I2C 配置顺序引发的异常案例

只看该作者 · 2021-11-10 09:32

前言
在参考 Cube 软件包中 I2C 例程后，根据应用需要新增了一路 I2C 接口，结果新增 I2C 无法收发数据。本文主要对问题
进行描述，分析产生原因，提供解决方法。

只看该作者 · 2021-11-10 09:33

一问题描述
如前言所述，现象表现为 I2C 无法收发数据。得无法理解之处，在于之前已经完成了 I2C 的移植工作，并且运行正常。
现在遵照正确的方式，新添一路 I2C 接口，只是更改了对应的 I2C 接口及引脚，为什么无法收发数据。简化测试程序如下。

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GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

/* Enable GPIO TX/RX clock */

I2Cx_SCL_GPIO_CLK_ENABLE();

I2Cx_SDA_GPIO_CLK_ENABLE();

/* Enable I2Cx clock */

I2Cx_CLK_ENABLE();

/*##-2- Configure peripheral GPIO ##########################################*/

/* I2C TX GPIO pin configuration */

GPIO_InitStruct.Pin = I2Cx_SDA_PIN;

GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;

GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;

GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;

GPIO_InitStruct.Alternate = I2Cx_SCL_SDA_AF;

HAL_GPIO_Init(I2Cx_SDA_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

GPIO_InitStruct.Pin = I2Cx_SCL_PIN;

HAL_GPIO_Init(I2Cx_SCL_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

I2cHandle.Instance = I2Cx;

I2cHandle.Init.ClockSpeed = 100000;

I2cHandle.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE;

I2cHandle.Init.OwnAddress1 = 0;

I2cHandle.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;

I2cHandle.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;

I2cHandle.Init.OwnAddress2 = 0;

I2cHandle.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;

I2cHandle.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;

if(HAL_I2C_Init(&I2cHandle) != HAL_OK)

{

/* Initialization Error */

Error_Handler();

}

while(1)

{

HAL_I2C_Master_Transmit(&I2cHandle, (uint16_t)I2C_ADDRESS, (uint8_t*)aTxBuffer,

TXBUFFERSIZE, 10000);

}

只看该作者 · 2021-11-10 09:33

二现象分析
将上述程序在 STM32F469i-Disco 板上实现，复现现象并寻找规律。发现规律如下：

只看该作者 · 2021-11-10 09:34

分析上表可以发现问题的产生与硬件设计有一定关系。观察发现，如果 I2C 没有外部上拉时，会导致问题产生。
通过单步调试，定位于 HAL_I2C_Master_Transmit()，在这个函数中调用的 I2C_WaitOnFlagUntilTimeout()无法执行异
常，返回 HAL_BUSY，导致了 I2C 写功能失败。在 I2C_WaitOnFlagUntilTimeout 函数内部，是对忙标志位
BUSY@I2Cx_SR2 的检测。通过对参考手册的阅读（如下截图所述），如果在未占用 I2C 总线时， SDA 或 SCL 引脚存在低
电平，则意味着总线处于忙状态。这种检测机制在 I2C 接口失能时依然工作。

结合程序中调用顺序，在 I2C3 时钟使能时，虽然 I2C3 没有使能，但是忙状态检测已经开始。由于对应的 SCL 引脚上无
上拉电阻，并且由于还未对 I2C3 的 SCL 引脚进行配置。此时 SCL 引脚为浮空输入状态，实际测量发现为低电平， BUSY 标
志被置位。

只看该作者 · 2021-11-10 09:35

三解决方法
通过现象及分析，可了解到问题可通过硬件或者软件解决。
硬件上，为 SDA、 SCL 引脚提供外部的 I2C 上拉电阻，问题不在出现。
软件上，能够发现对于 SCL、 SDA 引脚配置中，会启用内部上拉。通过将 I2C 时钟使能放于 I2C 引脚配置语句后面，问
题不再出现。
需要注意， I2C 的 SDA、 SCL 引脚内部上拉电阻，为弱上拉。使用者可以通过对应型号 STM32 的数据手册，查看对应
引脚的上拉电阻，以便判断是否能够满足应用需要。如下为 STM32F469 上拉电阻信息截图。