【国货之光】GD32E230F4使用硬件IIC+DMA读写24C04

1万 · 2021-9-1 16:56

本帖最后由呐咯密密于 2021-9-1 16:59 编辑

#申请原创# @21小跑堂

在很久很久以前，我就写过GD32E230替换STM32F031的帖子，主要介绍了USART和SPI的外设移植开发，当时IIC使用的是软件i2c，没有介绍的价值。在使用IIC时，大多数我们都是采用软件的方式，因为软件的方式及其简单，一套组合拳几乎可以拿到任意MCU去使用。而STM32的硬件IIC也不稳定，经常容易卡死，我在STM32F031时侥幸将硬件IIC调试成功，但是后来使用STM32F103时却无法成功，真是个菜狗。但是由于项目需求，读写IIC的时间很难空出来，必须将时间腾出来给其他外设，我的软件IIC只能作废，需要重新编写硬件IIC的代码，并且需要带上DMA，将时间缩减到最小。于是就有了今天帖子。（这里准备添加STM32F031的硬件IIC链接的，结果找了一圈发现自己没写。

以后有时间给大伙带上吧）
这篇帖子是准备在上个月就写的，但是因为设计PCB时未考虑硬件IIC的问题，导致IIC的引脚不在硬件GPIO上，又重新打板贴片，耽搁了两周。
我的硬件：
这里介绍我的硬件着实有点浪费感情，介绍这个的原因是我在调试的过程中遇到几个问题，均和我的硬件有关，虽然问题和IIC无关，但是我还是想分享一下，以后有朋友遇到也可规避。
MCU使用的是GDF32E230F4，外设情况如下：

flash只有16KB，封装是LGA20,资源少，封装小。这样就导致价格会很便宜，但是我没用过如此小的flash和资源如此少的MCU，这就导致我后面出现了事故。
我们的项目其实只用了一路SPI，一路485，一路IIC和两个外部中断，所用资源实在不多，但是用在这块片子上就闲的很拥挤了。所用IO如下所示：

3脚PA0用于后续的休眠唤醒，所剩资源仅仅只有PA1,PA2,PA3。因为考虑PCB版面走线和布局问题，我们直接取消外部晶振，将PF0和PF1作为IIC使用。
这里就出现了第一个问题，我们需要在收到RX引脚的第一个下降沿触发外部中断，为了走线方便，将烧录口SWDIO和RX对接，在烧录完程序之后SWDIO会用作普通GPIO，结果导致打板回来后无法烧录代码，把485芯片摘掉则无此问题，于是又要重新打板贴片，我就趁着这功夫调试了一下硬件IIC。
开始调试代码：
首先初始化所用的外设时钟：

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void rcu_config(void)

{

    /* enable GPIOA,F clock */

    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);

        rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOF);

    /* enable I2C0 clock */

    rcu_periph_clock_enable(RCU_I2C0);

    /* enable DMA0 clock */

    rcu_periph_clock_enable(RCU_DMA);

}

然后初始化IIC。

复制

void i2c_config(void)

{

    /* connect PF1 to I2C0_SCL */

    /* connect PF0 to I2C0_SDA */

    gpio_af_set(GPIOF, GPIO_AF_1, GPIO_PIN_0);

    gpio_af_set(GPIOF, GPIO_AF_1, GPIO_PIN_1);

    /* configure GPIO pins of I2C */

    gpio_mode_set(GPIOF, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_0);

    gpio_output_options_set(GPIOF, GPIO_OTYPE_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0);

    gpio_mode_set(GPIOF, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_1);

    gpio_output_options_set(GPIOF, GPIO_OTYPE_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_1);



    /* configure I2C clock */

    i2c_clock_config(I2C0, I2C0_SPEED, I2C_DTCY_2);

    /* configure I2C address */

    i2c_mode_addr_config(I2C0, I2C_I2CMODE_ENABLE, I2C_ADDFORMAT_7BITS, I2C0_SLAVE_ADDRESS7);

    /* enable I2C0 */

    i2c_enable(I2C0);

    /* enable acknowledge */

    i2c_ack_config(I2C0, I2C_ACK_ENABLE);

}

上面的GPIO的初始化一般没什么好说的，IO设置为开漏输出模式，因为IIC总线有读和写两个操作，开漏是最好的，这里说的是最好，其实设置为推挽输出也是可以的，这里有必要提一下，因为上周在论坛看到有的兄弟在调试SPI时，拿到的例程，GPIO设置为推挽输出，导致很疑惑，设置为输出如何去读SPI的数据。

这里有一个冷知识：只要使能了GPIO，无论你设置GPIO的模式为输入还是输出，在GPIO上有数据来时，GPIO的数据寄存器都能将数据存进寄存器内部，此时去读数据寄存器就能获取到数据，道理就是这么个道理，可能我描述的不是很准确，但是一定是可以的。
初始化GPIO之后就是调用库函数对IIC进行初始化。
i2c_clock_config（）函数的三个参数，第一个就是选定哪个I2C，第二个是设置I2C的速度，这里是以宏定义的方式定义的，速度为100000，第三个设置快速模式下的占空比，如果是速度在100KHz及以下，使用参数I2C_DTCY_2，如果是100KHz-1MHz，则使用I2C_DTCY_16_9。最高只支持1M。
IIC使用DMA写24C02：

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void eeprom_buffer_write_dma_timeout(uint8_t* p_buffer, uint8_t write_address, uint16_t number_of_byte)

{

    uint8_t number_of_page = 0, number_of_single = 0, address = 0, count = 0;

    address = write_address % I2C_PAGE_SIZE;

    count = I2C_PAGE_SIZE - address;

    number_of_page =  number_of_byte / I2C_PAGE_SIZE;

    number_of_single = number_of_byte % I2C_PAGE_SIZE;



    /* if write_address is I2C_PAGE_SIZE aligned  */

    if(0 == address){

        while(number_of_page--){

            eeprom_page_write_dma_timeout(p_buffer, write_address, I2C_PAGE_SIZE);

            eeprom_wait_standby_state_timeout();

            write_address +=  I2C_PAGE_SIZE;

            p_buffer += I2C_PAGE_SIZE;

        }

        if(0 != number_of_single){

            eeprom_page_write_dma_timeout(p_buffer, write_address, number_of_single);

            eeprom_wait_standby_state_timeout();

        }

    }else{

        /* if write_address is not I2C_PAGE_SIZE aligned */

        if(number_of_byte < count){ 

            eeprom_page_write_dma_timeout(p_buffer, write_address, number_of_byte);

            eeprom_wait_standby_state_timeout();

        }else{

            number_of_byte -= count;

            number_of_page =  number_of_byte / I2C_PAGE_SIZE;

            number_of_single = number_of_byte % I2C_PAGE_SIZE;

            

            if(0 != count){

                eeprom_page_write_dma_timeout(p_buffer, write_address, count);

                eeprom_wait_standby_state_timeout();

                write_address += count;

                p_buffer += count;

            } 

            /* write page */

            while(number_of_page--){

                eeprom_page_write_dma_timeout(p_buffer, write_address, I2C_PAGE_SIZE);

                eeprom_wait_standby_state_timeout();

                write_address +=  I2C_PAGE_SIZE;

                p_buffer += I2C_PAGE_SIZE;

            }

            /* write single */

            if(0 != number_of_single){

                eeprom_page_write_dma_timeout(p_buffer, write_address, number_of_single);

                eeprom_wait_standby_state_timeout();

            }

        }

    }  

}

IIC使用DMA读24C02：

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uint8_t eeprom_page_write_dma_timeout(uint8_t* p_buffer, uint8_t write_address, uint8_t number_of_byte)

{

    dma_parameter_struct dma_init_struct;

    uint8_t state = I2C_START;

    uint16_t timeout = 0;

    uint8_t i2c_timeout_flag = 0;



    while(!(i2c_timeout_flag)){

        switch(state){

        case I2C_START:

            /* i2c master sends start signal only when the bus is idle */

            while(i2c_flag_get(I2CX, I2C_FLAG_I2CBSY) && (timeout < I2C_TIME_OUT)){

                timeout++;

            }

            if(timeout < I2C_TIME_OUT){

                i2c_start_on_bus(I2CX);

                timeout = 0;

                state = I2C_SEND_ADDRESS;

            }else{

                i2c_bus_reset();

                timeout = 0;

                state = I2C_START;

                printf("i2c bus is busy in PAGE WRITE!\n");

            }

            break;

        case I2C_SEND_ADDRESS:

            /* i2c master sends START signal successfully */

            while((!i2c_flag_get(I2CX, I2C_FLAG_SBSEND)) && (timeout < I2C_TIME_OUT)){

                timeout++;

            }

            if(timeout < I2C_TIME_OUT){

                i2c_master_addressing(I2CX, eeprom_address, I2C_TRANSMITTER);

                timeout = 0;

                state = I2C_CLEAR_ADDRESS_FLAG;

            }else{

                timeout = 0;

                state = I2C_START;

                printf("i2c master sends start signal timeout in PAGE WRITE!\n");

            }

            break;

        case I2C_CLEAR_ADDRESS_FLAG:

            /* address flag set means i2c slave sends ACK */

            while((!i2c_flag_get(I2CX, I2C_FLAG_ADDSEND)) && (timeout < I2C_TIME_OUT)){

                timeout++; 

            }

            if(timeout < I2C_TIME_OUT){

                i2c_flag_clear(I2CX, I2C_FLAG_ADDSEND);

                timeout = 0;

                state = I2C_TRANSMIT_DATA;

            }else{

                timeout = 0;

                state = I2C_START;

                printf("i2c master clears address flag timeout in PAGE WRITE!\n");

            }

            break;

        case I2C_TRANSMIT_DATA:

            /* wait until the transmit data buffer is empty */

            while((!i2c_flag_get(I2CX, I2C_FLAG_TBE)) && (timeout < I2C_TIME_OUT)){

                timeout++;

            }

            if(timeout < I2C_TIME_OUT){

                /* send the EEPROM's internal address to write to : only one byte address */

                i2c_data_transmit(I2CX, write_address);

                timeout = 0;

            }else{

                timeout = 0;

                state = I2C_START;

                printf("i2c master sends EEPROM's internal address timeout in PAGE WRITE!\n");

            }

            /* wait until BTC bit is set */

            while(!i2c_flag_get(I2CX, I2C_FLAG_BTC));

            dma_deinit(DMA_CH1);

            dma_init_struct.direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPHERAL;

            dma_init_struct.memory_addr = (uint32_t)p_buffer;

            dma_init_struct.memory_inc = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;

            dma_init_struct.memory_width = DMA_MEMORY_WIDTH_8BIT;

            dma_init_struct.number = number_of_byte;

            dma_init_struct.periph_addr = (uint32_t)&I2C_DATA(I2CX);

            dma_init_struct.periph_inc = DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE;

            dma_init_struct.periph_width = DMA_PERIPHERAL_WIDTH_8BIT;

            dma_init_struct.priority = DMA_PRIORITY_ULTRA_HIGH;

            dma_init(DMA_CH1, &dma_init_struct);

            /* enable I2CX DMA */

            i2c_dma_enable(I2CX, I2C_DMA_ON);

            /* enable DMA0 channel1 */

            dma_channel_enable(DMA_CH1);

            /* wait until full transfer finish flag is set */

            while(!dma_flag_get(DMA_CH1, DMA_FLAG_FTF));

            /* wait until BTC bit is set */

            while((!i2c_flag_get(I2CX, I2C_FLAG_BTC)) && (timeout < I2C_TIME_OUT)){

                timeout++;

            }

            if(timeout < I2C_TIME_OUT){

                timeout = 0;

                state = I2C_STOP;

            }else{

                timeout = 0;

                state = I2C_START;

                printf("i2c master sends data timeout in PAGE WRITE!\n");

            }

            break;

        case I2C_STOP:

            /* send a stop condition to I2C bus */

            i2c_stop_on_bus(I2CX);

            /* i2c master sends STOP signal successfully */

            while((I2C_CTL0(I2CX) & 0x0200) && (timeout < I2C_TIME_OUT)){

                timeout++;

            }

            if(timeout < I2C_TIME_OUT){

                timeout = 0;

                state = I2C_END;

                i2c_timeout_flag = I2C_OK;

            }else{

                timeout = 0;

                state = I2C_START;

                printf("i2c master sends stop signal timeout in PAGE WRITE!\n");

            }

            break;

        default:

            state = I2C_START;

            i2c_timeout_flag = I2C_OK;

            timeout = 0;

            printf("i2c master sends start signal in PAGE WRITE!\n");

            break;

        }

    }

    return I2C_END;

}

使用这两个函数只需传入需要操作的数组，页的地址和读写的数据量便可，这里贴一下测试的函数：

复制

uint8_t i2c_24c02_test(void)

{

    uint16_t i;



    printf("\r\nAT24C02 writing...\r\n");

    

    /* initialize i2c_buffer_write */

    for(i = 0; i < BUFFER_SIZE; i++){ 

        i2c_buffer_write[i] = i;

        printf("0x%02X ", i2c_buffer_write[i]);

        if(15 == i%16){

            printf("\r\n");

        }

    }

    /* EEPROM data write */

    eeprom_buffer_write_dma_timeout(i2c_buffer_write, EEP_FIRST_PAGE, BUFFER_SIZE);

    printf("AT24C02 reading...\r\n");

    /* EEPROM data read */

    eeprom_buffer_read_dma_timeout(i2c_buffer_read, EEP_FIRST_PAGE, BUFFER_SIZE);

    /* compare the read buffer and write buffer */

    for(i = 0; i < BUFFER_SIZE; i++){

        if(i2c_buffer_read[i] != i2c_buffer_write[i]){

            printf("0x%02X ", i2c_buffer_read[i]);

            printf("Err:data read and write aren't matching.\n\r");

            return I2C_FAIL;

        }

        printf("0x%02X ", i2c_buffer_read[i]);

        if(15 == i%16){

            printf("\r\n");

        }

    }

    printf("I2C-AT24C02 test passed!\n\r");

    return I2C_OK;

}

参数定义：

复制

#define EEPROM_BLOCK0_ADDRESS    0xA0

#define BUFFER_SIZE              256



uint16_t eeprom_address;

uint8_t i2c_buffer_write[BUFFER_SIZE];

uint8_t i2c_buffer_read[BUFFER_SIZE];

uint8_t i2c_buffer_read1[BUFFER_SIZE];



#define I2C_TIME_OUT   (uint16_t)(5000)

#define I2C_TIME_OUT1  (uint32_t)(200000)

#define EEP_FIRST_PAGE 0x00

#define I2C_OK         1

#define I2C_FAIL       0

#define I2C_END        1

#define I2CX           I2C0

一开始向发送数组中填充256个数据，然后调用写函数将256个数据写进24C02，因为24C02只有一页，所以页数设置为0，写完后再读出数据，校验写入和读出的数据是否一致。
这里我便遇到了第二个坑，写完之后调试不通过，代码卡死在IIC的时钟初始化i2c_clock_config(I2C0, I2C0_SPEED, I2C_DTCY_2);，继续进入这个函数，发下卡死在：

这里仅仅是一个数据的运算，卡死在这里明显不合理。这时候我想到了上周调试报错：\output\Project.axf: Error: L6406E: No space in execution regions with .ANY selector matching usart.o(.text.RS_485_SEND).当时是内存溢出了，于是我看了一下工程的map文件：

果然，已经快要顶不住了，于是果断修改keil的编译优化选项，将优化等级提升为1级，内存缩小很多，问题便可解除，因为之前没用过这么下的MCU，而且这次编译没报错，若不是上次报错让我找到原因，这次不知又要卡多久。

至此代码都是只能读写24c02，也就是操作一页。如果是更大的EEPROM器件，那么该如何操作。这里稍微吐槽一下：为啥我会用IIC来操作24C04，因为我的硬件板子上焊接的就是24C04，而为啥是24C04，并不是24C02不够用，只是因为04比02便宜，市场都畸形了吗？而我为啥要吐槽，是因为下文遇到的第三个问题。
扩充到24C04：
既然知道如何写一页，那么即使再大的容量，我们也有办法去操作，以24C04为例，只是比24C02多了一页，地址为0x01;那么我们增加一个宏定义：

定义一下第二页的地址，然后定义一个数组去接收我们读到的数据：

最后在测试程序中添加读写第二页的操作：

测试的时候再次翻车，第一次debug没问题，第二次debug的时候程序卡死在第一个写EEPROM的函数，我猜测难道又是数据超了，但是只增加了一个数组啊，代码量应该不会超标啊，于是把添加的代码全部删除，结果还是失败。
解决方法：烧录之前先擦除全部flash，再烧录便可成功。