I2C 프로토콜 — 주소 지정, ACK/NACK, 멀티마스터

# I2C 프로토콜 — 주소 지정, ACK/NACK, 멀티마스터

## I2C 기본 구조

I2C(Inter-Integrated Circuit)는 **2선(SDA + SCL)** 으로 여러 디바이스를 연결하는  
동기식 직렬 프로토콜입니다.

```
Master      Slave0   Slave1   Slave2
  │           │        │        │
  ├── SCL ────┼────────┼────────┤  (클럭, Master 구동)
  └── SDA ────┴────────┴────────┘  (데이터, 양방향)

풀업 저항이 VCC에 연결됨 (오픈 드레인 방식)
```

- 선 수가 적어 핀이 부족한 환경에 유리
- 하나의 버스에 최대 **112개** 슬레이브 연결 가능 (7비트 주소 기준)
- SPI보다 느리지만(표준 100 kHz, 고속 400 kHz) 배선이 간단

---

## 트랜잭션 구조

```
START     주소(7비트) R/W  ACK   데이터(8비트)  ACK  STOP
  ↓           ↓       ↓    ↓         ↓           ↓    ↓
S [A6A5A4A3A2A1A0] [R/W] [ACK] [D7D6D5D4D3D2D1D0] [ACK] P
```

### START / STOP 조건

```
정상 상태 (유휴):   SCL=HIGH, SDA=HIGH

START 조건:         SCL=HIGH 일 때 SDA HIGH→LOW
STOP 조건:          SCL=HIGH 일 때 SDA LOW→HIGH

SCL: ──────────┐    ┌────────
   SDA: ──────┐   │    │   ┌────
              ↑ START  STOP ↑
```

---

## 주소 지정 방식

### 7비트 주소

```
전송 바이트 구조:
  [A6][A5][A4][A3][A2][A1][A0][R/W]
   ↑──────────────────────↑    ↑
         7비트 주소           0=쓰기 / 1=읽기

예: 주소 0x48 (온도 센서), 쓰기 모드
  → 전송: 0x90  (0b10010000)
     = 0x48 << 1 | 0
```

### 10비트 주소 (확장)

디바이스가 많을 때 사용하는 확장 주소 체계입니다.  
첫 번째 바이트에 특수 패턴(11110xx)을 사용하고  
두 번째 바이트에 나머지 주소를 전송합니다.

---

## ACK / NACK

ACK(Acknowledge)와 NACK(Not Acknowledge)는 수신 확인 신호입니다.

```
ACK (정상 수신):
  Master: 데이터 전송
  Slave:  SDA를 LOW로 당김  ← 수신 확인
          ┌────────────┐
  SDA:    │            └──   ACK 구간(LOW)

NACK (수신 실패 또는 거부):
  Master: 데이터 전송
  Slave:  SDA를 그대로 둠    ← 아무 응답 없음
          ┌───────────────
  SDA:    │               HIGH 유지 = NACK
```

### NACK 발생 원인

```
상황                        NACK 의미
──────────────────────────────────────
잘못된 주소 전송             해당 주소의 슬레이브 없음
슬레이브 바쁜 상태           잠시 후 재시도
데이터 처리 불가             슬레이브가 현재 수용 불가
읽기 완료 시 (마지막 바이트) 마스터가 NACK → 읽기 종료 신호
```

---

## I2C 읽기 트랜잭션 흐름

```
쓰기 후 읽기 (레지스터 읽기 패턴):

1. START
2. 슬레이브 주소 + WRITE(0)
3. ACK
4. 레지스터 주소 전송
5. ACK
6. REPEATED START (re-START)
7. 슬레이브 주소 + READ(1)
8. ACK
9. 데이터 수신 (n-1 바이트) + ACK
10. 마지막 바이트 수신 + NACK (읽기 종료 신호)
11. STOP

다이어그램:
S [ADR|W] ACK [REG] ACK Sr [ADR|R] ACK [DATA] ACK ... [DATA] NACK P
↑                        ↑
START                 Repeated START
```

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## 멀티마스터 이슈

여러 마스터가 같은 I2C 버스를 공유할 때 **충돌(Collision)** 이 발생할 수 있습니다.

### 중재(Arbitration)

I2C는 오픈 드레인 방식이므로 하드웨어 수준에서 자동 중재가 이루어집니다.

```
마스터A와 마스터B가 동시에 전송 시작:

마스터A: 1 0 1 1 ...   ← SDA에 1을 내보내는 순간
마스터B: 1 0 0 1 ...   ← 마스터B가 0을 내보내 버스는 0이 됨

마스터A는 자신이 1을 보냈는데 버스가 0임을 감지
→ 마스터A는 전송 중단, 마스터B가 버스 점유
```

이 과정을 **비트 단위 중재** 라고 하며, I2C 하드웨어가 자동 처리합니다.  
패배한 마스터는 버스가 유휴 상태가 되면 재시도합니다.

---

## TC37x — ASCLIN I2C 모드

TC37x는 ASCLIN 모듈을 I2C 모드로 설정하여 사용합니다.  
전용 I2C 모듈이 아닌 **ASCLIN의 I2C 모드**입니다.

```c
#include "IfxAsclin_I2c.h"

IfxAsclin_I2c g_i2c;

void initI2c(void)
{
    IfxAsclin_I2c_Config i2cConfig;
    IfxAsclin_I2c_initConfig(&i2cConfig, &MODULE_ASCLIN1);

// 속도: 400 kHz (Fast Mode)
    i2cConfig.baudrate.baudrate = 400000;

// 핀 설정
    i2cConfig.pins.scl = &IfxAsclin1_SCLOUT_P00_8_OUT;
    i2cConfig.pins.sda = &IfxAsclin1_SDATA_P00_9_INOUT;

// 인터럽트
    i2cConfig.interrupt.txPriority    = ISR_PRIORITY_ASCLIN1_TX;
    i2cConfig.interrupt.rxPriority    = ISR_PRIORITY_ASCLIN1_RX;
    i2cConfig.interrupt.erPriority    = ISR_PRIORITY_ASCLIN1_ER;
    i2cConfig.interrupt.typeOfService = IfxSrc_Tos_cpu0;

IfxAsclin_I2c_initModule(&g_i2c, &i2cConfig);
}

// 레지스터 쓰기 (슬레이브 주소, 레지스터, 값)
void i2cWriteReg(uint8 slaveAddr, uint8 regAddr, uint8 value)
{
    uint8 txData[2] = {regAddr, value};
    IfxAsclin_I2c_write(&g_i2c, slaveAddr, txData, 2, TRUE);
}

// 레지스터 읽기
uint8 i2cReadReg(uint8 slaveAddr, uint8 regAddr)
{
    uint8 rxData;
    IfxAsclin_I2c_write(&g_i2c, slaveAddr, &regAddr, 1, FALSE); // STOP 없이
    IfxAsclin_I2c_read(&g_i2c, slaveAddr, &rxData, 1, TRUE);    // Repeated START
    return rxData;
}
```

---

## 다른 MCU와의 비교

STM32는 전용 I2C 주변장치(I2C1, I2C2 등)를 가지며  
HAL_I2C_Master_Transmit / HAL_I2C_Mem_Read 등 직관적인 API를 제공합니다.  
TC37x는 ASCLIN을 I2C 모드로 활용하는 구조이며,  
iLLD API를 통해 유사하게 사용할 수 있지만 ASCLIN 초기화 과정이 추가됩니다.

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## 정리

| 항목 | 설명 |
|------|------|
| SDA/SCL | I2C 2선 (데이터 / 클럭) |
| 7비트 주소 | 슬레이브 구분, 최대 112개 |
| ACK | 수신 확인 (LOW) |
| NACK | 수신 거부/오류 (HIGH) |
| Repeated START | 읽기/쓰기 전환 시 버스 점유 유지 |
| 중재 | 멀티마스터 충돌 자동 해결 |
| ASCLIN I2C 모드 | TC37x I2C 구현 방식 |

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