國(guó)科安芯推出的AS32X601內(nèi)置的I2C模塊提供了符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的兩線串行制接口，可用于MCU和外部IIC設(shè)備的通訊。IIC總線使用兩條串行線：串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時(shí)鐘線SCL。 IIC接口模塊實(shí)現(xiàn)了IIC協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)模式和快速模式，支持多主機(jī)IIC總線架構(gòu)。其中標(biāo)準(zhǔn)模式為100K，快速模式400K。

• 硬件設(shè)計(jì)

I2C 總線內(nèi)部使用漏極開路輸出驅(qū)動(dòng)器，因此 SDA和 SCL 可以被拉低為低電平，但是不能被驅(qū)動(dòng)為高電平，所以每條線上都要使用一個(gè)4.7K上拉電阻，默認(rèn)情況下將其保持在高電平。

• I2C時(shí)序

①Start開始信號(hào)、Stop停止信號(hào)：

這兩個(gè)信號(hào)由主機(jī)產(chǎn)生，不屬于數(shù)據(jù)域交互：

在SCL的高電平時(shí)，主機(jī)將SDA的電平由 高–>低是Start信號(hào)（下降沿）；

在SCL的高電平時(shí)，主機(jī)將SDA的電平由 低–>高是Stop信號(hào)（上升沿）；

②7位尋址

AS32X601的I2C只支持7位尋址模式，配置過(guò)程中從機(jī)地址需要左移1位才為實(shí)際地址。

③數(shù)據(jù)方向

0寫/1讀

④應(yīng)答ACK、非應(yīng)答NACK

在SCL的一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，從機(jī)在SCL的高電平時(shí)，將SDA的電平由高拉低(或者繼續(xù)保持低電平狀態(tài)) 則是ACK信號(hào)；

從機(jī)在SCL的高電平時(shí)，如果SDA的電平一直是 高電平 則是NACK信號(hào)；

• 時(shí)鐘

I2C0、I2C1時(shí)鐘來(lái)自APB0,I2C2、I2C3時(shí)鐘來(lái)自ABP1。具體配置可見(jiàn)I2C_CTLR寄存器。

• 軟件編程

1. 配置I2Cx需要的GPIO為復(fù)用功能。
2. 通過(guò)配置I2C_INITSTRUCT初始化I2Cx，包括時(shí)鐘分頻，從機(jī)地址，ACK，高低電平時(shí)間等。

3. 按需求配置中斷，并配置IRQ_HANDLER；
4. 調(diào)用收發(fā)接口，并處理數(shù)據(jù)

• I2C掛死原因解析

由于I2C采用線與結(jié)構(gòu)，只要總線上任何一個(gè)器件拉低了SDA或者SCL，其他器件都無(wú)法拉高它們，看到的都是低電平。如果有器件不釋放總線，則整個(gè)總線上的通訊都會(huì)被暫停 。

在實(shí)際操作中，I2C主是可編程器件，如果主機(jī)主動(dòng)拉低了總線，可以通過(guò)調(diào)試代碼了解原因，也可以通過(guò)復(fù)位I2C外設(shè)或者復(fù)位芯片來(lái)退出。而I2C從機(jī)往往不帶RESET引腳，如果掛死了總線即使整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位都無(wú)法解除，僅重新上下電才可以恢復(fù)，因此分析I2C從機(jī)掛死。

首先I2C從機(jī)在兩種情況下會(huì)拉低SDA線。

①主機(jī)向從機(jī)寫數(shù)據(jù)或地址時(shí)，從機(jī)如果發(fā)出ACK應(yīng)答，則會(huì)第9個(gè)CLK的期間拉低SDA；

②主機(jī)讀數(shù)據(jù)的時(shí)候，從機(jī)會(huì)在bit為0時(shí)對(duì)應(yīng)的CLK期間拉低SDA。

根據(jù)I2C協(xié)議，SCL為高的時(shí)候，SDA電平應(yīng)保持，而等到SCL為低后（也就是下降沿后）才能發(fā)生改變。若SCL拉高后主機(jī)不再拉低，從機(jī)會(huì)持續(xù)拉低SDA，直到見(jiàn)到SDA的下降沿。

最常見(jiàn)的情況是主機(jī)在通訊的過(guò)程中產(chǎn)生了復(fù)位。由于復(fù)位動(dòng)作通常會(huì)立刻執(zhí)行，外設(shè)狀態(tài)機(jī)都恢復(fù)到默認(rèn)狀態(tài)，也就發(fā)不出完整的CLK。那么等到主機(jī)復(fù)位完成回來(lái)后，SCL為高，SDA被從機(jī)拉低。主機(jī)無(wú)法發(fā)起START起始條件，不能開始下一次與從機(jī)的通訊，這稱為SDA掛死。

我們一般情況下用GPIO在SCL線上模擬一個(gè)下降沿，讓從機(jī)狀態(tài)機(jī)繼續(xù)走下去。只發(fā)一個(gè)下降沿并不一定能將SDA釋放，因?yàn)椴⒉磺宄?dāng)主機(jī)復(fù)位異常發(fā)生時(shí)刻從機(jī)到底處于哪一個(gè)狀態(tài)，所以需要逐個(gè)CLOCK去抓波形，直到見(jiàn)到SDA被釋放了，我們才終止并且發(fā)送STOP條件告訴從機(jī)這次通訊結(jié)束。

審核編輯 黃宇