上节内容讲解了I2C的特点，地址匹配，通信速度等内容，本节将着重讲解I2C的读/写过程。I2C的读/写都是按照字节结构安排的，每个字节后面跟着应答，应答在写过程中由从设备给出，读过程的应答由主设备给出。
1. I2C写过程
写过程主要是由Master（主设备）发起如图1，在START + SLAVE ADDRESS之后是读/写控制位，如果该位为0，表示该阶段完成之后，紧跟着的就是写过程。写数据是按照字节组织的，也就是每次写一个字节就会等待从设备应答。至于一次交易可以写多少个字节，I2C的通用协议并没有规定，数据的内容也是根据主从双方的具体需要制定，比如EEPROM，在写存储器内容前，开始的一个或两个byte会规定为存储器阵列的地址，之后的数据解释为存储器的内容。通信过程如图2，
图1
图2
图2显示了I2C的写数据的过程，每个字节后设备都应该应答，但也有丢失应答的情况，称该应答为NACK。即= not acknowledge（SDA HIGH），如下几种情况会发生NACK：
- 在设备地址阶段，没有SLAVE匹配该地址，因此没有对应的设备应答
- 数据传输出错，或数据对于从设备无法理解
- 从设备忙于其它事务，无法对该数据做出应答
- 传输的数据数量超出从设备的处理范围。
第一种情况的处理办法是放弃与该地址设备通信，因为该设备不存在。其它都是主从协议或主从数据处理不匹配造成，如第三种情况，从设备可以拉低SCL进行通信延迟以平衡双方的事务处理。
在主设备发送完最后一个 byte，并得到从设备的应答后，即可发起停止（stop），结束整个通信过程。
二、 I2C 读过程
在图1中，如果读/写控制位为1，得到从设备应答后，紧跟的就是读数据过程。如图3，
图3
图3中，R/W#=1，表示其后的过程为读数据的过程，此时MASTER为输入，SLAVE为输出，应答也变成MASTER的行为。MASTER每接收一个byte的数据应答一次。直到MASTER确定已经完成数据读，在最后一个byte读完后应答NACK（注意不是ACK），紧接着由MASTER发起停止，主从双方都返回到空闲状态。至于一次读多少个字节，I2C通用协议并没有规定。数据内容也是主从双方根据具体的需要进行解释。
三、 I2C挂机（lockup）处理
由于I2C在通信时需要应答，在通信过程中很可能会出现挂机的情况，比如在从设备应答期间（SDA被从设备拉低）或从设备在数据阶段输出低电平时主设备突然复位，整个交易过程没有完成。从设备此时在等待主设备的下一个时钟阶段，主设备由于总线的SDA处在低电平而无法发起下一个起始（START），也无法发起停止（STOP)，因此双方都处在一个等待阶段，此时I2C的总线处在挂死状态，如图4，5，解决挂死的条件是总线的SDA首先恢复到高电平，也就是从设备从低电平释放SDA。
图4
图5
挂机的处理一般采用如下方式，主设备将SDA置高（高阻），SCL连续发出9个完整的时钟，之后再跟着停止（STOP）即可解除。可以分析如下：
- 图4中恰好在应答阶段，主设备复位，也就是丢失了应答之后的时钟使从设备的低电平应答永远挂在那里。经过SCL9个时钟后，如果是写，第9个时钟恰好对应第二应答，此时SDA为高电平，相当于MASTER的NACK应答，之后发起停止，正好完成该次的I2C的整个交易过程。如果是读，也是对应从设备应答完成，后跟停止（STOP）即可完成I2C 的交易，回到空闲状态。
- 如果其它情况如图5（I2C 停在其它状态）是由于本次连续发送9个1，对于写过程随时可以发起停（STOP）状态。对于读过程，最严重是从设备输出一个字节0(8’h0),而挂机恰好停留在最高位上（最左边的位）这样在后面的每次SCL的周期内总线都输出0，但第8个SCL是主设备应答，由于主设备的SDA为高电平，因此该应答为NACK，由于从设备得到NACK应答已经做好停止的准备，再有更多的SCL与SDA，从设备也不会响应，直到主设备停（STOP）状态发起，从而使总线回到空闲状态。
- 健壮的系统，在上电后检查MASTER的SDA是否为低电平，如果是应通过发送复位码恢复系统。
四、I2C 总线的电平
由于众多的不同技术标准的设备（CMOS， NMOS，双极型晶体管）都可以连接到I2C总线上，因此对于逻辑0和逻辑1所对应的的电平并不固定，一般由每个芯片的VDD决定。对于输入参考电平一般规定如下：输入低电平VIL为0.3VDD，输入高电平为VIH为0.7VDD如图6，
图6
早期的传统器件由于采用TTL电平，当时对于电平的规定为VIL=1.5V, VIH=3.0V，所以该类器件对于输入电压的电平并不随VDD变化，在使用时应引起注意。
四、 I2C总线与SMBus 的区别与联系
在两线制的总线结构中还有一类总线称为SMBus （system management bus）或系统管理总线，该总线与I2C无论在电气特性还是协议方面都及其类似，因此许多工程师把它们混为一谈，其实它们还是有区别的。它们的异同点表现如下：
- I2C 总线是由Philip公司发明的，目前由NXP维护，而SMBus 由Intel公司及其合作伙伴于1995年发明的。
- 协议基本相同，都有启动，地址，应答，读写，停止等过程。但SMBus 又加入了二级的软件管理系统可以用于特殊的管理系统，特别是在器件地址选择阶段又加入了地址抉择协议，可以进行器件地址的动态分配，通过这种方式可以使得SMBus 器件或设备支持热插拔，并且做到器件识别地址自动分配，这在计算系统中应用极为广发。详细内容可以参照SMBus 协议
- 速度等级基本相同, SMBus 也规定了100K，400K，1M，3.4M四个等级，但I2C在最低数据传输速率上没有限制，比如100Kbps, 完全可以低于100K的速度进行传输，甚至可以低于1Bps的速度传输也是允许的，只是传输效率低而已。但SMBus 规定最低的传输速率为10Kbps，低于10Kbps为非法传输，因此经常利用3-5ms的时间间隔内没有SCl信号认为系统挂死，而复位系统。这在I2C上是不允许的。
- 电平的差异性，I2C总线规定VIL=0.3VDD, VIH=0.7VDD。而SMBus 规定VIL=0.8V ,VIH=2.1V这与I2C的电平要求有较大的差别。
除了以上介绍内容外，还有其它的内容比如I2C 总线的中继（repeater），集线器（hub），扩展器等内容，在后续的文章中会结合具体芯片加以介绍。
