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 10bit slave addresses.
  22 # TODO: Implement support for inverting SDA/SCL levels (0->1 and 1->0).
  23 # TODO: Implement support for detecting various bus errors.
  24
  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 # CMD: [annotation-type-index, long annotation, short annotation]
  52 proto = {
  53     'START':           [0, 'Start',         'S'],
  54     'START REPEAT':    [1, 'Start repeat',  'Sr'],
  55     'STOP':            [2, 'Stop',          'P'],
  56     'ACK':             [3, 'ACK',           'A'],
  57     'NACK':            [4, 'NACK',          'N'],
  58     'BIT':             [5, 'Bit',           'B'],
  59     'ADDRESS READ':    [6, 'Address read',  'AR'],
  60     'ADDRESS WRITE':   [7, 'Address write', 'AW'],
  61     'DATA READ':       [8, 'Data read',     'DR'],
  62     'DATA WRITE':      [9, 'Data write',    'DW'],
  63 }
  64
  65 class SamplerateError(Exception):
  66     pass
  67
  68 class Decoder(srd.Decoder):
  69     api_version = 3
  70     id = 'i2c'
  71     name = 'I²C'
  72     longname = 'Inter-Integrated Circuit'
  73     desc = 'Two-wire, multi-master, serial bus.'
  74     license = 'gplv2+'
  75     inputs = ['logic']
  76     outputs = ['i2c']
  77     channels = (
  78         {'id': 'scl', 'name': 'SCL', 'desc': 'Serial clock line'},
  79         {'id': 'sda', 'name': 'SDA', 'desc': 'Serial data line'},
  80     )
  81     options = (
  82         {'id': 'address_format', 'desc': 'Displayed slave address format',
  83             'default': 'shifted', 'values': ('shifted', 'unshifted')},
  84     )
  85     annotations = (
  86         ('start', 'Start condition'),
  87         ('repeat-start', 'Repeat start condition'),
  88         ('stop', 'Stop condition'),
  89         ('ack', 'ACK'),
  90         ('nack', 'NACK'),
  91         ('bit', 'Data/address bit'),
  92         ('address-read', 'Address read'),
  93         ('address-write', 'Address write'),
  94         ('data-read', 'Data read'),
  95         ('data-write', 'Data write'),
  96         ('warnings', 'Human-readable warnings'),
  97     )
  98     annotation_rows = (
  99         ('bits', 'Bits', (5,)),
 100         ('addr-data', 'Address/Data', (0, 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9)),
 101         ('warnings', 'Warnings', (10,)),
 102     )
 103     binary = (
 104         ('address-read', 'Address read'),
 105         ('address-write', 'Address write'),
 106         ('data-read', 'Data read'),
 107         ('data-write', 'Data write'),
 108     )
 109
 110     def __init__(self):
 111         self.samplerate = None
 112         self.ss = self.es = self.ss_byte = -1
 113         self.bitcount = 0
 114         self.databyte = 0
 115         self.wr = -1
 116         self.is_repeat_start = 0
 117         self.state = 'FIND START'
 118         self.pdu_start = None
 119         self.pdu_bits = 0
 120         self.bits = []
 121
 122     def metadata(self, key, value):
 123         if key == srd.SRD_CONF_SAMPLERATE:
 124             self.samplerate = value
 125
 126     def start(self):
 127         self.out_python = self.register(srd.OUTPUT_PYTHON)
 128         self.out_ann = self.register(srd.OUTPUT_ANN)
 129         self.out_binary = self.register(srd.OUTPUT_BINARY)
 130         self.out_bitrate = self.register(srd.OUTPUT_META,
 131                 meta=(int, 'Bitrate', 'Bitrate from Start bit to Stop bit'))
 132
 133         # Assume that the initial SCL/SDA pin state is high (logic 1).
 134         # This is a good default, since both pins have pullups as per spec.
 135         self.initial_pins = [1, 1]
 136
 137     def putx(self, data):
 138         self.put(self.ss, self.es, self.out_ann, data)
 139
 140     def putp(self, data):
 141         self.put(self.ss, self.es, self.out_python, data)
 142
 143     def putb(self, data):
 144         self.put(self.ss, self.es, self.out_binary, data)
 145
 146     def handle_start(self, pins):
 147         self.ss, self.es = self.samplenum, self.samplenum
 148         self.pdu_start = self.samplenum
 149         self.pdu_bits = 0
 150         cmd = 'START REPEAT' if (self.is_repeat_start == 1) else 'START'
 151         self.putp([cmd, None])
 152         self.putx([proto[cmd][0], proto[cmd][1:]])
 153         self.state = 'FIND ADDRESS'
 154         self.bitcount = self.databyte = 0
 155         self.is_repeat_start = 1
 156         self.wr = -1
 157         self.bits = []
 158
 159     # Gather 8 bits of data plus the ACK/NACK bit.
 160     def handle_address_or_data(self, pins):
 161         scl, sda = pins
 162         self.pdu_bits += 1
 163
 164         # Address and data are transmitted MSB-first.
 165         self.databyte <<= 1
 166         self.databyte |= sda
 167
 168         # Remember the start of the first data/address bit.
 169         if self.bitcount == 0:
 170             self.ss_byte = self.samplenum
 171
 172         # Store individual bits and their start/end samplenumbers.
 173         # In the list, index 0 represents the LSB (I²C transmits MSB-first).
 174         self.bits.insert(0, [sda, self.samplenum, self.samplenum])
 175         if self.bitcount > 0:
 176             self.bits[1][2] = self.samplenum
 177         if self.bitcount == 7:
 178             self.bitwidth = self.bits[1][2] - self.bits[2][2]
 179             self.bits[0][2] += self.bitwidth
 180
 181         # Return if we haven't collected all 8 + 1 bits, yet.
 182         if self.bitcount < 7:
 183             self.bitcount += 1
 184             return
 185
 186         d = self.databyte
 187         if self.state == 'FIND ADDRESS':
 188             # The READ/WRITE bit is only in address bytes, not data bytes.
 189             self.wr = 0 if (self.databyte & 1) else 1
 190             if self.options['address_format'] == 'shifted':
 191                 d = d >> 1
 192
 193         bin_class = -1
 194         if self.state == 'FIND ADDRESS' and self.wr == 1:
 195             cmd = 'ADDRESS WRITE'
 196             bin_class = 1
 197         elif self.state == 'FIND ADDRESS' and self.wr == 0:
 198             cmd = 'ADDRESS READ'
 199             bin_class = 0
 200         elif self.state == 'FIND DATA' and self.wr == 1:
 201             cmd = 'DATA WRITE'
 202             bin_class = 3
 203         elif self.state == 'FIND DATA' and self.wr == 0:
 204             cmd = 'DATA READ'
 205             bin_class = 2
 206
 207         self.ss, self.es = self.ss_byte, self.samplenum + self.bitwidth
 208
 209         self.putp(['BITS', self.bits])
 210         self.putp([cmd, d])
 211
 212         self.putb([bin_class, bytes([d])])
 213
 214         for bit in self.bits:
 215             self.put(bit[1], bit[2], self.out_ann, [5, ['%d' % bit[0]]])
 216
 217         if cmd.startswith('ADDRESS'):
 218             self.ss, self.es = self.samplenum, self.samplenum + self.bitwidth
 219             w = ['Write', 'Wr', 'W'] if self.wr else ['Read', 'Rd', 'R']
 220             self.putx([proto[cmd][0], w])
 221             self.ss, self.es = self.ss_byte, self.samplenum
 222
 223         self.putx([proto[cmd][0], ['%s: %02X' % (proto[cmd][1], d),
 224                    '%s: %02X' % (proto[cmd][2], d), '%02X' % d]])
 225
 226         # Done with this packet.
 227         self.bitcount = self.databyte = 0
 228         self.bits = []
 229         self.state = 'FIND ACK'
 230
 231     def get_ack(self, pins):
 232         scl, sda = pins
 233         self.ss, self.es = self.samplenum, self.samplenum + self.bitwidth
 234         cmd = 'NACK' if (sda == 1) else 'ACK'
 235         self.putp([cmd, None])
 236         self.putx([proto[cmd][0], proto[cmd][1:]])
 237         # There could be multiple data bytes in a row, so either find
 238         # another data byte or a STOP condition next.
 239         self.state = 'FIND DATA'
 240
 241     def handle_stop(self, pins):
 242         # Meta bitrate
 243         elapsed = 1 / float(self.samplerate) * (self.samplenum - self.pdu_start + 1)
 244         bitrate = int(1 / elapsed * self.pdu_bits)
 245         self.put(self.ss_byte, self.samplenum, self.out_bitrate, bitrate)
 246
 247         cmd = 'STOP'
 248         self.ss, self.es = self.samplenum, self.samplenum
 249         self.putp([cmd, None])
 250         self.putx([proto[cmd][0], proto[cmd][1:]])
 251         self.state = 'FIND START'
 252         self.is_repeat_start = 0
 253         self.wr = -1
 254         self.bits = []
 255
 256     def decode(self):
 257         if not self.samplerate:
 258             raise SamplerateError('Cannot decode without samplerate.')
 259
 260         self.wait({})
 261
 262         while True:
 263             # State machine.
 264             if self.state == 'FIND START':
 265                 # Wait for a START condition (S): SCL = high, SDA = falling.
 266                 self.handle_start(self.wait({0: 'h', 1: 'f'}))
 267             elif self.state == 'FIND ADDRESS':
 268                 # Wait for a data bit: SCL = rising.
 269                 self.handle_address_or_data(self.wait({0: 'r'}))
 270             elif self.state == 'FIND DATA':
 271                 # Wait for any of the following conditions (or combinations):
 272                 #  a) Data sampling of receiver: SCL = rising, and/or
 273                 #  b) START condition (S): SCL = high, SDA = falling, and/or
 274                 #  c) STOP condition (P): SCL = high, SDA = rising
 275                 pins = self.wait([{0: 'r'}, {0: 'h', 1: 'f'}, {0: 'h', 1: 'r'}])
 276
 277                 # Check which of the condition(s) matched and handle them.
 278                 if self.matched[0]:
 279                     self.handle_address_or_data(pins)
 280                 elif self.matched[1]:
 281                     self.handle_start(pins)
 282                 elif self.matched[2]:
 283                     self.handle_stop(pins)
 284             elif self.state == 'FIND ACK':
 285                 # Wait for a data/ack bit: SCL = rising.
 286                 self.get_ack(self.wait({0: 'r'}))