向、数据长度、起始/停止条件数量三个维度对比四种操作，帮助建立整体认知：

4.2 单字节写（Single Byte Write）

单字节写是最基础的 I2C 写操作，用于向音频 Codec 的某个寄存器写入一个配置值。完整时序包含以下 7 个阶段：

1. 起始条件（S）： SCL 高电平时，SDA 由高变低。
2. 从机地址 + 写位： 主机发送 7 位从机地址 + 第 8 位为 0（写方向）。
3. ACK（从机应答）： 从机在第 9 个 SCL 周期将 SDA 拉低，表示确认。
4. 寄存器地址： 主机发送 8 位寄存器地址（如 0x02 表示 ALC 控制寄存器）。
5. ACK（从机应答）： 从机再次拉低 SDA 确认。
6. 数据字节： 主机发送 8 位数据（如 0x3F 表示增益值）。
7. ACK（从机应答） + 停止条件（P）： 从机应答后，主机在 SCL 高电平时将 SDA 由低变高，结束传输。

// 单字节写：向 Codec 寄存器 0x02 写入 0x3F
int codec_write_reg(struct i2c_client *client, u8 reg, u8 val) {
    u8 buf[2] = {reg, val};
    struct i2c_msg msg = {
        .addr = client->addr,
        .flags = 0,          // 写方向
        .len = 2,
        .buf = buf,
    };
    return i2c_transfer(client->adapter, &msg, 1);
}

4.3 单字节读（Single Byte Read）

单字节读需要两次传输：先写寄存器地址，再读数据。关键特征是使用 重复起始条件（Repeated Start, Sr） 代替 Stop + Start，避免总线释放后被其他主机抢占。

• 阶段 1（写地址段）： Start → 从机地址(W) → ACK → 寄存器地址 → ACK
• 阶段 2（读数据段）： Repeated Start → 从机地址(R) → ACK → 数据字节 → NACK（主机非应答）→ Stop

// 单字节读：从 Codec 寄存器 0x02 读取当前值
int codec_read_reg(struct i2c_client *client, u8 reg, u8 *val) {
    struct i2c_msg msgs[2] = {
        {
            .addr = client->addr,
            .flags = 0,          // 写：发送寄存器地址
            .len = 1,
            .buf = ®,
        },
        {
            .addr = client->addr,
            .flags = I2C_M_RD,   // 读：接收数据
            .len = 1,
            .buf = val,
        },
    };
    return i2c_transfer(client->adapter, msgs, 2);
}

4.4 多字节写（页写 / Page Write）

音频 Codec 初始化时通常需要连续配置多个寄存器（如时钟树、数字接口格式）。多字节写允许主机在一次传输中发送起始地址和多个数据字节，从机内部自动递增地址，大幅提高效率。

时序特点：

• 只使用 1 个 Start 和 1 个 Stop。
• 寄存器地址之后连续发送 N 个数据字节，每个字节后跟一个 ACK。
• 从机内部地址指针在每接收一个字节后自动加 1。
• 页写长度受从机限制：常见 Codec（如 WM8960、TLV320AIC3x）页写上限为 16 字节，超出部分行为未定义。

// 多字节写（页写）：从起始寄存器地址开始连续写入 len 个字节
int codec_page_write(struct i2c_client *client, u8 start_reg,
                     const u8 *data, int len) {
    u8 buf[256]; // 确保足够大，实际使用需动态分配或限制长度
    buf[0] = start_reg;
    memcpy(&buf[1], data, len);

    struct i2c_msg msg = {
        .addr = client->addr,
        .flags = 0,
        .len = len + 1,  // 寄存器地址 + 数据
        .buf = buf,
    };
    return i2c_transfer(client->adapter, &msg, 1);
}

4.5 多字节读（顺序读 / Sequential Read）

顺序读用于从 Codec 中读取连续寄存器块，例如读取整个 EQ 系数表或 ALC 状态。其结构与单字节读类似，但在读数据段中主机连续接收多个字节，除最后一个字节外均发送 ACK。

关键规则：

• 主机在接收完倒数第二个字节后发送 ACK，通知从机继续发送。
• 主机在接收完最后一个字节后发送 NACK，通知从机停止发送。
• 从机内部地址指针在每发送一个字节后自动加 1。