GD32 单片机硬件I2C死锁解决方法

news2025/1/19 20:19:10

死锁的复现方式

在I2C恢复函数下个断点（检测到I2C多次超时之后，应该能跳转到I2C恢复函数）
使用镊子，将SCL与SDA短接，很快就能看到程序停到恢复函数的断点上，此时再执行恢复函数，看能否正常走出（可在回复函数中写个死循环，只有I2C正常才跳出，检测I2C正常的办法，可以读从设备的ID）

void HAL_I2C_MspInit(I2C_HandleTypeDef *i2cHandle)
{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if (i2cHandle->Instance == I2C1)
  {
    /* USER CODE BEGIN I2C1_MspInit 0 */

    /* USER CODE END I2C1_MspInit 0 */

    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

    for (int i = 0; i < 10; ++i)
    {
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);
      HAL_Delay(1);
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET);
      HAL_Delay(1);
    }

    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_SET);

    HAL_Delay(1);
    i2cHandle->Instance->CR1 |= I2C_CR1_SWRST; //复位I2C控制器
    HAL_Delay(1);
    i2cHandle->Instance->CR1 = 0; //解除复位（不会自动清除）

    /**I2C1 GPIO Configuration    
    PB6     ------> I2C1_SCL
    PB7     ------> I2C1_SDA 
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF4_I2C1;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

    /* I2C1 clock enable */
    __HAL_RCC_I2C1_CLK_ENABLE();
    /* USER CODE BEGIN I2C1_MspInit 1 */

    /* USER CODE END I2C1_MspInit 1 */
  }
}


/* USER CODE BEGIN 1 */
void I2C_Reset()
{
  HAL_I2C_MspDeInit(&hi2c1);
  hi2c1.State = HAL_I2C_STATE_RESET;
  MX_I2C1_Init();
  // 硬件i2c会出现死锁，当超时次数达到一定数量，即很有可能是发生了死锁
  // 所谓死锁是指主机与从机互相等待，主机以为总线在从机手上控制，从机以为总线在主机手上控制，一直再等待对方释放总线
}

死锁的解决方法

释放IO口为GPIO，复位句柄状态标志，改为IO方式
将SDA改为高电平
将SCK发送9个时钟为高电平时，测试SDA是否为低电平完成死锁。

通过模拟几种情形来实际体会一下（从机对SDA的操作红色表示）：

如果在地址字节第9个CLK拉高后主机复位。在模拟的第一个时钟低电平期间就可以看到SDA的释放，随后主机先拉低SDA，再模拟一个STOP结束条件。

在数据字节第2个CLK拉高后主机复位，在第二个模拟的时钟低电平期间才看到SDA释放

在数据字节第6个CLK拉高后主机复位，在第三个模拟的时钟低电平期间才看到SDA释放

通过以上三种情况的分析，想必你已经非常清楚改如何处理了，最后附上一个程序处理流程图：

SCL挂死

I2C从机主动拉低SCL线在规范中是一个合法的行为，称之为Clock Stretching（时钟扩展，我一般叫他时钟同步）。通常是主机请求数据（收或者发）后从机需要一些时间处理，且没有多余Buffer可以接收接或者提供接下来的数据的时候从机则会拉低SCL一段时间直到有新的数据准备好。

SCL挂死（也就是前面所说一直拉低SCL）这种情况在标准I2C从器件上基本不会出现，因为只要芯片还在正常工作buffer总算有准备好的时候，自然就就释放SCL了。往往是使用用户使用MCU作为I2C从机时，程序设计上的问题导致MCU无法读取&填充buffer而导致，重点分析MCU I2C中断服务程序。