一种I2C总线地址自动分配方法与流程

本发明属于i2c总线中，应用于地址分配过程，具体为一种i2c总线地址自动分配方法。

背景技术：

1、集成电路总线（inter-integrated circuit, iic）是一种具有简单、双向、二进制与同步串行特点的控制总线，通常被称作i2c总线。i2c总线通信技术可保存各类参数配置信息，因此被广泛用于各种电子系统中；而这些电子系统在调试时，需要通过i2c总线上关联的i2c设备来获取相关信息，这就需要确保每个i2c设备具有独立的设备地址。

2、现有的i2c地址分配方法中，通过设定不同的电阻类型与位数，依照特定的电路连接方式，实现分配过程，这导致电阻及电路加工成本较高。此外，现有i2c地址通常为7位，其中前4位地址由设备厂家预设固定，无法更改，只能通过后3位地址的修改来分配i2c地址，具有较大的局限性。

3、随着技术的发展，i2c总线中的地址分配场景，已逐渐由微控制器结合io卡的方式实现；但这一方式中，还需通过复杂可编程逻辑器件（complex programmable logicdevice, cpld）来设定对应开关，以控制io卡在地址分配时的i2c地址数据流通过程。随着大型i2c通信系统中io卡数量的增多，电路设计中的开关数量也随之增多，控制成本因此上升。同时，现有技术在设备地址的具体分配过程中，也仍采用手动分配方式，这可能导致地址的重复冲突，或是在添加或移除设备时带来管理上的困难。

4、因此，如何针对i2c地址分配的问题，从逻辑方法中给出一种软件协议上的改进，来实现i2c总线中自动分配地址的效果，便成为了本领域技术人员的关注要点。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术在i2c总线地址分配中存在的局限性问题，通过在微控制器中引入新的软件协议的方式，实现地址自动分配的效果。本发明为i2c设备的连接与通信过程提供了便利，降低了硬件电路的复杂度，在减少材料和加工成本的同时也扩展了i2c地址分配的范围，从而提高了整个通信系统的可扩展性与灵活性。

2、本发明采用了以下技术方案来实现目的：

3、一种i2c总线地址自动分配方法，包括如下步骤：

4、s1、主设备上电，执行地址扫描算法，确定出i2c总线通信中可用的空闲地址；

5、s2、主设备向所有已连接i2c总线的从设备广播地址分配命令；

6、s3、未获得地址分配的1个或多个从设备响应地址分配命令，向主设备发送地址响应帧；

7、s4、主设备每接收1个地址响应帧，从空闲地址中选出1个具体地址，发送给当前地址响应帧对应的从设备；

8、s5、从设备接收具体地址后，向主设备发送地址确认帧，完成i2c总线地址的自动分配过程。

9、进一步的，地址扫描算法由主设备中内置的微处理器进行执行，执行过程为：将i2c地址范围中的每个地址信息，通过地址请求命令，依次向所有已连接i2c总线的从设备广播，每1次地址请求命令的广播仅包括1个地址信息；如果任意从设备响应了地址请求命令，则确定当前地址请求命令中包含的地址信息已被占用；如果地址请求命令广播后，在预设时间内无任何从设备响应，则确定当前地址请求命令中包含的地址信息为可用的空闲地址。

10、优选的，在主设备首次上电时，检查主设备内置的存储器，判断存储器中是否存放有当前已连接i2c总线的所有从设备的预设地址；若所有从设备的预设地址均存在，且预设地址互不冲突，主设备则直接将预设地址发送给对应的从设备，完成i2c总线地址的自动分配过程。

11、进一步的，在预先判断过程中，若所有从设备的预设地址均存在，但预设地址中包括冲突地址时，主设备开始执行地址扫描算法，先将确定出的可用的空闲地址存放至存储器中，随后判断从设备中是否已具有地址；若不具有，则进行地址分配，完成地址自动分配过程；若已具有，则进行冲突处理；冲突处理过程为：通过包含有冲突地址的地址请求命令，获得多个从设备的响应信号；再从可用的空闲地址中，选出与响应信号个数相同的具体地址，发送给对应的从设备，完成地址自动分配过程。

12、具体的，执行地址扫描算法时，如果某次地址请求命令获得了多于1个从设备的响应信号，将该次地址请求命令包含的具体地址确定为冲突地址，代表从设备中已具有冲突地址，并在确定出可用的空闲地址后，针对冲突地址进行相同的冲突处理过程，完成地址自动分配过程。

13、优选的，所述s4中，主设备从空闲地址中选出具体地址的过程，采用随机选取方式或顺序选取方式，并将选出的具体地址标记为占用地址；执行地址扫描算法时，若某次地址请求命令仅获得1个从设备的响应信号，则将该次地址请求命令包含的具体地址也确定为占用地址，对应的从设备不再进行地址分配过程；占用地址均被记录于主设备内置的存储器中。

14、优选的，在i2c总线通信过程中，主设备通过电平信号变化，检测是否有新的从设备连接至i2c总线；当有新的从设备连接时，主设备执行地址扫描算法，进行新增从设备的自动分配过程；当已连接的从设备需要从i2c总线中移除时，从设备向主设备发送移除请求信号；主设备将存储器中对应从设备的占用地址重新标记为空闲地址后，向从设备发送移除确认信号，从设备随后进行移除操作。

15、综上所述，由于采用了本技术方案，本发明的有益效果如下：

16、本发明的方法原理可由微控制器中的软件编程方式实现，从而自动为连接至i2c总线的设备分配对应的i2c地址，避免了手动分配工作的繁琐过程；同时，本发明可完全通过软件方法的改进达成效果，也就减少了cpld、电阻和开关等器件在i2c总线电路硬件架构中的设计过程，降低了硬件成本。

17、本发明还可以依据通信系统的需求，动态地分配地址，避免了i2c设备的7位地址中前4位在出厂时就被预设而不可改变的问题，提高了地址分配的灵活性；i2c地址分配过程可依据所应用通信系统的个性化需求，自定义其长度与数量。

18、本发明的方法可扩展至各类使用i2c总线协议进行通信的系统中，如嵌入式系统和物联网设备等。该方法具备自动、可靠和灵活的优点，能简化应用系统的硬件配置成本，提升i2c设备的连接与通信效率。

技术特征：

1.一种i2c总线地址自动分配方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种i2c总线地址自动分配方法，其特征在于：所述s1中，主设备上电后，预先确定出i2c总线通信中可用于分配的i2c地址范围；在i2c地址范围的基础上，执行地址扫描算法。

3.根据权利要求2所述的一种i2c总线地址自动分配方法，其特征在于：地址扫描算法由主设备中内置的微处理器进行执行，执行过程为：将i2c地址范围中的每个地址信息，通过地址请求命令，依次向所有已连接i2c总线的从设备广播，每1次地址请求命令的广播仅包括1个地址信息；如果任意从设备响应了地址请求命令，则确定当前地址请求命令中包含的地址信息已被占用；如果地址请求命令广播后，在预设时间内无任何从设备响应，则确定当前地址请求命令中包含的地址信息为可用的空闲地址。

4.根据权利要求3所述的一种i2c总线地址自动分配方法，其特征在于：在主设备首次上电时，检查主设备内置的存储器，判断存储器中是否存放有当前已连接i2c总线的所有从设备的预设地址；若所有从设备的预设地址均存在，且预设地址互不冲突，主设备则直接将预设地址发送给对应的从设备，完成i2c总线地址的自动分配过程。

5.根据权利要求4所述的一种i2c总线地址自动分配方法，其特征在于：在预先判断过程中，若存储器为空或缺失至少1个从设备的预设地址，主设备则开始执行步骤s1的地址扫描算法；通过地址扫描算法确定出可用的空闲地址后，将空闲地址存放至存储器中，用于后续的地址分配过程。

6.根据权利要求4所述的一种i2c总线地址自动分配方法，其特征在于：在预先判断过程中，若所有从设备的预设地址均存在，但预设地址中包括冲突地址时，主设备开始执行地址扫描算法，先将确定出的可用的空闲地址存放至存储器中，随后判断从设备中是否已具有地址；若不具有，则进行地址分配，完成地址自动分配过程；若已具有，则进行冲突处理；冲突处理过程为：通过包含有冲突地址的地址请求命令，获得多个从设备的响应信号；再从可用的空闲地址中，选出与响应信号个数相同的具体地址，发送给对应的从设备，完成地址自动分配过程。

7.根据权利要求6所述的一种i2c总线地址自动分配方法，其特征在于：执行地址扫描算法时，如果某次地址请求命令获得了多于1个从设备的响应信号，将该次地址请求命令包含的具体地址确定为冲突地址，代表从设备中已具有冲突地址，并在确定出可用的空闲地址后，针对冲突地址进行相同的冲突处理过程，完成地址自动分配过程。

8.根据权利要求1所述的一种i2c总线地址自动分配方法，其特征在于：所述s3中，未获得地址分配的所有从设备持续监听i2c总线中的地址分配命令，并在地址分配命令出现时做出响应，依次与主设备建立地址分配通信。

9.根据权利要求3所述的一种i2c总线地址自动分配方法，其特征在于：所述s4中，主设备从空闲地址中选出具体地址的过程，采用随机选取方式或顺序选取方式，并将选出的具体地址标记为占用地址；执行地址扫描算法时，若某次地址请求命令仅获得1个从设备的响应信号，则将该次地址请求命令包含的具体地址也确定为占用地址，对应的从设备不再进行地址分配过程；占用地址均被记录于主设备内置的存储器中。

10.根据权利要求9所述的一种i2c总线地址自动分配方法，其特征在于：在i2c总线通信过程中，主设备通过电平信号变化，检测是否有新的从设备连接至i2c总线；当有新的从设备连接时，主设备执行地址扫描算法，进行新增从设备的自动分配过程；当已连接的从设备需要从i2c总线中移除时，从设备向主设备发送移除请求信号；主设备将存储器中对应从设备的占用地址重新标记为空闲地址后，向从设备发送移除确认信号，从设备随后进行移除操作。

技术总结
本发明提供一种I2C总线地址自动分配方法，属于I2C总线技术领域，解决了现有技术中硬件成本高、手动分配方式困难的问题；该方法中，主设备执行地址扫描算法，确定空闲地址；随后向所有已连接I2C总线的从设备广播地址分配命令，未获得地址分配的从设备均响应此命令，发出地址响应帧；主设备每接收1个地址响应帧，即从空闲地址中选出1个具体地址，发送给对应从设备，完成I2C总线地址的自动分配；地址扫描算法将I2C的每个地址信息，依次向所有从设备广播，通过从设备响应情况来确定空闲地址；本发明降低了硬件电路的复杂度，在减少材料和加工成本的同时也扩展了I2C地址分配范围，整个通信系统具有更好的可扩展性与灵活性。

技术研发人员：邹东斌,张定坤,杜军,张小斌
受保护的技术使用者：成都电科星拓科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19