PC-I2C

De Pensée Profonde - Club de robotique
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Principe Général

Afin de permettre la communication entre les différentes parties électroniques du robot nous avons choisi le bus I²C. Nous ne reviendrons pas ici sur le principe de ce bus tant les documentations à ce sujet sont nombreuses sur le net (au hasard).


Nos utilisations

Développement

Lors du développement des différentes cartes filles il nous est indispensable de disposer d'un moyen "sur" de communiquer sur le bus I²C. Nous avons donc cherché une interface utilisable facilement et ayant fait ses preuves. Il s'avère que de nombreuses interfaces existent et s'utilise très facilement avec Linux. Ces interfaces "communes" sont directement utilisables depuis les drivers du noyau. Leur gros défaut sont une consommation cpu élevée et leur interface parallèle (DB-25 is back !).

Pour cette utilisation nous avons choisi une interface de type ELV. Disposant d'opto-coupleurs, le montage isole électriquement le PC de nos montages. Celui-ci est reconnu nativement par le noyau linux.

Embarqué

Dans le cadre de l'utilisation embarquée nous devons disposer d'un système capable de fonctionner sur n'importe quel OS et sur port USB. Nous avons donc décidé de développer notre propre interface USB-I²C. Celle-ci est vue par le PC comme un simple port COM grace au CDC.
La communication se fait selon un protocole visant à maximiser la compatibilité et la lisibilité. Un simple terminal permet d'envoyer et de recevoir des données.

Nos développements sont détaillés ci-dessous.


Nos développements

USB-I²C v1

Cette première interface utilise un PIC 18F4550. Celui-ci intègre un port USB et un port I²C, un cible de choix donc. En pratique l'utilisation de l'USB et d'une émulation du CDC provoque un charge cpu importante. Dés lors il devient difficile d'assurer une fiabilité optimale ...

De plus cette première version ne propose pas d'isolation entre PC et circuit I²C.

  • En cas de problème (court-circuit, surtension ...) les risques sont importants de part et d'autre.
  • Il n'est pas possible d'avoir de différence de potentiel entre les 2 circuits.


USB-I²C v2

Cette seconde interface utilise un PIC 18F. Ici nul besoin d'USB natif : le support de l'USB et du CDC sont assurés par un composant spécifique. Le PIC ne voit alors qu'un port série classique. Ainsi libéré il ne s'occupe que de l'interprétation/transcription du protocole série vers I²C.


De nombreux composants existent pour réaliser la conversion USB<=>RS232. Le plus connus est sans conteste le FT232 de FTDI. Cependant il existe une solution beaucoup plus simple et économique : utiliser un convertisseur déjà assemblé ! On trouve par exemple des câbles USB<=>RS22 destinés aux téléphones portables. L'utilisation de de ce genre de câble possède de nombreux avantages :

  • économique: moins de 4€
  • petite taille : généralement tous les composants sont intégrés à la prise USB
  • aucun développement : plug and play :)

Autre fonctionnalité intéressante : une isolation totale entre PC et circuit I²C. En effet un couple d'optocoupleur assure la communication entre les 2 circuits.


Le Protocole

Une fois connectée l'adaptateur apparait comme un nouveau port com. Il est dés lors possible de l'ouvrir comme un port classique afin d'y envoyer/recevoir des données.

Le protocole utilise un jeu de caractères volontairement limité pour les commandes et les données/adresses.

Jeu de caractère
Caractères Fonction
0-9
A-F
Codes hexa réservés aux valeurs. Toujours en majuscule.
S Start I²C
R ReStart I²C
Q Stop I²C
K Reset de la carte
O Code de retour. Indique que tout s'est bien passé (OK)
E Code de retour. Signale une erreur. Normalement suivi de 2 chiffres précisant le code de l'erreur puis d'une chaine de caractères?


Exemples de communications simples
Caractères Sens Fonction
 S40D7Q PC->I2C <Start> <Adresse Slave 0x40 paire=écriture> <octet de donnée D7> <Stop>
 S40D705Q PC->I2C <Start> <Adresse Slave 0x40 paire=écriture> <octet de donnée D7> <octet de donnée 05> <Stop>
 S40D7R4205Q PC->I2C <Start> <Adresse Slave 0x40 paire=écriture> <octet de donnée D7> <Restart> <Adresse Slave 0x42 paire=écriture> <octet de donnée 05> <Stop>
 S4102 I2C->PC <Start> <Adresse Slave 0x40 impaire=lecture> <attente de 2 octets en réception>


Chaque "Start" émis donne lieu à une réponse de l'adaptateur.

  • pour chaque réponse une ligne est renvoyée.
  • la ligne débute par un caractère de status suivi de l'adresse de la carte fille sur 2 caractères (hexa): "K40" par exemple.
  • dans le cas d'une écriture le caractère de status peut prendre les valeurs suivantes:
    • O : transmission OK.
    • K : transmission KO.
  • dans le cas d'une lecture le caractère de status prend la valeur "R". L'adresse est suivi des octets renvoyés par la carte fille.
    • chaque octet est représenté par 2 caractères (hexa).


Liens

Quelques liens vers des sites ou des documents traitant de la réalisation d'interfaces PC/ I²C.