【InterFace】STM32 I2C 死锁问题-百检网

首页
中国
【InterFace】STM32 I2C 死锁问题

百检网是一家专业的第三方检测平台，汇聚众多拥有权威资质的第三方检测机构为你提供一站式的检测服务，做检测就上百检网。百检网让检测从此检测，一份报告全国通用，专业值得信赖。

#背景

其实这篇文章在很久之前就写过解决方法了。在经过不断的实践和深究后发现，硬件 I2C 死锁的问题在ST的官方手册中的勘误手册（errata）中早就提供解决方案，只是我没有重视官方的文档，一直在网络寻求帮助。

即使已经有官方的解决方案，但是还有很多人（包括以前的我）在怀疑 STM32 系列的 I2C 有硬件 BUG。这也告诉我们：网上资源虽丰富，但还是得通过“金睛火眼”来辨别。

讲真的，为了解决 I2C 问题，我在网上看了 N 多篇的文章、Blog 和帖子，还没看到几个人说 “STM32 硬件 I2C 没问题”，反而是看到很多类似这样的：“都听说STM32 硬件 I2C 有问题，一试，发现还真是有问题，改用 IO 模拟吧”。

不再哔哔哔~~~

下面我将提供 STM32F207 和 STM32F103 系列的 I2C 死锁（一直为 BUSY 状态或 START 一直置位）问题的解决方案。同时在底部，依旧保存了我以前的解决方案（SDA为 LOW），如果你遇到的是SDA 被置为 LOW 的问题而已，你完全可以采用旧的解决方案。

#I2C 死锁描述

本文所描述的 I2C 死锁问题，表现为：当 I2C 通讯出现异常后，SDA 和 SCL 均为高（即 IDLE 状态），在调用 HAL_I2C_Master_Transmit 或者 HAL_I2C_Master_Receive 一直返回 BUSY 或 TIMEOUT。通过逻辑分析仪查看总线一直为HIGH。

通常这种异常发生：

在 Slave 设备拔除总线后，Master 出现异常

一次通讯被异常中断，导致 Master 出现异常

在 STM32F207 中，上述的问题能通过 MCU 软件复位来解决。但是对于 STM32F103 的 MCU 软件复位并不能完全解决问题，经常是需要断电重启。在正常场景中，我们当然是不希望需要通过软件复位或断电解决啦！那您就得继续往下看了。

通过 Debug，可以看到，在出现异常时，I2C相关寄存器的值，如下面两图所示。

图1：一直为 BUSY 状态时的 I2C 寄存器状态

图2：START 位一直被置位时的 I2C 寄存器状态

#STM32F207 解决方案

相对于 STM32F103 来说，STM32F207 的解决方案是比较简单的，仅需要对进行 I2C 外设复位。也许你会说，这算什么解决办法！！！拜托，人家之前并不知道它还有外设复位寄存器位嘛~~~

**咱们先来看看勘误手册的描述。

Example：用于总线复位的函数

static HAL_StatusTypeDef I2CResetBus(void)

{

__HAL_I2C_DISABLE(&hi2c1);

/* 1. Set SWRST bit in I2Cx_CR1 register. */

hi2c1.Instance->CR1 |= I2C_CR1_SWRST;

HAL_Delay(2);

/* 2. Clear SWRST bit in I2Cx_CR1 register. */

hi2c1.Instance->CR1 &= ~I2C_CR1_SWRST;

HAL_Delay(2);

/* 3. Enable the I2C peripheral by setting the PE bit in I2Cx_CR1 register */

MX_I2C1_Init();

__HAL_I2C_ENABLE(&hi2c1);

HAL_Delay(2);

#ifdef I2C_TEST

printf("I2CResetBusrn");

#endif

hi2c1.ErrorCode = HAL_I2C_ERROR_NONE;

hi2c1.State = HAL_I2C_STATE_READY;

hi2c1.PreviousState = I2C_STATE_NONE;

hi2c1.Mode = HAL_I2C_MODE_NONE;

return HAL_OK;

}

上面的函数里面有一行 MX_I2C1_Init() 用于给 I2C 进行配置。这里是因为 I2C 进行复位后，寄存器的值均会被修改掉。只能再配置一遍。

#STM32F103解决方案

STM32F103 的方法比较麻烦，**，咱们先看看勘误手册的描述。

我对勘误手册的理解是：将管脚配置为普通输出管脚后，实现电平的反转，以达到解除死锁，再将其恢复为 I2C 配置。

Example：解决代码

static void User_I2C2_GeneralPurposeOutput_Init(I2C_HandleTypeDef* i2cHandle)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

if(i2cHandle->Instance==I2C2)

{

/* PB10 ------> I2C2_SCL; PB11 ------> I2C2_SDA */

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11;

GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;

GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;

HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

}

static void User_I2C2_AlternateFunction_Init(I2C_HandleTypeDef* i2cHandle)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

if(i2cHandle->Instance==I2C2)

{

/* PB10 ------> I2C2_SCL; PB11 ------> I2C2_SDA */

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11;

GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;

GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;

HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

}

HAL_StatusTypeDef I2CResetBus(void)

{

hi2c2.ErrorCode = HAL_I2C_ERROR_AF;

/* 1. Disable the I2C peripheral by clearing the PE bit in I2Cx_CR1 register */

__HAL_I2C_DISABLE(&hi2c2);

HAL_GPIO_DeInit(GPIOB, GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11);

/* 2. Configure the SCL and SDA I/Os as General Purpose Output Open-Drain, High level (Write 1 to GPIOx_ODR) */

User_I2C2_GeneralPurposeOutput_Init(&hi2c2);

HAL_Delay(1);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11, GPIO_PIN_SET);

HAL_Delay(1);

/* 3. Check SCL and SDA High level in GPIOx_IDR */

if ((HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_10) != GPIO_PIN_SET)||(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_11) != GPIO_PIN_SET))

{

#ifdef I2C_TEST

printf("3.PB10=%d, PB11=%drn", HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_10), HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_11));

#endif

return HAL_ERROR;

}

/* 4. Configure the SDA I/O as General Purpose Output Open-Drain, Low level (Write 0 to GPIOx_ODR).

* 5. Check SDA Low level in GPIOx_IDR.

* 6. Configure the SCL I/O as General Purpose Output Open-Drain, Low level (Write 0 to GPIOx_ODR)

* 7. Check SCL Low level in GPIOx_IDR.

* */

HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11, GPIO_PIN_RESET);

HAL_Delay(1);

if ((HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_10) != GPIO_PIN_RESET)||(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_11) != GPIO_PIN_RESET))

{

#ifdef I2C_TEST

printf("4-7.PB10=%d, PB11=%drn", HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_10), HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_11));

#endif

return HAL_ERROR;

}

* 8. Configure the SCL I/O as General Purpose Output Open-Drain, High level (Write 1 to GPIOx_ODR).

* 9. Check SCL High level in GPIOx_IDR.

* 10. Configure the SDA I/O as General Purpose Output Open-Drain , High level (Write 1 to GPIOx_ODR).

* 11. Check SDA High level in GPIOx_IDR.

HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11, GPIO_PIN_SET);

HAL_Delay(1);

if ((HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_10) != GPIO_PIN_SET)||(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_11) != GPIO_PIN_SET))

{

#ifdef I2C_TEST

printf("8-11.PB10=%d, PB11=%drn", HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_10), HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_11));

#endif

return HAL_ERROR;

}

/* 12. Configure the SCL and SDA I/Os as Alternate function Open-Drain. */

HAL_GPIO_DeInit(GPIOB, GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11);

User_I2C2_AlternateFunction_Init(&hi2c2);

/* 13. Set SWRST bit in I2Cx_CR1 register. */

hi2c2.Instance->CR1 |= I2C_CR1_SWRST;

HAL_Delay(2);

/* 14. Clear SWRST bit in I2Cx_CR1 register. */

hi2c2.Instance->CR1 &= ~I2C_CR1_SWRST;

HAL_Delay(2);

/* 15. Enable the I2C peripheral by setting the PE bit in I2Cx_CR1 register */

MX_I2C2_Init();

__HAL_I2C_ENABLE(&hi2c2);

HAL_Delay(2);

#ifdef I2C_TEST

printf("I2CResetBusrn");

#endif

hi2c2.ErrorCode = HAL_I2C_ERROR_NONE;

hi2c2.State = HAL_I2C_STATE_READY;

hi2c2.PreviousState = I2C_STATE_NONE;

hi2c2.Mode = HAL_I2C_MODE_NONE;

return HAL_OK;

}

#SDA 为 LOW的解决方案

*近在项目中设计了一个 IIC 模拟从机的程序。为了图方便，我随便拿了个 STM32F207 的开发板做 IIC Master，用 STM32CUBE 做了个程序，Master 的数据发送和接收，都是直接调用 HAL 库的函数。

通过逻辑分析仪测试发现，**每次主机出现错误后，IIC SDA 会被拉低，导致整个 IIC 总线被锁死了。后续的数据传输异常。**现象如下图所示：

后来我查看了 HAL 库的 IIC 的 HAL_I2C_Master_Transmit 函数。

发现：当出现 TIMEOUT 或 ERROR 时，STM32 Master 并不会产生 STOP 信号，或者，将总线释放（SDA 和 SCL 置高）。这样就会导致，当出现 TIMEOUT 或者 ERROR 后，下一次进入HAL_I2C_Master_Transmit ，Master 会认为 IIC 总线为 BUSY，而放弃通讯，造成 SDA 被锁死的现象。

然后，我在 HAL_I2C_Master_Transmit 函数做了些改动，如下面的程序所示。

NOTE：如果是用 HAL_I2C_Master_Transmit 生成的程序，做修改时，必须把这段程序复制出来，保存到别的文件中，不然，在使用 STM32CUBE 再修改程序时，原来的修改会被覆盖掉。

/**

* @brief Transmits in master mode an amount of data in blocking mode.

* @param hi2c Pointer to a I2C_HandleTypeDef structure that contains

* the configuration information for the specified I2C.

* @param DevAddress Target device address: The device 7 bits address value

* in datasheet must be shifted to the left before calling the interface

* @param pData Pointer to data buffer

* @param Size Amount of data to be sent

* @param Timeout Timeout duration

* @retval HAL status

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

{

uint32_t tickstart = 0x00U;

/* Init tickstart for timeout management*/

tickstart = HAL_GetTick();

if(hi2c->State == HAL_I2C_STATE_READY)

{

/* Wait until BUSY flag is reset */

// 下面的代码就是用于检测 IIC 总线是否为 BUSY，当 SDA 和 SCL 同时为高，才会被认为是空闲（IDLE），否则，会被认为是 BUSY。

if(I2C_WaitOnFlagUntilTimeout(hi2c, I2C_FLAG_BUSY, SET, I2C_TIMEOUT_BUSY_FLAG, tickstart) != HAL_OK)

{

return HAL_BUSY;

}

/* Process Locked */

__HAL_LOCK(hi2c);

/* Check if the I2C is already enabled */

if((hi2c->Instance->CR1 & I2C_CR1_PE) != I2C_CR1_PE)

{

/* Enable I2C peripheral */

__HAL_I2C_ENABLE(hi2c);

}

/* Disable Pos */

hi2c->Instance->CR1 &= ~I2C_CR1_POS;

hi2c->State = HAL_I2C_STATE_BUSY_TX;

hi2c->Mode = HAL_I2C_MODE_MASTER;

hi2c->ErrorCode = HAL_I2C_ERROR_NONE;

/* Prepare transfer parameters */

hi2c->pBuffPtr = pData;

hi2c->XferCount = Size;

hi2c->XferOptions = I2C_NO_OPTION_FRAME;

hi2c->XferSize = hi2c->XferCount;

/* Send Slave Address */

if(I2C_MasterRequestWrite(hi2c, DevAddress, Timeout, tickstart) != HAL_OK)

{

if(hi2c->ErrorCode == HAL_I2C_ERROR_AF)

{

/* 此处为我自行添加的部分，当出现错误时，产生 Stop 信号，以释放总线。*/

hi2c->Instance->CR1 |= I2C_CR1_STOP;

/* Process Unlocked */

__HAL_UNLOCK(hi2c);

return HAL_ERROR;

}

else

{

/*此处为我自行添加的部分，当出现错误时，产生 Stop 信号，以释放总线。*/

hi2c->Instance->CR1 |= I2C_CR1_STOP;

/* Process Unlocked */

__HAL_UNLOCK(hi2c);

return HAL_TIMEOUT;

}

/* Clear ADDR flag */

__HAL_I2C_CLEAR_ADDRFLAG(hi2c);

while(hi2c->XferSize > 0U)

{

/* Wait until TXE flag is set */

if(I2C_WaitOnTXEFlagUntilTimeout(hi2c, Timeout, tickstart) != HAL_OK)

{

if(hi2c->ErrorCode == HAL_I2C_ERROR_AF)

{

/* 此处为我自行添加的部分，当出现错误时，产生 Stop 信号，以释放总线。*/

hi2c->Instance->CR1 |= I2C_CR1_STOP;

return HAL_ERROR;

}

else

{

/* 此处为我自行添加的部分，当出现错误时，产生 Stop 信号，以释放总线。*/

百检网秉承“客户至上，服务为先，精诚合作，以人为本”的经营理念，始终站在用户的角度解决问题，为客户提供“一站购物式”的新奇检测体验，打开网站，像挑选商品一样简单，方便。打破行业信息壁垒，建构消费和检测机构之间高效的沟通平台