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STM32F103 I2C硬件缺陷详述及解决方案
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记得刚开始接触STM32单片机的时候，就从很多地方听说STM32F103的硬件I2C是有缺陷的，但是当时在网上查了很久也没有查到具体的缺陷是什么，后面在工作中正好有相关问题，在经过一段时间深入了解后，写下这篇文章来盘一盘硬件I2C的缺陷。 I2C的协议中规定，在传输数据时，接收方在接收到数据后都会向发送方发出一个响应信号ACK，如果传输双方有一个是主接收器，它必须在不产生时钟的最后一个字节发出一个NACK，来告知发送器此次数据传输过程结束，如下图所示： I2C中的ACK信号为一个低电平，NACK信号为高电平，软件流程中，只要不是最后一个数据，在主接收器接收到数据后默认都会发出去一个ACK信号，那么问题来了，当主接收器在接受到最后一个字节后,I2C的主发送器发送出去一个ACK信号会导致什么样的结果发生呢？ 此时，总线上的从发送器收到ACK，以为还要继续发送数据，所以将SDA拉住等待主机的时钟继续发送数据，而主接收器呢，因为自身已经接收到最后一个字节数据，所以不会继续向从机发送时钟，导致SDA一直被从机拉住无法释放，整个通信陷入死锁。从逻辑分析仪上抓取的波形表现可以很清楚的看到现象： 代码如下： uint32_t I2C_EE_BufferRead(u8* pBuffer, u8 ReadAddr, u16 NumByteToRead) { while(I2C_GetFlagStatus(EEPROM_I2Cx, I2C_FLAG_BUSY)); /* Send START condition */ I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2Cx, ENABLE); /* Test on EV5 and clear it */ while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT)); /* Send EEPROM address for write */ I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2Cx, EEPROM_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter); /* Test on EV6 and clear it */ while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED)); /* Clear EV6 by setting again the PE bit */ I2C_Cmd(EEPROM_I2Cx, ENABLE); /* Send the EEPROM's internal address to write to */ I2C_SendData(EEPROM_I2Cx, ReadAddr); /* Test on EV8 and clear it */ while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED)); /* Send STRAT condition a second time */ I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2Cx, ENABLE); /* Test on EV5 and clear it */ while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT)); /* Send EEPROM address for read */ I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2Cx, EEPROM_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver); while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED)); /* While there is data to be read */ while(NumByteToRead) { while(I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED)==0); /* Read a byte from the EEPROM */ *pBuffer = I2C_ReceiveData(EEPROM_I2Cx); /* Point to the next location where the byte read will be saved */ pBuffer++; /* Decrement the read bytes counter */ NumByteToRead--; } /* Disable Acknowledgement */ I2C_AcknowledgeConfig(EEPROM_I2Cx, DISABLE); /* Send STOP Condition */ I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2Cx, ENABLE); /* Enable Acknowledgement to be ready for another reception */ I2C_AcknowledgeConfig(EEPROM_I2Cx, ENABLE); return 1; } int main(void) { LED_GPIO_Config(); /* 串口初始化 */ USART_Config(); /* I2C 外设初(AT24C02)始化 */ I2C_EE_Init(); I2C_EE_BufferRead(I2c_Buf_Read, EEP_Firstpage, 4); while (1) { } }main函数里是读取4个eeprom的数据，从I2C的标准通信协议来看，这段代码在流程上是没有问题的，但是从波形上可以看到有两个很奇怪的现象： 1. NACK和STOP信号都没有发出去 2. 本来应该主接收器应该读取4个数据，却多发出去一个时钟，读到5个数据 从分析得出，总线的死锁是由于NACK和STOP信号没发出去导致的，那么为什么NACK和STOP没发出去呢？其实这个问题又是由于第二个问题的本身导致的。 STM32F103的I2C设计为了加快数据读取速度，在读取一个数据后，如果没有检测到NACK信号的话，会多读取一个数据，即多发送一个字节的时钟去读取数据，但是由于其中过程太快，如果想在接收到最后一个字节后再去发送NACK，那么下一个时钟已经出去了，导致NACK和STOP信号都没发出去，也就导致了总线死锁。 解决方法： 使用DMA或者中断，中断或DMA方式速度更快，可以让NACK可以及时在接收到最后一个字节之后发出去如果还是要使用轮询方式的话，就需要修改代码流程，将发送NACK和STOP信号的时间提前到倒数第二个数据，具体如下： while(NumByteToRead) { if(NumByteToRead == 1) { /* Disable Acknowledgement */ I2C_AcknowledgeConfig(EEPROM_I2Cx, DISABLE); /* Send STOP Condition */ I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2Cx, ENABLE); } while(I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED)==0); /* Read a byte from the EEPROM */ *pBuffer = I2C_ReceiveData(EEPROM_I2Cx); /* Point to the next location where the byte read will be saved */ pBuffer++; /* Decrement the read bytes counter */ NumByteToRead--; }此时从逻辑分析仪上抓取到的波形显示正常： |
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