decoders/i2c/pd.py

   1 ##
   2 ## This file is part of the libsigrokdecode project.
   3 ##
   4 ## Copyright (C) 2010-2013 Uwe Hermann <uwe@hermann-uwe.de>
   5 ##
   6 ## This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   7 ## it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8 ## the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   9 ## (at your option) any later version.
  10 ##
  11 ## This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12 ## but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13 ## MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14 ## GNU General Public License for more details.
  15 ##
  16 ## You should have received a copy of the GNU General Public License
  17 ## along with this program; if not, write to the Free Software
  18 ## Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301 USA
  19 ##
  20
  21 # I2C protocol decoder
  22
  23 # TODO: Look into arbitration, collision detection, clock synchronisation, etc.
  24 # TODO: Implement support for 10bit slave addresses.
  25 # TODO: Implement support for inverting SDA/SCL levels (0->1 and 1->0).
  26 # TODO: Implement support for detecting various bus errors.
  27
  28 import sigrokdecode as srd
  29
  30 '''
  31 Protocol output format:
  32
  33 I2C packet:
  34 [<cmd>, <data>]
  35
  36 <cmd> is one of:
  37  - 'START' (START condition)
  38  - 'START REPEAT' (Repeated START condition)
  39  - 'ADDRESS READ' (Slave address, read)
  40  - 'ADDRESS WRITE' (Slave address, write)
  41  - 'DATA READ' (Data, read)
  42  - 'DATA WRITE' (Data, write)
  43  - 'STOP' (STOP condition)
  44  - 'ACK' (ACK bit)
  45  - 'NACK' (NACK bit)
  46
  47 <data> is the data or address byte associated with the 'ADDRESS*' and 'DATA*'
  48 command. Slave addresses do not include bit 0 (the READ/WRITE indication bit).
  49 For example, a slave address field could be 0x51 (instead of 0xa2).
  50 For 'START', 'START REPEAT', 'STOP', 'ACK', and 'NACK' <data> is None.
  51 '''
  52
  53 # CMD: [annotation-type-index, long annotation, short annotation]
  54 proto = {
  55     'START':           [0, 'Start',         'S'],
  56     'START REPEAT':    [1, 'Start repeat',  'Sr'],
  57     'STOP':            [2, 'Stop',          'P'],
  58     'ACK':             [3, 'ACK',           'A'],
  59     'NACK':            [4, 'NACK',          'N'],
  60     'ADDRESS READ':    [5, 'Address read',  'AR'],
  61     'ADDRESS WRITE':   [6, 'Address write', 'AW'],
  62     'DATA READ':       [7, 'Data read',     'DR'],
  63     'DATA WRITE':      [8, 'Data write',    'DW'],
  64 }
  65
  66 class Decoder(srd.Decoder):
  67     api_version = 1
  68     id = 'i2c'
  69     name = 'I2C'
  70     longname = 'Inter-Integrated Circuit'
  71     desc = 'Two-wire, multi-master, serial bus.'
  72     license = 'gplv2+'
  73     inputs = ['logic']
  74     outputs = ['i2c']
  75     probes = [
  76         {'id': 'scl', 'name': 'SCL', 'desc': 'Serial clock line'},
  77         {'id': 'sda', 'name': 'SDA', 'desc': 'Serial data line'},
  78     ]
  79     optional_probes = []
  80     options = {
  81         'address_format': ['Displayed slave address format', 'shifted'],
  82     }
  83     annotations = [
  84         ['Start', 'Start condition'],
  85         ['Repeat start', 'Repeat start condition'],
  86         ['Stop', 'Stop condition'],
  87         ['ACK', 'ACK'],
  88         ['NACK', 'NACK'],
  89         ['Address read', 'Address read'],
  90         ['Address write', 'Address write'],
  91         ['Data read', 'Data read'],
  92         ['Data write', 'Data write'],
  93         ['Warnings', 'Human-readable warnings'],
  94     ]
  95
  96     def __init__(self, **kwargs):
  97         self.startsample = -1
  98         self.samplenum = None
  99         self.bitcount = 0
 100         self.databyte = 0
 101         self.wr = -1
 102         self.is_repeat_start = 0
 103         self.state = 'FIND START'
 104         self.oldscl = 1
 105         self.oldsda = 1
 106         self.oldpins = [1, 1]
 107
 108     def start(self, metadata):
 109         self.out_proto = self.add(srd.OUTPUT_PROTO, 'i2c')
 110         self.out_ann = self.add(srd.OUTPUT_ANN, 'i2c')
 111
 112     def report(self):
 113         pass
 114
 115     def putx(self, data):
 116         self.put(self.startsample, self.samplenum, self.out_ann, data)
 117
 118     def putp(self, data):
 119         self.put(self.startsample, self.samplenum, self.out_proto, data)
 120
 121     def is_start_condition(self, scl, sda):
 122         # START condition (S): SDA = falling, SCL = high
 123         if (self.oldsda == 1 and sda == 0) and scl == 1:
 124             return True
 125         return False
 126
 127     def is_data_bit(self, scl, sda):
 128         # Data sampling of receiver: SCL = rising
 129         if self.oldscl == 0 and scl == 1:
 130             return True
 131         return False
 132
 133     def is_stop_condition(self, scl, sda):
 134         # STOP condition (P): SDA = rising, SCL = high
 135         if (self.oldsda == 0 and sda == 1) and scl == 1:
 136             return True
 137         return False
 138
 139     def found_start(self, scl, sda):
 140         self.startsample = self.samplenum
 141         cmd = 'START REPEAT' if (self.is_repeat_start == 1) else 'START'
 142         self.putp([cmd, None])
 143         self.putx([proto[cmd][0], proto[cmd][1:]])
 144         self.state = 'FIND ADDRESS'
 145         self.bitcount = self.databyte = 0
 146         self.is_repeat_start = 1
 147         self.wr = -1
 148
 149     # Gather 8 bits of data plus the ACK/NACK bit.
 150     def found_address_or_data(self, scl, sda):
 151         # Address and data are transmitted MSB-first.
 152         self.databyte <<= 1
 153         self.databyte |= sda
 154
 155         if self.bitcount == 0:
 156             self.startsample = self.samplenum
 157
 158         # Return if we haven't collected all 8 + 1 bits, yet.
 159         self.bitcount += 1
 160         if self.bitcount != 8:
 161             return
 162
 163         # We triggered on the ACK/NACK bit, but won't report that until later.
 164         self.startsample -= 1
 165
 166         d = self.databyte
 167         if self.state == 'FIND ADDRESS':
 168             # The READ/WRITE bit is only in address bytes, not data bytes.
 169             self.wr = 0 if (self.databyte & 1) else 1
 170             if self.options['address_format'] == 'shifted':
 171                 d = d >> 1
 172
 173         if self.state == 'FIND ADDRESS' and self.wr == 1:
 174             cmd = 'ADDRESS WRITE'
 175         elif self.state == 'FIND ADDRESS' and self.wr == 0:
 176             cmd = 'ADDRESS READ'
 177         elif self.state == 'FIND DATA' and self.wr == 1:
 178             cmd = 'DATA WRITE'
 179         elif self.state == 'FIND DATA' and self.wr == 0:
 180             cmd = 'DATA READ'
 181
 182         self.putp([cmd, d])
 183         self.putx([proto[cmd][0], ['%s: %02X' % (proto[cmd][1], d),
 184                   '%s: %02X' % (proto[cmd][2], d), '%02X' % d]])
 185
 186         # Done with this packet.
 187         self.startsample = -1
 188         self.bitcount = self.databyte = 0
 189         self.state = 'FIND ACK'
 190
 191     def get_ack(self, scl, sda):
 192         self.startsample = self.samplenum
 193         cmd = 'NACK' if (sda == 1) else 'ACK'
 194         self.putp([cmd, None])
 195         self.putx([proto[cmd][0], proto[cmd][1:]])
 196         # There could be multiple data bytes in a row, so either find
 197         # another data byte or a STOP condition next.
 198         self.state = 'FIND DATA'
 199
 200     def found_stop(self, scl, sda):
 201         self.startsample = self.samplenum
 202         cmd = 'STOP'
 203         self.putp([cmd, None])
 204         self.putx([proto[cmd][0], proto[cmd][1:]])
 205         self.state = 'FIND START'
 206         self.is_repeat_start = 0
 207         self.wr = -1
 208
 209     def decode(self, ss, es, data):
 210         for (self.samplenum, pins) in data:
 211
 212             # Ignore identical samples early on (for performance reasons).
 213             if self.oldpins == pins:
 214                 continue
 215             self.oldpins, (scl, sda) = pins, pins
 216
 217             # TODO: Wait until the bus is idle (SDA = SCL = 1) first?
 218
 219             # State machine.
 220             if self.state == 'FIND START':
 221                 if self.is_start_condition(scl, sda):
 222                     self.found_start(scl, sda)
 223             elif self.state == 'FIND ADDRESS':
 224                 if self.is_data_bit(scl, sda):
 225                     self.found_address_or_data(scl, sda)
 226             elif self.state == 'FIND DATA':
 227                 if self.is_data_bit(scl, sda):
 228                     self.found_address_or_data(scl, sda)
 229                 elif self.is_start_condition(scl, sda):
 230                     self.found_start(scl, sda)
 231                 elif self.is_stop_condition(scl, sda):
 232                     self.found_stop(scl, sda)
 233             elif self.state == 'FIND ACK':
 234                 if self.is_data_bit(scl, sda):
 235                     self.get_ack(scl, sda)
 236             else:
 237                 raise Exception('Invalid state: %s' % self.state)
 238
 239             # Save current SDA/SCL values for the next round.
 240             self.oldscl = scl
 241             self.oldsda = sda
 242