利用数字示波器调试嵌入式I2C总线
分析过程中采用了RIGOL公司最新推出的DS6104示波器，其具体特性包括：高达1GHz带宽，足以满足常用标准总线的带宽需求;5GSa/s实时采样率，确保不会遗漏信号细节;每秒18万次的波形捕获率，最大概率捕获感兴趣的信号;标配140M深存储，同时满足总览全局和观察局部的需求;可录制多达18万帧的波形，奇异信号随意回放和分析;提供多种串行触发，RS232、I2C、SPI、CAN、USB等。
问题探讨
项目设计中计划采用Cypress 68013A芯片来实现USB器件功能。68013A是Cypress公司出产的一款高速USB器件，该芯片的参考设计是通过I2C总线读取存储在EEPROM中的固件程序来运行的，如图1所示。
图1：Cypress 68013A与EEPROM连接示意图
设计中，为进一步减少器件面积、降低功耗，以及便于在后续进行在线升级固件，决定使用DSP来模拟实现EEPROM与68013A之间的通信。同时，通过I2C总线在线下载固件至68013A并运行来完成，如图2所示。
参考68013A数据手册编程后，却发现在通过DSP模拟EEPROM与68013A通信时无法正确下载固件程序，即DSP怎样通过I2C总线下载固件至68013A?
图2：Cypress 68013A与DSP连接示意图
解决方法
首先，需要确认通信环境无问题，即：总线连接无问题;DSP的I2C通信程序无问题;Cypress 68013A的I2C通信无问题。
经依次验证后发现以上各项均无问题，那么，只可能是在通信过程中发生了错误。但是，在参考手册中却没有找到关于68013A与EEPROM通信的详细描述。为获取两者间在初始通信阶段的详细数据，使用RIGOL公司的DS6104示波器来捕获初始阶段的通信数据。
DS6104示波器具有I2C触发及I2C解码套件，为捕获数据需设置如下：设置DS6104示波器触发方式为“I2C”、触发条件为“启动”;设置触发时钟信源、数据信源及合适的触发电平;打开I2C解码并设置解码阈值;设置示波器为单次触发。设置完毕后，通过监测I2C与EEPROM通信即可捕获全部的通信数据头，图3所示为所得解码数据。
图3：Cypress 68013A与EEPROM I2C初始通信数据
通过与读入DSP内存的固件数据(图4)对比可知，图中的“0xC2 0x47 ...”及后续数据才是真正的固件数据。因此，导致DSP模拟EEPROM通信失败的原因是从起始数据至固件数据间的I2C通信(后文将称其为握手通信)。使用DS6104的水平时基微调功能将图中波形展开之后，便可更清楚地看到握手通信过程(图5)，其描述如下：读地址“0x50”，无数据返回;读地址“0x51”，返回“0xAD”;写地址“0x51”，写两个字节“0x00”。
图4：读入DSP内存的68013A固件程序数据(部分)
至此，问题得以简化为：怎样在DSP中模拟这部分的握手通信?通过示波器获取可视化握手通信数据以后，则模拟其通信过程仅需以下三步：设置DSP的I2C总线地址为“0x51”，与地址“0x50”不匹配则无返回;在DSP的I2C通信程序中，下载固件时先发送“0xAD”，满足“0x51”地址上读到的第一个数据为“0xAD”;DSP通过I2C下载固件时，可以接收“0x00”但不进行处理，保证握手通信的完整性。
如上所述，在DSP的I2C通信程序中包含此部分握手通信处理后，使用DSP模拟EEPROM与Cypress 68013A便可进行正常通信，并可成功地下载68013A固件。