一、基本概念

    　　RAM（Random Access Memory）的全名為隨機存取記憶體，它相當於PC機上的移動存儲，用來存儲和保存數據的。它在任何時候都可以讀寫，RAM

通常是作為操作系統或其他正在運行程序的臨時存儲介質，它的一切都是最好的，唯一缺點斷電一切東西都沒有了。一般情況下，現在移動設備也多了，我

們叫它內存，更通常的叫運行內存。還有一個熟悉的詞DDR2或DDR3，後面還會學習到的。

        ROM（Read Only Memory）的全名為唯讀記憶體，它相當於PC機上的硬盤，用來存儲和保存數據。ROM數據不能隨意更新，但是在任何時候都可以讀

取。即使是斷電，ROM也能夠保留數據。但是資料一但寫入後只能用特殊方法或根本無法更改，但這麼久了ROM已經有了很大的發展，不再是最初的摸樣

了。rom最初不能編程，出廠什麼內容就永遠什麼內容，不靈活。後來出現了prom，可以自己寫入一次，要是寫錯了，只能換一片，自認倒黴。人類文明不

斷進步，終於出現了可多次擦除寫入的EPROM，每次擦除要把芯片拿到紫外線上照一下，想一下你往單片機上下了一個程序之後發現有個地方需要加一句

話，為此你要把單片機放紫外燈下照半小時，然後才能再下一次，這麼折騰一天也改不了幾次。歷史的車輪不斷前進，偉大的EEPROM出現了，拯救了一

大批程序員，終於可以隨意的修改rom中的內容了，這一段話就説出了ROM的發展歷程。

      狹義的EEPROM：這種rom的特點是可以隨機訪問和修改任何一個字節，可以往每個bit中寫入0或者1。這是最傳統的一種EEPROM，掉電後數據不丟

失，可以保存100年，可以擦寫100w次。具有較高的可靠性，但是電路複雜/成本也高。它的改寫是由高電壓或者由控制端的邏輯電平來完成的。因此目前的

EEPROM都是幾十千字節到幾百千字節的，絕少有超過512K的。我們也就發現了EEPROM的確可以實現隨意讀寫，EEPROM的全稱是“電可擦除可編程只讀

存儲器”，即Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory。可介紹的這兩種都不存在大容量並且也十分昂貴，那我們平時見到的幾十G的存儲設備是

什麼？flash就應運而生了。flash屬於廣義的EEPROM，因為它也是電擦除的rom。但是為了區別於一般的按字節為單位的擦寫的EEPROM，我們都叫它

flash。flash做的改進就是擦除時不再以字節為單位，而是以塊為單位，一次簡化了電路，數據密度更高，降低了成本。上M的rom一般都是flash。

     ROM的應用

　　flash分為nor flash和nand flash。nor flash數據線和地址線分開，可以實現ram一樣的隨機尋址功能，可以讀取任何一個字節。但是擦除仍要按塊來擦。

nand flash同樣是按塊擦除，但是數據線和地址線複用，不能利用地址線隨機尋址。讀取只能按頁來讀取。NOR Flash的讀取，用户可以直接運行裝載在NOR

FLASH裏面的代碼。NAND Flash沒有采取內存RAM的隨機讀取技術，它的讀取是以一次讀取一塊的形式來進行的，通常是一次讀取512個字節，採用這種

技術的Flash比較廉價。用户不能直接運行NAND Flash上的代碼，因此好多使用NAND Flash的開發板除了使用NAND Flah以外，還作上了一塊小的NOR

Flash來運行啓動代碼。nandflash引腳上覆用，因此讀取速度比nor flash慢一點，但是擦除和寫入速度比nor flash快很多。nand flash內部電路更簡單，因此數

據密度大，體積小，成本也低。因此大容量的flash都是nand型的。小容量的2～12M的flash多是nor型的。nor flash可以進行字節尋址，所以程序可以在nor

flash中運行。嵌入式系統多用一個小容量的nor flash存儲引導代碼，用一個大容量的nand flash存放文件系統和內核。

二、I2C總線

     這個在我轉載的一篇文章裏面有很詳細的描述，就不在提及了。有一個問題是無論UART還是I2C都是串行按位傳輸數據，區別在哪？還有SPI傳輸，下面

分別總結一下三者的特點。

         UART：兩線，一根發送一根接收，可以全雙工通信，數據異步傳輸，對雙方的時序要求比較嚴格，在多機通信上面用的最多。按照標準波特率完成雙

向通訊，速度慢，之前提到採集一位數據就需要16個時鐘週期，適合遠距離傳輸，比如IEEE488定義並行通行狀態時，規定設備線總常不得超過20米，並且

任意兩個設備間的長度不得超過2米；而對於串口而言，長度可達1200米。UART需要固定的波特率，就是説兩位數據的間隔要相等，

 

         I2C：能用於替代標準的並行總線，能連接的各種集成電路和功能模塊。I2C是多主控總線，所以任何一個設備都能像主控器一樣工作，並控制總線。

總線上每一個設備都有一個獨一無二的地址，根據設備它們自己的能力，它們可以作為發射器或接收器工作。多路微控制器能在同一個I2C總線上共存，當

然在任何時間點上只能有一個主控。一般用於同一板卡上芯片之間的通信，較少用於遠距離通信。

 

         SPI：SPI接口和UART相比，多了一條同步時鐘線，對通信雙方的時序要求不嚴格不同設備之間可以很容易結合，而且通信速度非常快。一般用在產品

內部元件之間的高速數據通信上面，如大容量存儲器flash等。高速同步串行口，3～4線接口，收發獨立、可同步進行。

　　I2C總線是由PHILIPS公司開發的兩線式串行總線，多用於連接微處理器及其外圍設備。I2C總線的主要特點是接口方式簡單，兩條線可以掛多個參與通

信的器件，即多機模式，而且任何一個器件都可以作為主機，當然同一時刻只能一個主機。

從原理上來講，UART屬於異步通信，比如電腦發送給單片機，電腦只負責把數據通過TXD發送出來即可，接收數據是單片機自己的事情。而I2C屬於同步

通信，SCL時鐘線負責收發雙方的時鐘節拍，SDA數據線負責傳輸數據。I2C的發送方和接收方都以SCL這個時鐘節拍為基準進行數據的發送和接收。

從應用上來講，UART通信多用於板間通信，比如單片機和電腦，這個設備和另外一個設備之間的通信。而I2C多用於板內通信，比如單片機和我們本章要

學的EEPROM之間的通信。

　　　　在硬件上，I2C總線是由時鐘總線SCL和數據總線SDA兩條線構成，連接到總線上的所有的器件的SCL都連到一起，所有的SDA都連到一起。I2C總

線是開漏引腳並聯的結構，因此我們外部要添加上拉電阻。對於開漏電路外部加上拉電阻的話，那就組成了線“與”的關係。總線上線“與”的關係，那所有接

入的器件保持高電平，這條線才是高電平。而任意一個器件輸出一個低電平，那這條線就會保持低電平，因此可以做到任何一個器件都可以拉低電平，也就

是任何一個器件都可以作為主機，如圖14-1所示，我們添加了R63和R64兩個上拉電阻。

　　　　　　　　　　 

　　　　　　　　　　　　　　　　圖14-1 I2C總線的上拉電阻

雖然説任何一個設備都可以作為主機，但絕大多數情況下我們都是用微處理器，也就是我們的單片機來做主機，而總線上掛的多個器件，每一個都像電話機

一樣有自己唯一的地址，在信息傳輸的過程中，通過這唯一的地址可以正常識別到屬於自己的信息，在我們的KST-51開發板上，就掛接了2個I2C設備，一

個是24C02，一個是PCF8591。

我們在學習UART串行通信的時候，知道了我們的通信流程分為起始位、數據位、停止位這三部分，同理在I2C中也有起始信號、數據傳輸和停止信號，如

圖14-2所示。

          

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖14-2 I2C時序流程圖

　　　　從圖上可以看出來，I2C和UART時序流程有相似性，也有一定的區別。UART每個字節中，都有一個起始位，8個數據位和1位停止位。而I2C分為

起始信號，數據傳輸部分，最後是停止信號。其中數據傳輸部分，可以一次通信過程傳輸很多個字節，字節數是不受限制的，而每個字節的數據最後也跟了

一位，這一位叫做應答位，通常用ACK表示，有點類似於UART的停止位。

 

　　

　　下面我們一部分一部分的把I2C通信時序進行剖析。之前我們學過了UART，所以學習I2C的過程我儘量拿UART來作為對比，這樣有助於更好的理解。

但是有一點大家要理解清楚，就是UART通信雖然我們用了TXD和RXD兩根線，但是實際一次通信，1條線就可以完成，2條線是把發送和接收分開而已，而

I2C每次通信，不管是發送還是接收，必須2條線都參與工作才能完成，為了更方便的看出來每一位的傳輸流程，我們把圖14-2改進成圖14-3。

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖14-3 I2C通信流程解析

　　起始信號：UART通信是從一直持續的高電平出現一個低電平標誌起始位；而I2C通信的起始信號的定義是SCL為高電平期間，SDA由高電平向低電平變

化產生一個下降沿，表示起始信號，如圖14-3中的start部分所示。

　　數據傳輸：首先，UART是低位在前，高位在後；而I2C通信是高位在前，低位在後。第二，UART通信數據位是固定長度，波特率分之一，一位一位固

定時間發送完畢就可以了。而I2C沒有固定波特率，但是有時序的要求，要求當SCL在低電平的時候，SDA允許變化，也就是説，發送方必須先保持SCL是

低電平，才可以改變數據線SDA，輸出要發送的當前數據的一位；而當SCL在高電平的時候，SDA絕對不可以變化，因為這個時候，接收方要來讀取當前

SDA的電平信號是0還是1，因此要保證SDA的穩定不變化，如圖14-3中的每一位數據的變化，都是在SCL的低電平位置。8為數據位後邊跟着的是一位響應

位，響應位我們後邊還要具體介紹。

停止信號：UART通信的停止位是一位固定的高電平信號；而I2C通信停止信號的定義是SCL為高電平期間，SDA由低電平向高電平變化產生一個上升沿，表

示結束信號，如圖14-3中的stop部分所示。

14.2 I2C尋址模式

　　　　上一節介紹的是I2C每一位信號的時序流程，而I2C通信在字節級的傳輸中，也有固定的時序要求。I2C通信的起始信號(Start)後，首先要發送一個從

機的地址，這個地址一共有7位，緊跟着的第8位是數據方向位(R/W)，‘0’表示接下來要發送數據(寫)，‘1’表示接下來是請求數據(讀)。

我們知道，打電話的時候，當撥通電話，接聽方撿起電話肯定要回一個“喂”，這就是告訴撥電話的人，這邊有人了。同理，這個第九位ACK實際上起到的就

是這樣一個作用。當我們發送完了這7位地址和1位方向位，如果我們發送的這個地址確實存在，那麼這個地址的器件應該回應一個ACK‘0’，如果不存在，

就沒“人”迴應ACK。