上一講中，我們說到 Android Things 的 API，以及 Peripheral I/O 設(shè)備包含的 API 的類型。但是作為程序員的我們，怎么理解這些 API 呢?

我們就拿 I2C 的 API 來說吧。看看我們怎樣在 Android Things 中添加一個 I2C 的設(shè)備?首先得知道，I2C 是做什么的?怎么用?

實際上，I2C 是同步的串行通信總線，一般用于控制信號，比如控制 LCD， Camera 等設(shè)備。另外，大部分傳感器有 I2C 的接口。I2C 是依靠時鐘信號來傳遞數(shù)據(jù)的，所以有主設(shè)備(產(chǎn)生時鐘的信號)和從設(shè)備(接收時鐘的信號)之分。I2C 的通信每一次操作都是由主設(shè)備的發(fā)起的。

既然 I2C 是依靠時鐘傳遞的信號，那么在連線上就有時鐘錢 (SCL) 和數(shù)據(jù)線 (SDA)，然后為了電勢與大地相同，自然少不了地線 (GND)。為了方便沒有接觸過 I2C 總線的同學(xué)們理解這三個名詞，貼上名詞的全稱：

• Shared clock signal (SCL)
• Shared data line (SDA)
• Common ground reference (GND)

單看上面的圖，為啥有三個 I2C 設(shè)備連接在一起呢?這三者之間又是什么關(guān)系?

其中，寫有 Master Device 的 I2C 設(shè)備，稱為主設(shè)備，另外兩個為從設(shè)備。從主設(shè)備引出的 SDA 和 SCL 線構(gòu)成 I2C 的總線。一個 I2C 的主設(shè)備可以提供一條 I2C 的總線，一條總線上***可以連接 127 個 I2C 的從設(shè)備。

等等，為啥是 127 個呢?主要是 I2C 的地址有 7 位和 10 位兩種地址。也就意味著，對于 7 位的地址表達(dá)的數(shù)據(jù)***可以到 2^7=128，減去一個主設(shè)備，就是 127 個從設(shè)備了。這里的 I2C 設(shè)備地址，就是上圖的 Address: 0x3c 和 0x4c，I2C 的主設(shè)備是通過從設(shè)備的地址，來找到從設(shè)備的。請注意，I2C 的主設(shè)備，是沒有設(shè)備地址這一說法的。

我們還需要了解 I2C 的一些硬件信息:

I2C 是半雙工，可以有主 -> 從方向的數(shù)據(jù)，也可以有從 -> 主方向的數(shù)據(jù)，但是同一時刻，只能有一種傳輸方式。這點和 SPI 是有差別的，SPI 總線支持全雙工模式。但它同時只能訪問一個從設(shè)備，由片選信號 (CS) 來決定。這就很明顯了，I2C 通常用于控制命令的傳輸。而 SPI 通常用數(shù)據(jù)的批量傳輸。

了解完 I2C 的基本硬件信息。我們來了解一下 I2C 的從設(shè)備操作方式。不多不多，就是三大步。

• 連接從設(shè)備
• 對從設(shè)備進(jìn)行讀操作
• 對從設(shè)備進(jìn)行寫操作

設(shè)備連接

先要檢查我們的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上有沒有 I2C 總線。這時需要補(bǔ)充一下，有可能你的開發(fā)板上有多個 I2C 的總線。這時候， I2C 的總線地址 (此處非 I2C 的設(shè)備地址) 是有多個的，要明確你的 I2C 設(shè)備是接在哪個 I2C 的總線上。這也可以理解，為什么得到的 I2C 總線的數(shù)據(jù)是用 List 類型進(jìn)行存放的。

如果有總線，我們再查找當(dāng)前的 I2C 總線上對應(yīng)的 I2C 設(shè)備。

關(guān)鍵的接口是 manager.openI2CDeivce(..)，這個函數(shù)有兩個參數(shù)，DEVICE_NAME 是用戶定義的一個字符串，表示設(shè)備的名稱。I2C_ADDRESS，也是之前所說的 I2C 從設(shè)備上的地址，這個地址在當(dāng)前的 I2C 總線上是唯一的。

讀寫操作

首先得把 I2C 的操作流程搬出來說了。

這張圖翻譯成中文就是這樣子的：

這樣就完成了向設(shè)備地址為 0x30、寄存器地址為 0x10 的設(shè)備上讀或者寫入 0x06 這個數(shù)據(jù)。

那怎么知道是讀數(shù)據(jù)，還是寫數(shù)據(jù)呢?實際上 I2C 是 7 位的地址位。但是一個字節(jié)是 8 位，其中有一位叫做讀寫位。如果那一位設(shè)為讀，就是去讀操作，如果設(shè)為寫，就是寫操作。實際上，在示波器上我們還能看到另外的一個 ACK 位，保證硬件上傳輸正常，ACK 位在軟件上不需要處理。

那么，加上 I2C 的讀寫位之后， I2C 數(shù)據(jù)傳輸會是什么樣的呢?

我們可以看到， I2C 數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序，從硬件上來說 SCL 是按周期發(fā)的時鐘信號，當(dāng) SCL 是高電平時，SDA 產(chǎn)生一個下降沿，這時候開始數(shù)據(jù)傳輸。其中傳輸 I2C 的從設(shè)備地址共有 8 位，1-7 位是地址，第 8 位是讀寫位，0 表示寫，1 表示讀。然后硬件自動產(chǎn)生 ACK 位。接下來就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼麄€過程，***當(dāng)數(shù)據(jù)傳完后，SCL 為高電平，SDA 產(chǎn)生上升沿時，產(chǎn)生 STOP 操作。事實上，在 I2C 做讀操作需要往 I2C 的設(shè)備寫入隨機(jī)值，再去讀，不過這些操作在 I2C 相關(guān)的接口中已經(jīng)為我們封裝好了。

這么大篇幅介紹了 I2C 的原理，還有 I2C 的時序，操作流程。實際上，Android Things 已經(jīng)幫我們把讀寫接口封裝好了，我們只需要在理解的基礎(chǔ)上，調(diào)用接口就行了。

可以看出，Android Things 已經(jīng)給我們封裝好了 I2C 的讀寫操作 ，我們直接用就可以了。

這里面還有個細(xì)節(jié)比較繞。之前提到， I2C 的設(shè)備地址可以是 7 位，也可以是 10 位，但是 I2C 設(shè)備的寄存器可以是 8 位，也可以是 16 位。這里面就涉及到 8 位的設(shè)備，以及 16 位設(shè)備的讀寫問題。

六大函數(shù)出場：

• 8 位地址讀寫操作- readRegByte() 和 writeRegByte()
• 16 位地址讀寫操作 - readRegWord() 和 writeRegWord()
• 批量讀寫操作- readRegBuffer() and writeRegBuffer()

其中 Byte 是針對 8 位的 I2C 設(shè)備，Word 是針對 16 位的設(shè)備。

• 讀操作：用寄存器的地址做為參數(shù)。
• 寫操作：兩個參數(shù)，寄存器地址，和你要寫入的值。

上面的代碼中，把寄存器的第 6 位置 1。所以操作流程是

1. 讀出寄存器的值
2. 將這個值的第6位置1 (value |= 0x40;)
3. 然后把新的值寫回寄存器

不過對于 16 位的地址操作還有一個大小端的問題。(什么是大小端?去 Google 吧 )現(xiàn)在的 API 是依照小端模式來讀寫的 16 位設(shè)備地址。

直接批量數(shù)據(jù)操作，可以***讀到 32 個連續(xù)的寄存器的數(shù)值。

那么，我們怎么使用接口進(jìn)行批量操作呢?

傳輸原始數(shù)據(jù)

還是先來張圖吧：

這種操作方法，不同于上面的讀寫寄存器。在 I2C 的操作中，屬于 burst 操作方法。即一次性的讀寫多少字節(jié)，***再停止。

跟一個例子：

這樣傳輸能帶來更高的傳輸效率，解決了 I2C 傳輸?shù)暮诵膯栴}，我們也解決了支持 I2C 的任何外設(shè)的讀寫問題。

后記

Android Things 的 SDK 中，Peripheral I/O 部分是包括三種總線的，UART, I2C, SPI。對于軟件開發(fā)人員來說，有下面幾點需要注意：

• UART 開發(fā)，需要了解 UART 的波特率、流控等概念。
• SPI 開發(fā)，需要了解 MISO, MOSI,CLK, GND, CS 這些連線的作用，還有 SPI 的操作模式等，SDK 中的接口，與上文的 I2C 的開發(fā)流程相似。
• I2C開發(fā)，就不用接著說了吧

【本文是51CTO專欄機(jī)構(gòu)“谷歌開發(fā)者”的原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者(微信公眾號：Google_Developers)】

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