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【经验分享】I2C 接口进入 Busy 状态不能退出

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STMCU小助手 发布时间:2022-2-19 17:09
问题:
+ P) x7 j; ]+ h) B$ g该问题由某客户提出,发生在 STM32F103VDT6 器件上。据其工程师讲述:在其产品设计中,使用了STM32 的一个 I2C 接口与一个 EEPROM 通信。在系统靠性测试中发现,经过长时间运行后,STM32 会出现不能读写 EEPROM 的现象。通过 NRST 管脚对 STM32 进行复位,复位后该现象依旧存在。关掉电源,然后重新上电,现象消失。通过进一步测试发现,如果对 STM32 反复做复位操作,会很容易复现这一现象。7 q( X& U! [$ Z3 }
调研:
3 ^3 B7 \* F7 m3 [修改软件,通过打印监控 I2C 通信程序的流程,及 I2C 接口的各个寄存器的状态。当出现上述现象时,I2C 接口的状态寄存器 SR2 中的 Busy 位置‘1’,状态寄存器 SR1 中的ARLO 位置‘1’。用示波器观察 I2C 总线,发现其 SCL 为高电平,SDA 为低电平。将 STM32: O9 g: S5 @- }7 E# o$ B7 o
的复位脚拉到地,SCL 及 SDA 的状态不变。检查原理图,确认 I2C 总线上只有 STM32 和EEPROM 两颗器件。1 ?1 D& _0 q1 u$ G) U/ S2 L4 [
" k  ^0 p3 C( m1 p1 Q
结论:( O4 h2 L" l, j; Y9 y; P1 @! r
EEPROM 驱动 I2C 总线进入了非空闲状态,使得 STM32 在接管总线时发生总线仲裁失败,进而失去对总线的控制,无法启动数据的传输。EEPROM 的这种状态可能是通信被意外中断造成的。通过对 STM32进行复位而重现这一现象,在一定程度上吻合了这种猜测。但没有实验和理论依据证实一定是该原因导致了这一问题,是否还有其它原因在起作用,不得而知。
( W7 S! ~% ^4 X, `9 v5 k% Z! c' x- A8 {: W$ [$ i' ^0 i
处理:
+ h. j" e, K$ w5 v3 F修改软件,加入对 I2C 总线修复的功能。在每次发送起始条件之前首先检测 SR2 中 Busy 位,如果为‘1’,则说明总线上有异常。此时,可由 GPIO 的 OD 模式代替 I2C 通信口接管 SCL 及 SDA 两个管脚。通过翻转 GPIO,向 SCL 信号线上发高电平脉冲,脉冲宽度及间隔匀为 10uS。每发出一个脉冲之后,检测 SDA 信号是否为高电平。若 SDA 信号为已高电平,则将 SCL 拉高,然后向 SDA 信号线发出一个 10uS 宽的低电平脉冲。然后将 SCL 及 SDA 两个管脚交还给 I2C 接口,并通过将 CR1 中的SWRST 位置‘1’后再清‘0’来复位 I2C 接口,使其退出 Busy 状态。如图(一)所示:( n' }8 ^- Y% h

( f. `  |: P) s, x4 \4 l7 p! H I9197GSD}]I5UWGRUV62.png
* l- J9 V6 p! w( F
1 M1 P' Y* e6 M5 C5 d# [A:将 SCL 和 SDA 切换成 GPIO 的 OD 模式;
  J, q3 i+ S9 [  NB:发送时钟脉冲并等待 SDA 跳变到高电平;# n+ r/ n: U* n4 `
C:在 SDA 上发出一个低电平脉冲;
3 C8 t& P5 ~* F  H. c: rD:在 SDA 拉高后,将 SCL 的 SDA 切换回 I2C 接口;" b8 \2 i) d7 A9 w+ F
E:通过 CR1 中的 SWRST 位复位 I2C 接口;" b+ d9 _0 j5 Y( V0 _) t( P3 M
. J& q0 e" w5 {, d8 u) A3 o: @
建议:
! @: J$ j/ d- U) ^STM32 中的 I2C 接口被设计成为主从自适应接口,并充许多个主机共享一条 I2C 总线。I2C 接口在被使能之后,会不断的检测 SCL 及 SDA 的电平与跳变。当发现有低脉冲出现在 SCL 或 SDA 上时,则认为总线进入了 Busy 状态,其 Busy 标志会置‘1’,直到在总线上检测到一个符合要的停止条件之后,才认为总线回到了空闲状态,这时由硬件清除 Busy 标志。当 I2C 接口认为总处于 Busy 状态且不是由自己占用时,会拒绝向总线上发送信号,因为它认为此刻 I2C 总线正在被其它的主机所使用。这时向 I2C 接口发命令,要求产生起始条件,会导致总线仲裁失败。要从这种状态退出,首先要保证总线是处于空闲状态,即 SCL 和 SDA 都为高电平。然后,通过将 CR1 的 SWRST 置‘1’然后清‘0’来复位 I2C 接口,以达到清除 Busy 标志回到空闲状态目的。# W- M& B" r2 O; F) H7 [' w/ H, [
* S. n4 W4 G4 R& j8 V" ?
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