STM32 I2C 难点

只看该作者 · 2023-6-28 20:42

I2C 总线在所有嵌入式系统中用得极广, 是一个工业级别的总线, 但由于STM32 是一个32位的MCU, 注定了他的I2C硬件接口将会功能强大, 但同时也会较难于控制,不象8位机,如AVR8位机的TWI(实际完全符合 I2C标准) 那么易用. 以下是我的STM32 I2C硬件接口编程的一些心得体会.

如果你选择了STM32, 说明了你的项目的需求是比较复杂的,使用EMBEDDED OS 和大量地运用中断+DMA的编程模型是必然的选择, 如果你的项目中用STM32,而你用模拟的I2C的话, 说明了两点: 一是浪费了STM32; 二, 如果你的项目很复杂的话,你会发现在项目的开发后期,好象STM32也比8位机快不了多少, WHY!! ,但这不是STM32的问题,而是你没有最有效地利用上STM32.

很多朋友在搞STM32的I2C接口编程时总是时不时“当在某处”(GOOGLE时你会发现这个问题很普遍), 一些朋友这时就会用软件来模拟I2C，然后,很快发现和I2C设备能很好地通信了(但当机还是可能随机出现), 这些朋友于是大骂STM32的I2C硬件接口是个”杯具”(呵呵,我有时也会突然想骂骂,但我知道,99.999%的原因还是自已对于STM32硬件接口的熟悉程度不够，或者说，是我没有扬STM32 I2C的长，而总是捉住他的短不发。）。

只看该作者 · 2023-6-28 20:43

固然，STM32 I2C硬件接口有设计不完善的地方，例如下面就是我从STM32最新的Errata sheet中总结出的，关于STM32 I2C接口设计上的一些缺陷和如何避开这些缺陷的推荐程序模型：

（1）把I2C的中断优先级提升到最高

（2）把发送多于2个字节的发送与接收封装成利用DMA收发的函数，而把对某I2C设备接收和发送一个字节的函数单独封装为一个POLLING （轮询）函数。

（3）在寻址某一I2C DEVICE时要先CHECK I2C BUS 是否BUSY，如果忙，则等待指定时间，如果还是忙就说明I2C BUS 挂了（原因99.9%是由于我们的I2C通信时序并不十分尊守I2C规约，或者我们所封装的I2C通信模块没有加上防守代码（出错恢复代码）），这时要调用一个专门的用于通知 I2C BUS上的所有device，让他们结束当前内部的工作，重新准备好（下雨了，收衣服啦）。如下面的我的I2C模块的FUN 切片：

只看该作者 · 2023-6-28 20:44

该函数一定要用在主MCU的启动模块上，因为I2C总线在充当Master的MCU启动时，SDA和SCL有可能组合出刚好符合I2C规约的时序组合，比如一个开始位（START CONDITION），使得I2C BUS 立即当在那里（因为当主MCU真正需要发出一个START CONDITION时，发现I2C BUS 正处于BUS状态，而根据STM32 手册的START CONDITION说明可知，一个起始条件将会使得I2C BUS处于BUSY 状态, 下面的I2C2_Free_Buf fun 的基本用法：

(注: I2C2_Free_Bus Fun 应放在线程中，而不是放在上图中的位置，这样会触发并进入一个硬件错误处理向量中断中)

只看该作者 · 2023-6-28 20:45

提示：摘自STM32 手册：
I2C.SR1.Bit 0 位（SB）- Start bit(Master mode)
- Set when a Start condition generated.
- Cleared by software by reading the SR1 register followed by writing the DR register, or by hardware when PE=0.

(4) 不要让I2C工作在88KHz的频率上，低于或者使用Fast-mode（400KHz）频率，这是STM32 I2C真正的一个硬件BUG（99.999%机率），但是也是可以编程避免的。

（5）Programming the bit NOSTRETCH=0 in the I2C_CR1 register. 这样也可避免一个STM32 I2C硬件设计的一个小BUG（2。9。5节）

（6）大部分的MCU的硬件I2C接口的工作模式是中断（高端的会用DMA）+状态机；因此状态机的编程概念要熟悉

（7）STM32 I2C的硬件接口负责实现满足I2C总线的的规约，而我们（嵌入式编程开发者）则是通过I2C 控制寄存器和I2C的事件标志组合来启动状态机，然后让状态机按照由I2C SR1 和SR2所组合志来的事件自动工作，并在发送或接收完成后通过FLAG的方式或信号量的方式通知我们所写的读写函数，操作已经完成，或者在操作中出现了错误，如最常见的AF错误（device 在第9位上没有拉低SDA应答Master。）

（8）I2C SR1 和SR2的功能分配（这是一个极易忽视的思考死角）

只看该作者 · 2023-6-28 20:46

从STM32 手册的I2C register map 中可以看到， I2C的SR1，主要是反映I2C通信的最基本的标志，要清除SR1的某个标志可以直接清除，而I2C的SR2即是辅助SR1的，他一般反映了I2C总一当前的工作状态，如BUSY，是主机模式还是从机模式，等等。关于SR2的很重要的一个编程模型是：要清除SR1的某些指定的标志位时，比如ADDR，先读SR1然后再读SR2将会清除掉已置位的ADDR。

只看该作者 · 2023-6-28 20:46

Master在操作slave device时要先和他握一下手是很好的防守编程模型：

只看该作者 · 2023-6-30 15:34

现在好多厂家都推出了I2S通信，可以兼容I2C

只看该作者 · 2023-6-30 16:24

楼主这个用的标准库进行的设计开发

只看该作者 · 2023-7-1 22:35

小小蚂蚁举千斤发表于 2023-6-30 15:34
现在好多厂家都推出了I2S通信，可以兼容I2C

i2s不是音频数据用来通信的吗

只看该作者 · 2023-12-30 08:02

让PCB顶层和底层一样，将它们通过一些过孔(或通孔)连接

只看该作者 · 2023-12-30 09:05

孔璧里头必须经过电镀

只看该作者 · 2023-12-30 10:08

需要将阻焊漆（阻焊油墨）覆盖在最外层的PCB设计布线上

只看该作者 · 2023-12-30 11:01

电源中都有一个交流电压最大的节点

只看该作者 · 2023-12-30 12:04

做多层板可将做好的两块双面板用特制的粘合剂“压合”起来

只看该作者 · 2023-12-30 13:07

清除与电镀动作都会在化学过程中完成

只看该作者 · 2023-12-30 15:03

将整个表面铺上一层薄薄的铜箔，并且把多余的部份给消除

只看该作者 · 2023-12-30 16:06

在开始电镀之前，必须先清掉孔内的杂物。

只看该作者 · 2023-12-30 18:02

电容工作在额定的纹波电流下

只看该作者 · 2023-12-30 19:05

在孔璧内部作金属处理后，可以让内部的各层线路能够彼此连接。