decoders/i2c/pd.py

   1 ##
   2 ## This file is part of the libsigrokdecode project.
   3 ##
   4 ## Copyright (C) 2010-2016 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, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18 ##
  19
  20 # TODO: Look into arbitration, collision detection, clock synchronisation, etc.
  21 # TODO: Implement support for inverting SDA/SCL levels (0->1 and 1->0).
  22 # TODO: Implement support for detecting various bus errors.
  23
  24 from common.srdhelper import bitpack_msb
  25 import sigrokdecode as srd
  26
  27 '''
  28 OUTPUT_PYTHON format:
  29
  30 Packet:
  31 [<ptype>, <pdata>]
  32
  33 <ptype>:
  34  - 'START' (START condition)
  35  - 'START REPEAT' (Repeated START condition)
  36  - 'ADDRESS READ' (Slave address, read)
  37  - 'ADDRESS WRITE' (Slave address, write)
  38  - 'DATA READ' (Data, read)
  39  - 'DATA WRITE' (Data, write)
  40  - 'STOP' (STOP condition)
  41  - 'ACK' (ACK bit)
  42  - 'NACK' (NACK bit)
  43  - 'BITS' (<pdata>: list of data/address bits and their ss/es numbers)
  44
  45 <pdata> is the data or address byte associated with the 'ADDRESS*' and 'DATA*'
  46 command. Slave addresses do not include bit 0 (the READ/WRITE indication bit).
  47 For example, a slave address field could be 0x51 (instead of 0xa2).
  48 For 'START', 'START REPEAT', 'STOP', 'ACK', and 'NACK' <pdata> is None.
  49 '''
  50
  51 # Meaning of table items:
  52 # command -> [annotation class, annotation text in order of decreasing length]
  53 proto = {
  54     'START':         [0, 'Start', 'S'],
  55     'START REPEAT':  [1, 'Start repeat', 'Sr'],
  56     'STOP':          [2, 'Stop', 'P'],
  57     'ACK':           [3, 'ACK', 'A'],
  58     'NACK':          [4, 'NACK', 'N'],
  59     'BIT':           [5, '{b:1d}'],
  60     'ADDRESS READ':  [6, 'Address read: {b:02X}', 'AR: {b:02X}', '{b:02X}'],
  61     'ADDRESS WRITE': [7, 'Address write: {b:02X}', 'AW: {b:02X}', '{b:02X}'],
  62     'DATA READ':     [8, 'Data read: {b:02X}', 'DR: {b:02X}', '{b:02X}'],
  63     'DATA WRITE':    [9, 'Data write: {b:02X}', 'DW: {b:02X}', '{b:02X}'],
  64 }
  65
  66 class Decoder(srd.Decoder):
  67     api_version = 3
  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     tags = ['Embedded/industrial']
  76     channels = (
  77         {'id': 'scl', 'name': 'SCL', 'desc': 'Serial clock line'},
  78         {'id': 'sda', 'name': 'SDA', 'desc': 'Serial data line'},
  79     )
  80     options = (
  81         {'id': 'address_format', 'desc': 'Displayed slave address format',
  82             'default': 'shifted', 'values': ('shifted', 'unshifted')},
  83     )
  84     annotations = (
  85         ('start', 'Start condition'),
  86         ('repeat-start', 'Repeat start condition'),
  87         ('stop', 'Stop condition'),
  88         ('ack', 'ACK'),
  89         ('nack', 'NACK'),
  90         ('bit', 'Data/address bit'),
  91         ('address-read', 'Address read'),
  92         ('address-write', 'Address write'),
  93         ('data-read', 'Data read'),
  94         ('data-write', 'Data write'),
  95         ('warning', 'Warning'),
  96     )
  97     annotation_rows = (
  98         ('bits', 'Bits', (5,)),
  99         ('addr-data', 'Address/data', (0, 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9)),
 100         ('warnings', 'Warnings', (10,)),
 101     )
 102     binary = (
 103         ('address-read', 'Address read'),
 104         ('address-write', 'Address write'),
 105         ('data-read', 'Data read'),
 106         ('data-write', 'Data write'),
 107     )
 108
 109     def __init__(self):
 110         self.reset()
 111
 112     def reset(self):
 113         self.samplerate = None
 114         self.ss = self.es = self.ss_byte = -1
 115         self.is_write = None
 116         self.rem_addr_bytes = None
 117         self.is_repeat_start = False
 118         self.state = 'FIND START'
 119         self.pdu_start = None
 120         self.pdu_bits = 0
 121         self.data_bits = []
 122
 123     def metadata(self, key, value):
 124         if key == srd.SRD_CONF_SAMPLERATE:
 125             self.samplerate = value
 126
 127     def start(self):
 128         self.out_python = self.register(srd.OUTPUT_PYTHON)
 129         self.out_ann = self.register(srd.OUTPUT_ANN)
 130         self.out_binary = self.register(srd.OUTPUT_BINARY)
 131         self.out_bitrate = self.register(srd.OUTPUT_META,
 132                 meta=(int, 'Bitrate', 'Bitrate from Start bit to Stop bit'))
 133
 134     def putx(self, data):
 135         self.put(self.ss, self.es, self.out_ann, data)
 136
 137     def putp(self, data):
 138         self.put(self.ss, self.es, self.out_python, data)
 139
 140     def putb(self, data):
 141         self.put(self.ss, self.es, self.out_binary, data)
 142
 143     def handle_start(self, pins):
 144         self.ss, self.es = self.samplenum, self.samplenum
 145         if self.is_repeat_start:
 146             cmd = 'START REPEAT'
 147         else:
 148             cmd = 'START'
 149             self.pdu_start = self.samplenum
 150             self.pdu_bits = 0
 151         self.putp([cmd, None])
 152         cls, texts = proto[cmd][0], proto[cmd][1:]
 153         self.putx([cls, texts])
 154         self.state = 'FIND ADDRESS'
 155         self.is_repeat_start = True
 156         self.is_write = None
 157         self.rem_addr_bytes = None
 158         self.data_bits.clear()
 159
 160     # Gather 8 bits of data plus the ACK/NACK bit.
 161     def handle_address_or_data(self, pins):
 162         scl, sda = pins
 163         self.pdu_bits += 1
 164
 165         # Accumulate a byte's bits, including its start position.
 166         # Accumulate individual bits and their start/end sample numbers
 167         # as we see them. Get the start sample number at the time when
 168         # the bit value gets sampled. Assume the start of the next bit
 169         # as the end sample number of the previous bit. Guess the last
 170         # bit's end sample number from the second last bit's width.
 171         # (gsi: Shouldn't falling SCL be the end of the bit value?)
 172         # Keep the bits in receive order (MSB first) during accumulation.
 173         if not self.data_bits:
 174             self.ss_byte = self.samplenum
 175         if self.data_bits:
 176             self.data_bits[-1][2] = self.samplenum
 177         self.data_bits.append([sda, self.samplenum, self.samplenum])
 178         if len(self.data_bits) < 8:
 179             return
 180         self.bitwidth = self.data_bits[-2][2] - self.data_bits[-3][2]
 181         self.data_bits[-1][2] += self.bitwidth
 182
 183         # Get the byte value. Address and data are transmitted MSB-first.
 184         d = bitpack_msb(self.data_bits, 0)
 185         if self.state == 'FIND ADDRESS':
 186             # The READ/WRITE bit is only in the first address byte, not
 187             # in data bytes. Address bit pattern 0b1111_0xxx means that
 188             # this is a 10bit slave address, another byte follows. Get
 189             # the R/W direction and the address bytes count from the
 190             # first byte in the I2C transfer.
 191             addr_byte = d
 192             if self.rem_addr_bytes is None:
 193                 if (addr_byte & 0xf8) == 0xf0:
 194                     self.rem_addr_bytes = 2
 195                     self.slave_addr_7 = None
 196                     self.slave_addr_10 = addr_byte & 0x06
 197                     self.slave_addr_10 <<= 7
 198                 else:
 199                     self.rem_addr_bytes = 1
 200                     self.slave_addr_7 = addr_byte >> 1
 201                     self.slave_addr_10 = None
 202             is_seven = self.slave_addr_7 is not None
 203             if self.is_write is None:
 204                 read_bit = bool(addr_byte & 1)
 205                 shift_seven = self.options['address_format'] == 'shifted'
 206                 if is_seven and shift_seven:
 207                     d = d >> 1
 208                 self.is_write = False if read_bit else True
 209             else:
 210                 self.slave_addr_10 |= addr_byte
 211
 212         bin_class = -1
 213         if self.state == 'FIND ADDRESS' and self.is_write:
 214             cmd = 'ADDRESS WRITE'
 215             bin_class = 1
 216         elif self.state == 'FIND ADDRESS' and not self.is_write:
 217             cmd = 'ADDRESS READ'
 218             bin_class = 0
 219         elif self.state == 'FIND DATA' and self.is_write:
 220             cmd = 'DATA WRITE'
 221             bin_class = 3
 222         elif self.state == 'FIND DATA' and not self.is_write:
 223             cmd = 'DATA READ'
 224             bin_class = 2
 225
 226         self.ss, self.es = self.ss_byte, self.samplenum + self.bitwidth
 227
 228         # Reverse the list of bits to LSB first order before emitting
 229         # annotations and passing bits to upper layers. This may be
 230         # unexpected because the protocol is MSB first, but it keeps
 231         # backwards compatibility.
 232         self.data_bits.reverse()
 233         self.putp(['BITS', self.data_bits])
 234         self.putp([cmd, d])
 235
 236         self.putb([bin_class, bytes([d])])
 237
 238         for b, ss, es in self.data_bits:
 239             cls, texts = proto['BIT'][0], proto['BIT'][1:]
 240             texts = [t.format(b = b) for t in texts]
 241             self.put(ss, es, self.out_ann, [cls, texts])
 242
 243         if cmd.startswith('ADDRESS') and is_seven:
 244             self.ss, self.es = self.samplenum, self.samplenum + self.bitwidth
 245             cls = proto[cmd][0]
 246             w = ['Write', 'Wr', 'W'] if self.is_write else ['Read', 'Rd', 'R']
 247             self.putx([cls, w])
 248             self.ss, self.es = self.ss_byte, self.samplenum
 249
 250         cls, texts = proto[cmd][0], proto[cmd][1:]
 251         texts = [t.format(b = d) for t in texts]
 252         self.putx([cls, texts])
 253
 254         # Done with this packet.
 255         self.data_bits.clear()
 256         self.state = 'FIND ACK'
 257
 258     def get_ack(self, pins):
 259         scl, sda = pins
 260         # NOTE! Re-uses the last data bit's width for ACK/NAK as well.
 261         # Which might be acceptable because this decoder implementation
 262         # only gets to handle ACK/NAK after all DATA BITS were seen.
 263         self.ss, self.es = self.samplenum, self.samplenum + self.bitwidth
 264         cmd = 'NACK' if (sda == 1) else 'ACK'
 265         self.putp([cmd, None])
 266         cls, texts = proto[cmd][0], proto[cmd][1:]
 267         self.putx([cls, texts])
 268         # Slave addresses can span one or two bytes, before data bytes
 269         # follow. There can be an arbitrary number of data bytes. Stick
 270         # with getting more address bytes if applicable, or enter or
 271         # remain in the data phase of the transfer otherwise.
 272         if self.rem_addr_bytes:
 273             self.rem_addr_bytes -= 1
 274         if self.rem_addr_bytes:
 275             self.state = 'FIND ADDRESS'
 276         else:
 277             self.state = 'FIND DATA'
 278
 279     def handle_stop(self, pins):
 280         # Meta bitrate
 281         if self.samplerate and self.pdu_start:
 282             elapsed = self.samplenum - self.pdu_start + 1
 283             elapsed /= self.samplerate
 284             bitrate = int(1 / elapsed * self.pdu_bits)
 285             ss, es = self.pdu_start, self.samplenum
 286             self.put(ss, es, self.out_bitrate, bitrate)
 287             self.pdu_start = None
 288             self.pdu_bits = 0
 289
 290         cmd = 'STOP'
 291         self.ss, self.es = self.samplenum, self.samplenum
 292         self.putp([cmd, None])
 293         cls, texts = proto[cmd][0], proto[cmd][1:]
 294         self.putx([cls, texts])
 295         self.state = 'FIND START'
 296         self.is_repeat_start = False
 297         self.is_write = None
 298         self.data_bits.clear()
 299
 300     def decode(self):
 301         while True:
 302             # State machine.
 303             if self.state == 'FIND START':
 304                 # Wait for a START condition (S): SCL = high, SDA = falling.
 305                 self.handle_start(self.wait({0: 'h', 1: 'f'}))
 306             elif self.state == 'FIND ADDRESS':
 307                 # Wait for a data bit: SCL = rising.
 308                 self.handle_address_or_data(self.wait({0: 'r'}))
 309             elif self.state == 'FIND DATA':
 310                 # Wait for any of the following conditions (or combinations):
 311                 #  a) Data sampling of receiver: SCL = rising, and/or
 312                 #  b) START condition (S): SCL = high, SDA = falling, and/or
 313                 #  c) STOP condition (P): SCL = high, SDA = rising
 314                 pins = self.wait([{0: 'r'}, {0: 'h', 1: 'f'}, {0: 'h', 1: 'r'}])
 315
 316                 # Check which of the condition(s) matched and handle them.
 317                 if self.matched[0]:
 318                     self.handle_address_or_data(pins)
 319                 elif self.matched[1]:
 320                     self.handle_start(pins)
 321                 elif self.matched[2]:
 322                     self.handle_stop(pins)
 323             elif self.state == 'FIND ACK':
 324                 # Wait for a data/ack bit: SCL = rising.
 325                 self.get_ack(self.wait({0: 'r'}))