本文主要参考了两种协议的规范文档和一个摄像头传感器（OV7725）的数据手册，文档链接如下：
IIC规范：UM10204
SCCB规范：SCCBSpec_AN
OV7725数据手册：OV7725

1. 概述

之所以写这篇文章，是因为我在使用SCCB接口控制的摄像头时，看到有的人说SCCB和IIC是兼容的，也有的人说它们有区别，但区别不大。网上众说风云，让我感觉很迷糊，所以在这里总结一下。
IIC接口有比较广泛的应用，而SCCB接口主要用于摄像头控制，可以说SCCB是低配版的IIC。因为IIC可以实现多主多从，IIC规范文档中有提到多主机的时钟同步、总线仲裁功能。而SCCB的文档中则没有这部分内容，因为一般来说都是单个主机控制多个摄像头，只有一主多从的功能。除此之外，SCCB和IIC的数据格式也有一点区别，这部分在后面详述。

2. 信号线

IIC	SCCB
SCL、SDA	SCCB_E、SIO_C、SIO_D、PWDN

IIC只有两根信号线，SCCB的SIO_C、SIO_D和IIC的SCL、SDA分别对应，SCCB额外还有SCCB_E和PWDN两根控制线，这个影响不大。
SDA和SCL都是需要靠电阻上拉的，硬件设计上需要注意这一点。IIC的Ultra-Fast模式下，能够达到5MHz的传输速率，这时在硬件上，IIC采用的是推挽输出，为了进行区分，相应的信号称为USDA和USCL，仅在这时是不需要上拉电阻的。
SCCB如果要实现一主多从的话，需要用三根线，除了SIO_C和SIO_D，还有一根SCCB_E。而如果仅控制一个摄像头，那么可以只用两根线SIO_C和SIO_D。手册第5页1.1节有写。

3. 时序

IIC和SCCB的时序可以分解为三个部分，分别是启动信号，数据传输和停止信号。

启动信号就是在SCL为高电平的时候，SDA由高电平转变为低电平
数据传输就是在启动信号和停止信号之间，SCL为高电平的时候，SDA上的数据不能发生变化，这也是数据有效的条件
停止信号就是在SCL为高电平的时候，SDA由低电平转变为高电平

在IIC手册的48页和50页有具体的时序参数和波形图，SCCB的具体时序参数在规范中没有提及，但是在OV7725手册的第6页有相关的参数。经过比对可以发现，SCCB的时序参数和Fast-mode的IIC是一样的。
主要有这几点要求：

最大时钟频率400kHz，高电平时间大于600ns，低电平时间大于1.3us，所以不是占空比50%的方波
对于启动信号和停止信号，我们如果把SDA的跳沿看做触发器的时钟，SCL看做输入触发器的信号，那么SCL的建立时间和保持时间都需要至少有600ns。特殊的，在停止信号之后，再发起启动信号，这两者之间的间隔需要至少有1.3us。
数据的建立时间需要至少有100ns，也就是在数据传输阶段，SCL变成高电平之前，SDA上的数据需要至少稳定100ns。

4. SCCB数据传输格式

SCCB的数据传输格式在手册中的3.2节有介绍。所谓数据传输的格式就是在一个启动信号和停止信号之间的内容，每一次传输作为一个传输周期。SCCB接口主要实现目的寄存器的读写功能。有三种基本操作，分别是“3-Phase Write”、“2-Phase Write”和“2-Phase Read”

4.1 3-Phase Write

这里的IP address类似IIC的从机地址；sub-address是从机内的寄存器地址，也就是摄像头的一些控制寄存器的地址；最后就是要写入该寄存器的数据。

4.2 2-Phase Write

与3-Phase Write相比，2-Phase Write只是确定了要访问的寄存器，但是没有往里面写数据。2-Phase Write后一定会有一个2-Phase Read，两者一起构成一个完整的读操作。

4.3 2-Phase Read

2-Phase Read即读取目标寄存器的数据，它的前面一定要有一个3-Phase Write或者2-Phase Write用来明确目的寄存器的地址。

4.4 一些说明及注意事项

上面的每个phase都是由主机和从机一同完成的。上面的图片中，每个phase都被划分为两个部分，一部分是8位的数据，另一部分是1位的应答位。当数据是由主机发给从机时，应答位则是由从机发给主机；当数据是从机发给主机时，应答位就是主机发给从机。
写操作主要都是主机给从机发数据，从机的应答位是“X”，表示不关心，实际测试发现，从机会向主机发送低电平，这样与IIC的标准兼容；2-Phase Read中的phase 2是从机向主机发数据，因此后面的NA应答位是主机发给从机的，为高电平“1”。
IIC规范中有明确地说明应答位ACK或NACK的作用，详见IIC规范的第10页3.1.6。
SCCB能够实现的操作非常有限，仅能用3-Phase Write向目标寄存器写数据或者用3-Phase Write或2-Phase Write和2-Phase Read搭配来读数据。
IIC完全能够实现SCCB的这些操作的，除此之外，IIC还能通过在两次连续的传输之间省去停止信号，采用重新启动的信号来读数据。每次读或者写的数据也不仅限于1个字节，而可以是连续的多个字节。

用IIC的驱动函数实现SCCB的读写时需要注意两点：

写操作不要用restart，而是应该按照SCCB的协议规范，用两对完整的启动停止信号来实现；
注意设备地址是否包含读写控制位，比如OV7725的手册第11页上方写的，“0x42是用来写的地址，0x43时用来读的地址”，这里的0x42和0x43就包含了读写控制位；而有的IIC驱动函数明确地有分读函数和写函数，这时传给这些函数的设备地址就应该传7位的不包含读写控制位的地址。

5. FPGA实现三态门的两种方法

5.1 用IOBUF原语实现

打开Vivado菜单栏中的Tools -> Language Template，搜索IOBUF，即可找到用于实例化IOBUF的原语。

IOBUF实际上就是这样一个三态门，它有一个使能控制端，高电平时输出变为高阻，这里的sda_t和sda_o可以连起来作为同一个线网。因为当我们想输出高电平时，可以让三态门变为高阻，输出会靠上拉电阻拉高。

具体使用时，定义

    input wire sda_i,output wire sda_o,output wire sda_t

用于逻辑设计，另外在顶层模块中定义inout sda，用IOBUF原语实例化。

   IOBUF IOBUF_inst (.O(sda_i), // 1-bit output: Buffer output.I(sda_o), // 1-bit input: Buffer input.IO(sda), // 1-bit inout: Buffer inout (connect directly to top-level port).T(sda_t)  // 1-bit input: 3-state enable input);

5.2 由设计工具自动识别

分别定义sda_i，sda_o和sda_t后，进行逻辑设计，并打包成一个IP，将这些信号放到同一个interface里即可。

这里实现的是IIC协议的接口，把scl和sda都做成了能够输入和输出。在命名上分别以“_o”、“_i”、“_t”结尾，在一个block design中调用自己设计的IP，并且将IIC接口make external，在generate output products之后，设计工具会自动添加IOBUF的原语。

打开Elaborated Design的I/O Ports就可以看到scl和sda两个信号都被实例化为inout的类型。

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