人们总当作电子通信是两条线就能通天的，但在现实世界里，特别是那种需求成千上万个设备挤在一起要么电压只有 3 伏特的时候，两根线绝对不够用。
这时候大家就会用一种叫 I2C 的协议。
这东西最早是 80 年代末拿出来的，当时主要是为了连片儿，像单片机要么传感器，它们本来不想当服务器，也不想连忒复杂的网络，只想找个便宜的路子把数据传那会儿。 从物理层来看，I2C 最牛的地方在于它的灵活性。你只需求一根数据线叫 SDA，一根叫 SCL，只要这两个能对上，事件就搞定了。想象一下你在家里堆一堆薯片拆盒子，每条薯片上只印了一个小图标，说这是土豆，下一个是洋葱，再下一个是胡萝卜。你只需求往薯盒里装土豆、洋葱、胡萝卜、薯条，然后按一下盒子上的键。
这时候你分不清哪个是土豆，哪个是洋葱，是不是得看哪位在动？
要么你直接把薯片撕开，用专用刀具去挖，那多费事？ I2C 的原理实际上就是给这些薯片加了一个特殊的标签。
这个标签就是线上的电压。当两个设备想聊天，它们得先握手。
这两个设备本来就是串在一起的，一根线 SDA 像个电话线，另一根线 SCL 像个信号形成器。当它们一握手，SDA 这根线上就压上了高电平，SDCL 就压上了低电平。
这时候，SDA 线和 SCL 线就正式“接上了”。啥时候断开，SDA 又变回高电平，SDCL 又变低电平，这就叫握手终止。 这时候再传数据，SDA 上就有了一片连续的 1 序列要么 0 序列，就像一串连续的数字。当 SCL 变低的时候，SDA 上要是有变化，那就是 0，没变化那就是 1。跑数人（跑数就是这个过程）只要顺着数序列数一下，就能知道哪位跟哪位在讲话。 假设你手里有两个设备，Device A 和 Device B，它们想换数据。Device A 说：“你好，我是 A，请发个 1 过来。”便它把 SDA 线上的电位拉高，变成 1。
这时候 Device B 收到这个信号，它得赶紧回一句：“收到，我是 B，我也发个 1 给你。”Device B 把 SDA 拉高，SDCL 变低，然后启动发送。Device A 收到这个 1，它知道对方也有这个念头，便自己也把 SDA 拉高，再发一个 1。
这样一拉一拉，SDA 上就变成了一串 111111111111111，这就是数据流。 当 Device A 确实想发“你好”这句话的时候，它就把 SDA 线拉低，变成 0。Device B 收到这个 0，它知道：“哦，对方想发零，那我得发个 1 来打招呼。”Device B 又拉高 SDA，SDCL 变低，启动发 111111111111111。Device A 收到 1，它也回 111111111111111。
就这样，数据在 SDA 和 SCL 之间来回跑，直到有人想断开，SDA 又变回高电平。 自然，这种两线通信有个大难题，就是数据好办被干扰。想象一下你在高速公路上开车，两边都是时速 100 公里的车，你略微一伸手，对面那辆车可能就被你推偏了，要么你手抖了一下，前面那辆车也跟着歪了。I2C 协议里有个叫总线仲裁的机制，就是为了防止大家互相打架。 当两个设备都想讲话的时候，它们都得听一个裁判。
这个裁判就是 Watchdog 芯片。Watchdog 是个小东西，平时它手里有一个计数器，数着工夫。计数器数到 64 的时候，它就发出一个信号：“停！哪位想讲话，得给我个机会。”这时候，所有想买话的设备都得停下。它会通过几个引脚把管住权交给其中一个设备，比如把 SCL 线往上一拉，给某个设备机会。
要是那个设备不回应，要么在规定的工夫内没讲话，Watchdog 就会再次把 SCL 拉低，给下一个设备机会。 这个过程实际上有点像排队买票。你先买一张票，然后等旁边的人，要么等轮到你了。
要是旁边的人想占你的票，他得听裁判的。裁判一喊停，你就不能再买了，务必等裁判喊了才买。 为了更直观地理解，我们来看个例子。假设你要用 I2C 连一个温度传感器和一个时钟形成器。时钟形成器是那个每秒跳一下的小玩意儿，温度传感器是那个一直在变温的。它们都想和主控芯片讲话，但它们本来不是一伙的，故此得用 Watchdog 当裁判。 数据形成器（比如一个 16 位计数器）发出 1101111101110111 这几个比特。它想告诉主控芯片：“这里有个新的温度值。”便它把 SDA 拉低，SDCL 变低，启动发送。温度传感器收到这个信号后，它心想：“哦，我收到新数据了，我把 SDA 拉高，然后发个 1101111101110111 回来。”这时候，数据流就变成了 1101111101110111 和 1101111101110111，在 SDA 线上来回跳动。 主控芯片收到后，它清楚地知道：“那边刚发过 0，那边刚刚发过 1，说明那边确实有东西想跟我讲话，并且我收到的是对的数据。”故此主控芯片就立马把 SCL 往上一拉，预备好接收。温度传感器收到这个信号，就心想：“不错，我收到了，我也得发个 1 回来。”便温度传感器把 SCL 拉低，SDCL 变低，再启动发数据。 主控芯片收到温度传感器发回来的 1，它就明白：“那边又发来数据了。”故此主控芯片又拉高 SCL，预备接收下一批。 在这个过程中，Watchdog 一直在巡逻。当温度传感器和主控芯片都没讲话的时候，Watchdog 数数数到了 64，它就会把 SCL 拉高，给时钟形成器机会。时钟形成器回应了，把 SCL 拉低。数据形成器也回应了。
这时候，数据形成器启动发新的数据：“温度还是 25 度，还是那个温度。”这回数据流就变成了 1101111101110111 和 25 度，然后又往回传。 这个过程一直重复下去，直到有人想断开连接。
比如温度传感器不想再持续传数据了，它把 SDA 拉高，SDCL 变低，然后切断电源，要么拔掉线。
这时候，SCL 的信号就被切断了。主控芯片收到 SCL 变低，就知道那边已经断了，它就把 SCL 拉回原样，保持待机状态。整个链路就死了。 实际上，这种两线通信之故此能跑通如此久，是出于它本质上就是一个有状态的握手过程。数据不是凭空蹦出来的，是在双方确认“我要讲话”之后，通过电平的变化像传送带一样传那会儿的。并且，它还有一个优点，就是地址。别看它不是那种带地址的总线，但它能够通过时钟周期来模拟地址，要么在握手时发现对方有特殊的响应，进而识别出对方是哪位。
不过对于好办的设备，一般不写地址，只要拉高低电平要么拉高电平就行。 最终总结一下，I2C 就是如此个东西。它不需求复杂的芯片驱动，也不需求复杂的协议握手，只用两根线和一点点电平管住，就能让成千上万个设备在一条线上挤在一起讲话。它像一个有着严格守规矩的微型超市，别看规则好办，但买卖双方得互相确认，并且一旦有人想买货，得听裁判的叫号，不然别想挤那会儿。
这种设计让它在低功耗、短距离的场合变得异常好用，比如大量家电的管住电路里，要么手机里那些不起眼的接口连接。
