/**
 * @file    soft_i2c.c
 * @brief   软件 GPIO 位操作 I2C — 平台无关
 *
 * 用两个 GPIO 引脚模拟 I²C 总线时序（100kHz 标速）。
 * 不依赖硬件 I²C 外设，可适配任意 MCU。
 *
 * 内置 3 次重试机制：单次 I²C 毛刺不会导致通信失败。
 *
 * 分层位置：最底层 — 被 bq25756_hal.c 调用。
 */

#include "soft_i2c.h"

/*===========================================================================
 * 硬件配置
 *===========================================================================*/

static GPIO_TypeDef *scl_port = NULL;
static uint16_t      scl_pin  = 0;
static GPIO_TypeDef *sda_port = NULL;
static uint16_t      sda_pin  = 0;

/* SDA 方向切换宏 — 输入带弱上拉，输出开漏 */
#define SDA_IN()   do { sda_port->CRH &= ~0xF; sda_port->CRH |= 0x8; } while(0)
#define SDA_OUT()  do { sda_port->CRH &= ~0xF; sda_port->CRH |= 0x3; } while(0)

#define SCL_HIGH() (scl_port->BSRR = scl_pin)
#define SCL_LOW()  (scl_port->BRR  = scl_pin)
#define SDA_HIGH() (sda_port->BSRR = sda_pin)
#define SDA_LOW()  (sda_port->BRR  = sda_pin)
#define SDA_READ() ((sda_port->IDR & sda_pin) ? 1 : 0)

/*===========================================================================
 * 时序参数
 *===========================================================================*/

/** 重试次数 */
#define I2C_RETRY_COUNT     3

/** 延时循环计数 @ 72MHz ≈ 5µs（I²C 半周期 ≈ 100kHz） */
static uint32_t i2c_delay_cnt = 24;

/*===========================================================================
 * 内部辅助函数
 *===========================================================================*/

/**
 * @brief  I²C 半周期延时（~5µs @ 72MHz）
 *
 * 调整 i2c_delay_cnt 可调速。
 */
static void i2c_delay(void)
{
    uint32_t i = i2c_delay_cnt;
    while (i--) { __NOP(); }
}

/**
 * @brief  重试退避延时（~1ms @ 72MHz）
 *
 * I²C 写失败后给从机恢复时间。
 */
static void i2c_retry_delay(void)
{
    uint32_t i = 72000;
    while (i--) { __NOP(); }
}

/*===========================================================================
 * 公开接口
 *===========================================================================*/

/**
 * @brief  初始化软件 I²C 引脚
 *
 * @param  cfg  引脚配置结构体指针
 *              - cfg == NULL: 使用默认引脚 (PA1=SCL, PA2=SDA)
 *              - cfg != NULL: 使用自定义引脚
 *
 * 配置 SCL/SDA 为推挽输出，初始均为高电平。
 */
void SoftI2C_Init(const SoftI2C_Config *cfg)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio;

    if (cfg == NULL) {
        scl_port = SOFT_I2C_SCL_PORT;
        scl_pin  = SOFT_I2C_SCL_PIN;
        sda_port = SOFT_I2C_SDA_PORT;
        sda_pin  = SOFT_I2C_SDA_PIN;
    } else {
        scl_port = cfg->scl_port;
        scl_pin  = cfg->scl_pin;
        sda_port = cfg->sda_port;
        sda_pin  = cfg->sda_pin;
    }

    /* 时钟使能 — 从端口反查 */
    if (scl_port == GPIOA) RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    else if (scl_port == GPIOB) RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    else if (scl_port == GPIOC) RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

    /* SCL — 推挽输出, 初始高 */
    GPIO_StructInit(&gpio);
    gpio.GPIO_Pin   = scl_pin;
    gpio.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_Out_PP;
    gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(scl_port, &gpio);
    SCL_HIGH();

    /* SDA — 推挽输出, 初始高 */
    GPIO_StructInit(&gpio);
    gpio.GPIO_Pin   = sda_pin;
    gpio.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_Out_PP;
    gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(sda_port, &gpio);
    SDA_HIGH();
}

/**
 * @brief  调节 I²C 速度
 *
 * @param  delay_loops  延时循环次数（默认 24 @ 72MHz ≈ 100kHz）
 *                      值越大速度越慢。
 */
void SoftI2C_SetSpeed(uint32_t delay_loops)
{
    i2c_delay_cnt = (delay_loops > 0) ? delay_loops : 24;
}

/**
 * @brief  I²C 起始条件 — SDA 下降沿（SCL 高时）
 *
 * 时序：SDA_H → SDA_L（SCL 保持高）。
 */
void SoftI2C_Start(void)
{
    SDA_OUT();
    SDA_HIGH();
    SCL_HIGH();
    i2c_delay();
    SDA_LOW();
    i2c_delay();
    SCL_LOW();
}

/**
 * @brief  I²C 停止条件 — SDA 上升沿（SCL 高时）
 *
 * 时序：SCL_L → SCL_H → SDA_L → SDA_H。
 */
void SoftI2C_Stop(void)
{
    SDA_OUT();
    SDA_LOW();
    SCL_HIGH();
    i2c_delay();
    SDA_HIGH();
    i2c_delay();
}

/**
 * @brief  发送一个字节（MSB 先出）
 *
 * @param  data  待发送的 8-bit 数据
 * @return 0 = 收到 ACK, 1 = 收到 NACK（从机无响应）
 *
 * 时序：8 个数据位 + 1 个 ACK 位。
 * 发完第 9 个时钟后释放 SDA，读取从机 ACK/NACK。
 */
uint8_t SoftI2C_SendByte(uint8_t data)
{
    uint8_t i;

    SDA_OUT();
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        if (data & 0x80) SDA_HIGH();
        else             SDA_LOW();
        i2c_delay();
        SCL_HIGH();
        i2c_delay();
        SCL_LOW();
        data <<= 1;
    }

    /* 第 9 位 — 读 ACK */
    SDA_IN();
    i2c_delay();
    SCL_HIGH();
    i2c_delay();
    uint8_t ack = SDA_READ();
    SCL_LOW();
    SDA_OUT();
    return ack;
}

/**
 * @brief  读取一个字节（MSB 先入）
 *
 * @param  ack_bit  0 = 主机应答（ACK），继续读下一字节
 *                  1 = 主机不应答（NACK），读最后字节
 * @return 8-bit 读取数据
 *
 * 时序：8 个数据位，主机在第 9 个时钟输出 ack_bit。
 */
uint8_t SoftI2C_ReadByte(uint8_t ack_bit)
{
    uint8_t i, data = 0;

    SDA_IN();
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        SCL_HIGH();
        i2c_delay();
        data = (uint8_t)((data << 1) | SDA_READ());
        SCL_LOW();
        i2c_delay();
    }

    /* 第 9 位 — 发 ACK/NACK */
    SDA_OUT();
    if (ack_bit) SDA_HIGH();
    else         SDA_LOW();
    i2c_delay();
    SCL_HIGH();
    i2c_delay();
    SCL_LOW();
    SDA_IN();

    return data;
}

/**
 * @brief  写 8-bit 寄存器（3 次重试）
 *
 * @param  dev_addr  7-bit I²C 从机地址
 * @param  reg       寄存器地址
 * @param  data      8-bit 数据
 * @return 0 = 成功, 1 = 3 次重试均失败
 *
 * I²C 序列：START → 地址(W) → 寄存器 → 数据 → STOP
 */
uint8_t SoftI2C_WriteReg(uint8_t dev_addr, uint8_t reg, uint8_t data)
{
    uint8_t retry;
    for (retry = 0; retry < I2C_RETRY_COUNT; retry++) {
        SoftI2C_Start();
        if (SoftI2C_SendByte(dev_addr << 1)) { SoftI2C_Stop(); goto retry_wr; }
        if (SoftI2C_SendByte(reg))           { SoftI2C_Stop(); goto retry_wr; }
        if (SoftI2C_SendByte(data))          { SoftI2C_Stop(); goto retry_wr; }
        SoftI2C_Stop();
        return 0;
    retry_wr:
        i2c_retry_delay();
    }
    return 1;
}

/**
 * @brief  读 8-bit 寄存器（3 次重试）
 *
 * @param  dev_addr  7-bit I²C 从机地址
 * @param  reg       寄存器地址
 * @return 寄存器值（失败返回 0xFF）
 *
 * I²C 序列：START → 地址(W) → 寄存器 → RESTART → 地址(R) → 数据 → NACK → STOP
 */
uint8_t SoftI2C_ReadReg(uint8_t dev_addr, uint8_t reg)
{
    uint8_t data, retry;

    for (retry = 0; retry < I2C_RETRY_COUNT; retry++) {
        SoftI2C_Start();
        if (SoftI2C_SendByte(dev_addr << 1)) { SoftI2C_Stop(); goto retry_rd; }
        if (SoftI2C_SendByte(reg))           { SoftI2C_Stop(); goto retry_rd; }

        SoftI2C_Start();
        if (SoftI2C_SendByte((dev_addr << 1) | 1)) { SoftI2C_Stop(); goto retry_rd; }

        data = SoftI2C_ReadByte(1);
        SoftI2C_Stop();
        return data;
    retry_rd:
        i2c_retry_delay();
    }
    return 0xFF;
}

/**
 * @brief  写 16-bit 寄存器（LSB 先发，3 次重试）
 *
 * @param  dev_addr  7-bit I²C 从机地址
 * @param  reg       寄存器地址
 * @param  data      16-bit 数据（发送顺序：低字节 → 高字节）
 * @return 0 = 成功, 1 = 3 次重试均失败
 *
 * I²C 序列：START → 地址(W) → 寄存器 → data_lo → data_hi → STOP
 */
uint8_t SoftI2C_WriteReg16(uint8_t dev_addr, uint8_t reg, uint16_t data)
{
    uint8_t lo = (uint8_t)(data & 0xFF);
    uint8_t hi = (uint8_t)((data >> 8) & 0xFF);
    uint8_t retry;

    for (retry = 0; retry < I2C_RETRY_COUNT; retry++) {
        SoftI2C_Start();
        if (SoftI2C_SendByte(dev_addr << 1))  { SoftI2C_Stop(); goto retry_w16; }
        if (SoftI2C_SendByte(reg))            { SoftI2C_Stop(); goto retry_w16; }
        if (SoftI2C_SendByte(lo))             { SoftI2C_Stop(); goto retry_w16; }
        if (SoftI2C_SendByte(hi))             { SoftI2C_Stop(); goto retry_w16; }
        SoftI2C_Stop();
        return 0;
    retry_w16:
        i2c_retry_delay();
    }
    return 1;
}

/**
 * @brief  读 16-bit 寄存器（LSB 先收，3 次重试）
 *
 * @param  dev_addr  7-bit I²C 从机地址
 * @param  reg       寄存器地址
 * @return 16-bit 寄存器值（失败返回 0xFFFF）
 *
 * I²C 序列：START → 地址(W) → 寄存器 → RESTART → 地址(R) → lo(ACK) → hi(NACK) → STOP
 */
uint16_t SoftI2C_ReadReg16(uint8_t dev_addr, uint8_t reg)
{
    uint8_t lo, hi, retry;

    for (retry = 0; retry < I2C_RETRY_COUNT; retry++) {
        SoftI2C_Start();
        if (SoftI2C_SendByte(dev_addr << 1)) { SoftI2C_Stop(); goto retry_r16; }
        if (SoftI2C_SendByte(reg))           { SoftI2C_Stop(); goto retry_r16; }

        SoftI2C_Start();
        if (SoftI2C_SendByte((dev_addr << 1) | 1)) { SoftI2C_Stop(); goto retry_r16; }

        lo = SoftI2C_ReadByte(0);
        hi = SoftI2C_ReadByte(1);
        SoftI2C_Stop();

        return ((uint16_t)hi << 8) | lo;
    retry_r16:
        i2c_retry_delay();
    }
    return 0xFFFF;
}