MSSP - I²C

Sistemi multi - Master: bus collision e bus arbitration.

I²C supporta la modalità multi-Master, la quale richiede la possibilità di arbitraggio del bus, nel caso in cui due Master cerchino di accedere contemporaneamente, creando una situazione di collisone sul bus.

In modalità multi-Master, la generazione di interrupt al rilevamento di condizioni di Start e Stop consente la determinazione dello stato del bus. Il controllo del bus può essere preso il bit P di SSPSTAT è a 1 oppure il bus è inattivo (idle) e i bit S e P sono a zero.
Verificando, come peraltro consigliato da Microchip, che S e P siano a zero, il bus è considerabile idle.

Questo, però, non toglie che, per circostanze fortuite, si verifichi contemporaneamente da parte di un altro Master un tentativo di presa di possesso del bus.
In questo caso si verifica una collisone sul bus al momento in cui i due Master cercheranno di forzare una linea a livelli opposti.
Trattandosi di un bus open collector, non sussiste alcun rischio di sovra correnti per i dispositivi collegati, ma i dati trasmessi da uno dei due dispositivi sono corroti. E' necessario che, quindi, un Master abbandoni il bus.

Ancora una volta, il rilevamento della situazione è automatizzato dal modulo MSSP, che attiva un flag di collisione BCLIF, il quale, tra l' altro, è sorgente di interrupt.
Al presentarsi della situazione anomala, il programma di gestione, avvertito dal flag, dovrà intervenire con una procedura di arbitraggio.

La logica imposta è la seguente: il Master in cui il bit di collisione è settato, perde il controllo del bus e abbandona il processo di comunicazione in corso, che sarà ripreso non appena il bus è di nuovo libero.

Quando il Master invia bit sulla linea SDA, viene effettuato un campionamento per verificare se il dato emesso è uguale allo stato della linea. Quando SDA è a livello alto, i dati devono essere stabili. Se il dato attesi su SDA è un '1 ' e il campionamento riporta uno '0' , significa che un' altra unità sta cercando di scrivere dati. Ha luogo una collisione.
Sul Master sarà portato a 1 il flag di interrupt per Bus Collision, BCLIF e il modulo MSSP sarà riportato al suo stato di inattività.

Se una trasmissione era in corso al momento della collisione, essa viene interrotta, i flag BF è posto a 0, le linee SDA e SCL sono rilasciate.
BCLIF chiama un interrupt in quanto l' utente viene avvertito della situazione anomala e deve intervenire.
Una routine di collisione potrà attendere lo stato di idle del bus per riprendere la comunicazione generando una nuova condizione di Start.

Se erano in corso Start, Restart, Stop o ACK/NACK al momento della collisone sul bus, la condizione è interrotta,le linee SDA e SCL sono rilasciate e i bit di controllo rispettivi in SSPCON2 vengono cancellati. La routine di collisione potrà attendere lo stato di idle del bus per riprendere la comunicazione generando una nuova condizione di Start.
Il master continuerà a monitorare la SDA e SCL: se si verifica una condizione irreversibile, il bit SSPIF verrà settato.

La scrittura di SSPBUF inizierà la trasmissione di dati, indipendentemente da dove il trasmettitore era stato interrotto quando la collisione sul bus si è verificata. 

Una collisone in un sistema multi-Master si potrà presentare in vari momenti dello scambio di dati sul bus.

Bus Collision durante la condizione di Start

E' probabile che una collisone avvenga durante lo Start: due Master che intendono accedere al bus, lo trovano idle e generano per prima cosa la condizione di Start.
E' anche possibile che un Master tenti un accesso al bus generando lo Start mentre il bus è già impegnato.

Nel corso di una condizione di Start, una collisione bus si verifica se:

1. SDA o SCL sono campionati bassi all'inizio della condizione di avvio.
2. SCL viene campionato a basso prima che SDA sia a livello basso

Nel corso di una condizione di avvio, sia SDA che SCL sono monitorati. Se il pin SDA è già basso, o il pin SCL è già basso, si verificano gli eventi seguenti:

• la condizione di Start viene interrotta,
• il flag BCLIF va a 1
• il modulo MSSP viene ripristinato al suo stato di inattività.

La condizione di Start inizia con i pin SDA e SCL a livello alto. Quando il pin SDA è campionato alto, il Baud Rate Generator BRG è caricato da SSPADD <6:0> e conta fino a 0. Se il pin SCL viene campionato basso mentre SDA è a livello alto, si verifica una collisione perché è da presumere che un altro Master stia tentando di mandare un dato '1' durante la condizione di Start.
Se il pin SDA viene campionato basso durante questo conteggio, BRG viene azzerato e la linea SDA è a livello basso prima del conteggio. 

Se, tuttavia, un '1 ' viene campionato su SDA, il pin va basso alla fine del conteggio del BRG. Il generatore di baud rate viene poi ricaricato e conta di nuovo fino a 0: se il pin SCL viene campionato come '0 ' durante questo tempo, non si rileva una collisione bus. Alla fine del conteggio BRG, il pin SCL va basso.

La ragione per cui collisione bus non è un fattore nel corso di una condizione di Start è che non è possibile ragionevolmente che due Master possano far valere una condizione di avvio esattamente allo stesso tempo. Pertanto, un Master manderà a livello basso SDA prima dell'altro. Questa condizione non causa un bus collision perché ai due master deve essere permesso di arbitrare il primo indirizzo che segue la condizione di Start. Se l'indirizzo è lo stessa, l'arbitrato prosegue nella porzione di dati o nella condizione di Restart o Stop.

Bus Collision durante il Restart

Nel corso di una condizione di Restart, una collisione bus si verifica se:

1. Viene campionato un livello basso su SDA quando SCL va dal livello basso al livello alto.
2. SCL va basso prima che SDA vada basso, il che indica che un altro Master sta tentando di
   trasmettere dati  a '1 '.

Quando l'utente rilascia SDA e il pin dovrebbe tornare a livello 1 per i pull-up, il BRG è caricato con SSPADD <6:0> e conta fino a 0. Il pin SCL è quindi rilasciato e, quando campionato alto, il pin SDA viene pure campionato.
Se SDA è basso, una collisione bus si è verificato (ad esempio, un altro Master sta tentando di trasmettere un dato a '0).

Se SDA viene campionato alto, il BRG è ricaricato e inizia il conteggio. Se SDA passa da alto a basso prima della fine del conteggio, non c'è collisone perché non esistono due Master che agiscono su SDA esattamente nello stesso momento.
Se SCL va da alto a basso prima del conteggio di BRG e SDA non è già stato mandato basso, si verifica una collisione bus: in questo caso, un altro Master sta tentando di trasmettere dati  a '1 'durante la condizione di Restart.

Se, alla fine del conteggio di BRG, sia SCL e SDA sono ancora a livello 1, il pin SDA è mandato basso e BRG è ricaricato e inizia a contare. Alla fine del conteggio, indipendentemente dallo stato del pin SCL, SDA è mandato basso e la condizione di Restart è completata.

Bus Collision durante lo Stop

Una collisione sul bus avviene durante una condizione di Stop se:

1. Dopo  che il pin SDA è stato rilasciato, il suo livello viene campionata basso al termine di un  periodo di BRG.
2. Dopo che il pin SCL è stato rilasciato, SCL è campionato basso prima che SDA vada alto.

La condizione di Stop inizia con SDA a livello basso. Quando questa linea è campionata bassa, il pin SCL è rilasciato e deve andare a livello alto a causa del pull-up. Se il pin viene campionato alto (arbitraggio di clock), il generatore di baud rate è caricato con SSPADD <6:0> e conta fino a 0. Dopo il tempo di BRG, la linea SDA è campionata: se viene trovata a livello basso, si è verificata una collisione sul bus, dovuta a un altro Master che cerca di portare la linea a '0.

Se il pin SCL è campionato basso prima che SDA sia rilasciato, è in corso una collisione. Questo è un altro caso di un Master che sta tentando di comandare la linea dati a 0.