ＭＳＳＰモジュールのＩ２Ｃモードの概要ＭＳＳＰモジュールのＩ２Ｃモードの概要【ＭＳＳＰモジュールの概要】
MSSP(Master Synchronous Serial Port)モジュールはボード内の他のデバイスICと
高速にシリアル通信をするためのモジュールで、SPIとI2Cという２種類の動作モード
で使うことができます。
・SPI（Serial Peripheral Interface)
比較的簡便なシリアル通信で２つのシフトレジスタが環状に接続されてその間を
シリアルで通信する構成となります。
・I2C(Inter-Integrated Circuit）
フィリップス社が提唱するシリアル通信方式で、３個以上のデバイスをパーティー
ラインで接続してマスター・スレーブの関係を構成して通信をします
【MSSPのI2Cモードでの使い方】
MSSPモジュールはI2Cモードでの使い方が可能で、すべてのマスター／スレーブモード
に対応しています。また同報アドレス指定やマルチマスターモードもサポートしています。
I2C通信は２種類の信号で通信が可能で、PICの場合には、 SCL ：RC3 SDA：RC4
の２ピンが対応しています。I2Cモードで使うときには、この２つのピンはオープンドレイン
の回路にする必要があるため、TRISレジスタで入力モードに設定しておく必要があります。
このときの接続関係を図で示すと下図のようになり、複数のデバイスがバス構成で接続
されます。
このときのMSSPモジュールの構成は下図のようになり、やや複雑な動きをします。
送受信はシフトレジスタSSPSRが中心となって行い、マスタ側が出力するクロック
信号（SCL）に合わせてSSPSRに取り込み／送り出しを実行します。
また送受信データのプログラムとの受け渡しは、バッファとなるSSPBUF経由で行います。
スレーブの時の自アドレスはSSPADDレジスタにセットし、これと受信したアドレスとが
一致したとき、Addr Match 信号が出力されてその後の送受信動作に入ります。
通信の開始終了はStart・Stopシーケンス検出回路で各々を検出することで行われ
ます。送受信の結果のステータスは、SSPSTATレジスタに保持されます。
PICのI2Cでは、下記のモードでの使い方ができます。この設定はSSPCON<3：0>の
４ビットで指定します。
１．マスターモード
２．スレーブモード
７ビットアドレス 同報アドレス可能
３．スレーブモード
１０ビットアドレス 同報アドレス可能
４．スレーブモード
７ビットアドレス＋Start/Stop Bit割込み許可
マルチマスターモードで使用する
５．スレーブモード
１０ビットアドレス＋Start/Stop Bit割込み許可
マルチマスターモードで使用する
６．ファームウェア制御によるマスターモード
スレーブはアイドル状態
【基本の通信の信号シーケンス】
I2C通信における信号はクロックSCLとデータSDAの２本の信号線で行われますので、
その信号の同期をとるために信号ライン上のタイミングなどで区別され、下図のように
なっています。
(1) Start Condition
通信の最初を示す信号で、SCL、SDA両方がHighの時に、マスタがSDAをLowに
することで区別します。 マルチマスタの時にも、両方のラインがHigh状態であれば
衝突は起きていないこととなります。
(2) データ送信とACK返信
SCLのクロックがLowの時にデータを遷移させることで順次、高位ビットから送信され
ます。１バイトの送信が完了すると、受信側が正常受信であったらACKを返送します。
異常受信の時には何も返しません。
(3) Stop Condition
クロックが終了してSCLがHighになったときに、SDAをHighに変化させると、そこで終了
ということでStop Conditionとなります。
(4) Clock Stretch
スレーブ側から送信するとき処理時間が間に合わないときには、クロックラインをLow
に強制的にすることで、マスタ側がクロックを送信するのを待たせることができます。
【通信手順とデータフォーマット】
I2Cで通信を行うときの信号フォーマットは下図のようになっています。
まずスレーブのアドレス指定方法に７ビットと１０ビットの２種類があります。現状では
大部分が７ビットアドレスです。
(1) ７ビットアドレスの場合
この場合にはアドレスが１バイトで送信できるため、手順としては簡単になっています。
最初にマスタからアドレスとRead/Writeを指定するデータが送信され、あとはReadか
Writeかによって手順が分かれますが、データ８ビット送受信後、受信側がACKを返す
という手順で進行します。そして通信の最後はStop Conditionで終了します。
スレーブ側から送信する場合には、処理時間を確保するために、クロックストレッチに
よってマスタを待たせることができます。
さらにマスタ側は、送信終了のStop Conditionを発行する代わりに、Repeated Start
Conditionを発行することで、連続して別のスレーブとの通信を行うことができます。
このときにはI2Cバスを開放しないので、マルチマスタの時にも連続通信となります。
実際の通信では、１バイトの通信毎にSSPIFがセットされるので、割込みが許可されて
いればその都度割込みが発生します。割込みを受けつけたら（あるいはSSPIFをセンス
したら）、まずSSPSTATの内容によりどの条件による割込みかを判定します。
割込みにはStart、Stop、バッファフル、エラーなどいくつかあります。そして通常の
バッファフルの割込みである場合には、受信の時は、SSPBUFの内容を読みこんでから、
あるいは送信の時には、SSPBUFに送信データを書き込んでから、SSPIFをクリアして
次の割込みに備えます。特に受信の場合には、これらの一連の処理を次のバイトの受信
が完了する前に終える必要があります。そうしないと受信エラーとなってしまいます。
(2) １０ビットアドレスの場合
アドレスが１０ビットの場合にはアドレスを送信するのに２バイトが必要となるため、通信
の開始手順が複雑となります。
まず受信の場合には、単純にアドレスの１バイト目を受信要求で送り、続いてアドレスの
２バイト目を送ります。特に異常もなくACKが返ってくれば、そのまま続いてデータを送信
します。スレーブ側では、アドレスが一致したスレーブだけが、以降のデータ受信動作を
行います。
マスタが送信要求を出す場合には、複雑になります。まず２バイトのアドレスを送信します。
これで特定のスレーブだけが指定されます。続いて Repeated Start Conditionとして
再スタートをします。この時にRead/WriteビットにRead要求を出力します。すでにアドレス
指定されていたスレーブがこれに対応してデータを出力しマスタがそれを受信して正常な
らACKを返送します。最後はマスタはACKを返送せずにStop Conditionを発行して終了と
なります。このときにもスレーブ側がクロックストレッチをすることで処理時間を確保できる
のは同じです。
この場合にも１バイトの受信毎に割込みが発生するのは同じですので、SSPSTATの内容
によってそれぞれのシーケンスな処理をする必要があります。
【MSSP制御用レジスタの内容】
MSSPを使うためには、MSSPを設定したり状態を確認するためのレジスタを使う必要が
あります。関係する制御用レジスタには、SSPSTAT、SSPCON1、SSPCON2の３種類の
レジスタがあり、それぞれの詳細は下図のようになっています。
もともとMSSPにはI2Cモード以外にSPIモードでの使い方もあるので、両方兼用の内容
になっていますが、下図ではI2Cモードに関係するもののみ解説しています。
(1) SSPSTAT：MSSPの状態レジスタ
I2Cの動作シーケンスのどの段階での割込みかをこの状態レジスタで知ることができ
ます。またRead要求かWrite要求かも判定することができます。
(2) SSOCON1、SSPCON2：設定レジスタ
MSSPの使用モードの初期設定や、受信エラー検出、その他の動作モードの
指定などに使います。
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