STM32 I2C 總線佔用問題解析

标签：

这几天解决 STM32 MCU的I2C 总线占用(bus BUSY) 问题，觉得是不错的学习，从文中可得知I2C问题的思考逻辑逻，文末并指出经常出错的问题点，在此分享给大家。

问题描述

1. STM32F207 MCU有三组I2C，I2C1~I2C3，此项目的初版硬件使用I2C1接三颗chip (DSP/Codec/EEPROM)，运作良好。
2. 但新硬件把Codec/EEPROM移到I2C3，DSP还是留在I2C1，发现I2C3有机会传输失败，失败時log打总线占用(Bus BUSY)
3. 查MCU datasheet，BUSY意思为register I2C3_SR2[bit1]=1，代表SCL/SDA曾经 low而且没出现 stop condition，导致MCU无法开始传资料
   
   
   
   
4. I2C3 BUSY和时序有关，在程序加个delay就莫名PASS，再加delay又莫名BUSY。有些程序造成I2C3 100% BUSY，有些程序是60% BUSY

分析方向

1. 观察I2C3 SCL/SDA波形

2. I2C3在初版硬件没用过，初始化是否有问题？

3. 观察BUSY时机，何时开始，何时结束

4. 和chip有关？将 Codec和Flash断开

5. 和I2C bus有关？将Codec接到 I2C1测试

6. 为何初版硬件没问题？

分析過程

1. 剛開始不太穩定，莫名的連續一直BUSY，有時一直PASS，而且LED時亮時暗
   > 量電壓發現VDD3.3V不穩，high > low > high > low 震盪
   > 加大LDO之後VDD3.3V穩定了(Solution1)，但I2C3還是BUSY
   
   
2. 東改西改，發現一版100% PASS的軟件，和另一版100% FAIL的軟件，只差在delay，應該還有其他問題
   
   
3. 量波形，I2C1(DSP)很正常，I2C1 init之後一直FREE，只有傳資料期間才BUSY
   
   
   
4. 100% BUSY的軟件，在I2C3 初始化之後SCL/SDA停在2.6V，當VDD3.3V ON 後才升到3.3V
   
   
   
5. 100% PASS的軟件，波形同上，但之後開LED時因為LDO供電不足，SCL/SDA被短暫下拉，馬上回到3.3V
   
   應是因為SCL/SDA短暫下拉，誤打誤撞造成SCL/SDA high > low > high離開BUSY，有兩個證據
   證據一，如果沒下拉，I2C3就一直BUSY:
   a. 斷開小板(上面有LED) 以降低VDD3.3V電流，不會短暫下拉 > 100% PASS的軟件變成100% FAIL
   b. 斷開小版LED以降低VDD3.3V電流，不會短暫下拉 > 100% PASS的軟件變成100% FAIL
   c. 軟件關閉LED以降低VDD3.3V電流，不會短暫下拉 > 100% PASS的軟件變成100% FAIL
   證據二，如果有下拉，I2C3從BUSY恢復成FREE:
   a. BUSY時設SCL/SDA為GPIO out，拉low > high > low > high，重新初始化SCL/SDA (workaround) > 離開BUSY並可傳I2C指令
   b. BUSY時手動把SCL拉電線接地 ? 離開BUSY並可傳I2C指令
   c. 100% BUSY軟件就是因為沒下拉波形才會100% FAIL
   PS: 開LED造成電流超出LDO負荷也是問題，須加大LED電阻或更換LDO
   
   
6. SCL/SDA短暫下拉不是造成BUSY的原因，重點在SCL/SDA有0.8s處於2.6V不正常電壓，原因可能有：
   - flash/codec去拉SCL/SDA
   - MCU去拉SCL/SDA
   - SCL/SDA上拉電阻不正確
   - SCL/SDA的上拉電路接在stby3.3v，可能stby3.3v不穩
   
   
   
7. 斷開flash還是BUSY，而且SCL/SDA還是有0.8秒被下拉到2.6v
   > 和flash無關
   
   
8. 斷開codec後，SCL/SDA不會下拉到2.6v，但I2C3還是BUSY
   > 懷疑Codec供電不正確，檢查I2C3初始化當下的VDD3.3v (供給Codec電壓)，發現VDD3.3V本應處於無電狀態(0V)，但實際量得2.7V，對codec是不正常電壓，可能造成工作異常
   > MCU將VDD3.3V提早開電(得到3.3V)，確保I2c3初始化時Codec正常工作，SCL/SDA下拉電壓消失 (Solution2)
   > I2C3還是BUSY，其實還需要下個Solution
   
   
   
9. 比較I2C1和I2C3初始化，發現重要差異：
   I2C1 pins(PB7, PB6)都在GPIO group B，共用一組GPIO register，填一次register可初始化兩根pin
   I2C3 pins(PA8, PC9)分在GPIO group A和C，必須分兩次初始化，先SDA再SDL
   > 懷疑初始化順序錯誤，因此改成讓I2C3先初始化SCL再SDA，終於PASS！(Solution3)
   
   
   

其他實驗

1. 基本電路檢查: SCL/SDA pull high電阻都是4.7KR，Stby3.3v是穩定3.3V，SCL/SDA沒接反，Codec的25Mhz clock穩定
2. 將Codec從I2C3移到I2C1，可正常傳輸 > 被誤導以為和Codec無關

結論

1. BUSY問題需要三個Solution. 
   a. 加大LDO讓VDD3.3V穩定供電
   b. I2C3先初始化SCL再SDA。雖然datasheet沒寫此限制，但sample code確實依照此順序執行初始化。
   c. 為確保Codec在I2C3 初始化時有正常電壓(VDD3.3v=3.3v)，將VDD3.3V移到I2C3初始化之前
2. 及一個workaround 
   - 為確保BUSY時可恢復，當BUSY時將SCL/SDA設為GPIO out，然後pull low > high > low > high，再重新初始化I2C3
   舊硬件沒問題是因為
   a. 舊硬件 LDO較強力，無供電問題
   b. 舊硬件VDD3.3v無法由MCU開關，而是由stby3.3v穩定供電，因此無SCL/SDA 2.7V問題
   舊硬件只用I2C1，沒用I2C3。I2C1兩根pin在同一個GPIO group，無SCL/SDA初始化順序問題

以後I2C問題可檢查

1. 電路：pull high電阻，pull high電壓，slave device供電
2. 軟件：I2C SCL/SDA初始化，slave device初始化timing
3. SCL/SDA檢查：SCL是否穩定，SCL/SDA電壓，slave device有回ACK? 傳輸資料是否正確
4. 斷開I2C3 chip做測試
5. 量測slave device期望的时序和MCU送出得是否一樣

STM32 I2C 總線佔用問題解析

标签：

原文地址：http://www.cnblogs.com/gavinage0/p/4825080.html