decoders/i2c/pd.py

   1 ##
   2 ## This file is part of the libsigrokdecode project.
   3 ##
   4 ## Copyright (C) 2010-2014 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 # TODO: Look into arbitration, collision detection, clock synchronisation, etc.
  22 # TODO: Implement support for 10bit slave addresses.
  23 # TODO: Implement support for inverting SDA/SCL levels (0->1 and 1->0).
  24 # TODO: Implement support for detecting various bus errors.
  25
  26 import sigrokdecode as srd
  27
  28 '''
  29 OUTPUT_PYTHON format:
  30
  31 I²C packet:
  32 [<cmd>, <data>]
  33
  34 <cmd> is one of:
  35  - 'START' (START condition)
  36  - 'START REPEAT' (Repeated START condition)
  37  - 'ADDRESS READ' (Slave address, read)
  38  - 'ADDRESS WRITE' (Slave address, write)
  39  - 'DATA READ' (Data, read)
  40  - 'DATA WRITE' (Data, write)
  41  - 'STOP' (STOP condition)
  42  - 'ACK' (ACK bit)
  43  - 'NACK' (NACK bit)
  44  - 'BITS' (<data>: list of data/address bits and their ss/es numbers)
  45
  46 <data> is the data or address byte associated with the 'ADDRESS*' and 'DATA*'
  47 command. Slave addresses do not include bit 0 (the READ/WRITE indication bit).
  48 For example, a slave address field could be 0x51 (instead of 0xa2).
  49 For 'START', 'START REPEAT', 'STOP', 'ACK', and 'NACK' <data> is None.
  50 '''
  51
  52 # CMD: [annotation-type-index, long annotation, short annotation]
  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, 'Bit',           'B'],
  60     'ADDRESS READ':    [6, 'Address read',  'AR'],
  61     'ADDRESS WRITE':   [7, 'Address write', 'AW'],
  62     'DATA READ':       [8, 'Data read',     'DR'],
  63     'DATA WRITE':      [9, 'Data write',    'DW'],
  64 }
  65
  66 class Decoder(srd.Decoder):
  67     api_version = 2
  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     channels = (
  76         {'id': 'scl', 'name': 'SCL', 'desc': 'Serial clock line'},
  77         {'id': 'sda', 'name': 'SDA', 'desc': 'Serial data line'},
  78     )
  79     options = (
  80         {'id': 'address_format', 'desc': 'Displayed slave address format',
  81             'default': 'shifted', 'values': ('shifted', 'unshifted')},
  82     )
  83     annotations = (
  84         ('start', 'Start condition'),
  85         ('repeat-start', 'Repeat start condition'),
  86         ('stop', 'Stop condition'),
  87         ('ack', 'ACK'),
  88         ('nack', 'NACK'),
  89         ('bit', 'Data/address bit'),
  90         ('address-read', 'Address read'),
  91         ('address-write', 'Address write'),
  92         ('data-read', 'Data read'),
  93         ('data-write', 'Data write'),
  94         ('warnings', 'Human-readable warnings'),
  95     )
  96     annotation_rows = (
  97         ('bits', 'Bits', (5,)),
  98         ('addr-data', 'Address/Data', (0, 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9)),
  99         ('warnings', 'Warnings', (10,)),
 100     )
 101     binary = (
 102         ('address-read', 'Address read'),
 103         ('address-write', 'Address write'),
 104         ('data-read', 'Data read'),
 105         ('data-write', 'Data write'),
 106     )
 107
 108     def __init__(self, **kwargs):
 109         self.samplerate = None
 110         self.ss = self.es = self.byte_ss = -1
 111         self.samplenum = None
 112         self.bitcount = 0
 113         self.databyte = 0
 114         self.wr = -1
 115         self.is_repeat_start = 0
 116         self.state = 'FIND START'
 117         self.oldscl = self.oldsda = 1
 118         self.oldpins = [1, 1]
 119         self.pdu_start = None
 120         self.pdu_bits = 0
 121         self.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 is_start_condition(self, scl, sda):
 144         # START condition (S): SDA = falling, SCL = high
 145         if (self.oldsda == 1 and sda == 0) and scl == 1:
 146             return True
 147         return False
 148
 149     def is_data_bit(self, scl, sda):
 150         # Data sampling of receiver: SCL = rising
 151         if self.oldscl == 0 and scl == 1:
 152             return True
 153         return False
 154
 155     def is_stop_condition(self, scl, sda):
 156         # STOP condition (P): SDA = rising, SCL = high
 157         if (self.oldsda == 0 and sda == 1) and scl == 1:
 158             return True
 159         return False
 160
 161     def found_start(self, scl, sda):
 162         self.ss, self.es = self.samplenum, self.samplenum
 163         self.pdu_start = self.samplenum
 164         self.pdu_bits = 0
 165         cmd = 'START REPEAT' if (self.is_repeat_start == 1) else 'START'
 166         self.putp([cmd, None])
 167         self.putx([proto[cmd][0], proto[cmd][1:]])
 168         self.state = 'FIND ADDRESS'
 169         self.bitcount = self.databyte = 0
 170         self.is_repeat_start = 1
 171         self.wr = -1
 172         self.bits = []
 173
 174     # Gather 8 bits of data plus the ACK/NACK bit.
 175     def found_address_or_data(self, scl, sda):
 176         # Address and data are transmitted MSB-first.
 177         self.databyte <<= 1
 178         self.databyte |= sda
 179
 180         # Remember the start of the first data/address bit.
 181         if self.bitcount == 0:
 182             self.byte_ss = self.samplenum
 183
 184         # Store individual bits and their start/end samplenumbers.
 185         # In the list, index 0 represents the LSB (I²C transmits MSB-first).
 186         self.bits.insert(0, [sda, self.samplenum, self.samplenum])
 187         if self.bitcount > 0:
 188             self.bits[1][2] = self.samplenum
 189         if self.bitcount == 7:
 190             self.bitwidth = self.bits[1][2] - self.bits[2][2]
 191             self.bits[0][2] += self.bitwidth
 192
 193         # Return if we haven't collected all 8 + 1 bits, yet.
 194         if self.bitcount < 7:
 195             self.bitcount += 1
 196             return
 197
 198         d = self.databyte
 199         if self.state == 'FIND ADDRESS':
 200             # The READ/WRITE bit is only in address bytes, not data bytes.
 201             self.wr = 0 if (self.databyte & 1) else 1
 202             if self.options['address_format'] == 'shifted':
 203                 d = d >> 1
 204
 205         bin_class = -1
 206         if self.state == 'FIND ADDRESS' and self.wr == 1:
 207             cmd = 'ADDRESS WRITE'
 208             bin_class = 1
 209         elif self.state == 'FIND ADDRESS' and self.wr == 0:
 210             cmd = 'ADDRESS READ'
 211             bin_class = 0
 212         elif self.state == 'FIND DATA' and self.wr == 1:
 213             cmd = 'DATA WRITE'
 214             bin_class = 3
 215         elif self.state == 'FIND DATA' and self.wr == 0:
 216             cmd = 'DATA READ'
 217             bin_class = 2
 218
 219         self.ss, self.es = self.byte_ss, self.samplenum + self.bitwidth
 220
 221         self.putp(['BITS', self.bits])
 222         self.putp([cmd, d])
 223
 224         self.putb((bin_class, bytes([d])))
 225
 226         for bit in self.bits:
 227             self.put(bit[1], bit[2], self.out_ann, [5, ['%d' % bit[0]]])
 228
 229         if cmd.startswith('ADDRESS'):
 230             self.ss, self.es = self.samplenum, self.samplenum + self.bitwidth
 231             w = ['Write', 'Wr', 'W'] if self.wr else ['Read', 'Rd', 'R']
 232             self.putx([proto[cmd][0], w])
 233             self.ss, self.es = self.byte_ss, self.samplenum
 234
 235         self.putx([proto[cmd][0], ['%s: %02X' % (proto[cmd][1], d),
 236                    '%s: %02X' % (proto[cmd][2], d), '%02X' % d]])
 237
 238         # Done with this packet.
 239         self.bitcount = self.databyte = 0
 240         self.bits = []
 241         self.state = 'FIND ACK'
 242
 243     def get_ack(self, scl, sda):
 244         self.ss, self.es = self.samplenum, self.samplenum + self.bitwidth
 245         cmd = 'NACK' if (sda == 1) else 'ACK'
 246         self.putp([cmd, None])
 247         self.putx([proto[cmd][0], proto[cmd][1:]])
 248         # There could be multiple data bytes in a row, so either find
 249         # another data byte or a STOP condition next.
 250         self.state = 'FIND DATA'
 251
 252     def found_stop(self, scl, sda):
 253         # Meta bitrate
 254         elapsed = 1 / float(self.samplerate) * (self.samplenum - self.pdu_start + 1)
 255         bitrate = int(1 / elapsed * self.pdu_bits)
 256         self.put(self.byte_ss, self.samplenum, self.out_bitrate, bitrate)
 257
 258         cmd = 'STOP'
 259         self.ss, self.es = self.samplenum, self.samplenum
 260         self.putp([cmd, None])
 261         self.putx([proto[cmd][0], proto[cmd][1:]])
 262         self.state = 'FIND START'
 263         self.is_repeat_start = 0
 264         self.wr = -1
 265         self.bits = []
 266
 267     def decode(self, ss, es, data):
 268         if self.samplerate is None:
 269             raise Exception("Cannot decode without samplerate.")
 270         for (self.samplenum, pins) in data:
 271
 272             # Ignore identical samples early on (for performance reasons).
 273             if self.oldpins == pins:
 274                 continue
 275             self.oldpins, (scl, sda) = pins, pins
 276
 277             self.pdu_bits += 1
 278
 279             # State machine.
 280             if self.state == 'FIND START':
 281                 if self.is_start_condition(scl, sda):
 282                     self.found_start(scl, sda)
 283             elif self.state == 'FIND ADDRESS':
 284                 if self.is_data_bit(scl, sda):
 285                     self.found_address_or_data(scl, sda)
 286             elif self.state == 'FIND DATA':
 287                 if self.is_data_bit(scl, sda):
 288                     self.found_address_or_data(scl, sda)
 289                 elif self.is_start_condition(scl, sda):
 290                     self.found_start(scl, sda)
 291                 elif self.is_stop_condition(scl, sda):
 292                     self.found_stop(scl, sda)
 293             elif self.state == 'FIND ACK':
 294                 if self.is_data_bit(scl, sda):
 295                     self.get_ack(scl, sda)
 296             else:
 297                 raise Exception('Invalid state: %s' % self.state)
 298
 299             # Save current SDA/SCL values for the next round.
 300             self.oldscl, self.oldsda = scl, sda
 301