工程師經(jīng)驗(yàn)分享：采用硬件I2C讀取E2PROM

　　現(xiàn)象：?jiǎn)纹瑱C(jī)采用硬件i2c讀取E2PROM，當(dāng)單片機(jī)復(fù)位時(shí)，會(huì)有概率出現(xiàn)再無(wú)法與E2PROM通信，此時(shí)SCL為高，SDA一直為低

　　原因：當(dāng)單片機(jī)正在和E2PROM通信，如果主正好發(fā)生打算發(fā)第9個(gè)時(shí)鐘，此時(shí)SCL為高，而從開(kāi)始拉低SDA為低做準(zhǔn)備（作為ACK信號(hào)），等待主SCL變低后，從再釋放SDA為高。如果此時(shí)正好單片機(jī)復(fù)位，主SCL還沒(méi)來(lái)得及變低，直接變成高電平，此時(shí)從還在等待SCL變低，所以一直拉低SDA；而主由于復(fù)位，發(fā)現(xiàn)SDA一直為低，也在等待從釋放SDA為高。因此主從都進(jìn)入一個(gè)相互等待的死鎖狀態(tài)。

　　解決方法：最好的方法是采用模擬i2c. 但由于已經(jīng)配置成硬件i2c，程序改為上電或復(fù)位改成發(fā)9個(gè)SCL時(shí)鐘信號(hào)，使從好釋放SDA。

　　最近發(fā)現(xiàn)單片機(jī)（硬件I2C實(shí)現(xiàn)）讀取E2PROM時(shí)候，單片機(jī)復(fù)位可能會(huì)引起i2C死鎖，表現(xiàn)為SCL為高，SDA一直為低，后發(fā)現(xiàn)是E2PROM從設(shè)備拉死i2c總線，從設(shè)備斷電之后，SDA變高，上電后通信正常。后來(lái)通過(guò)拉低SCL信號(hào)線，SDA就會(huì)自動(dòng)變成高電平，i2c總線恢復(fù)。后查看一篇文章，講的不錯(cuò)，特摘錄如下：

　　在正常情況下，I2C總線協(xié)議能夠保證總線正常的讀寫(xiě)操作。但是，當(dāng)I2C主設(shè)備異常復(fù)位時(shí)（看門狗動(dòng)作，板上電源異常導(dǎo)致復(fù)位芯片動(dòng)作，手動(dòng)按鈕復(fù)位等等）有可能導(dǎo)致I2C總線死鎖產(chǎn)生。下面詳細(xì)說(shuō)明一下總線死鎖產(chǎn)生的原因。

　　在I2C主設(shè)備進(jìn)行讀寫(xiě)操作的過(guò)程中。主設(shè)備在開(kāi)始信號(hào)后控制SCL產(chǎn)生8個(gè)時(shí)鐘脈沖，然后拉低SCL信號(hào)為低電平，在這個(gè)時(shí)候，從設(shè)備輸出應(yīng)答信號(hào)，將SDA信號(hào)拉為低電平。如果這個(gè)時(shí)候主設(shè)備異常復(fù)位，SCL就會(huì)被釋放為高電平。此時(shí)，如果從設(shè)備沒(méi)有復(fù)位，就會(huì)繼續(xù)I2C的應(yīng)答，將SDA一直拉為低電平，直到SCL變?yōu)榈碗娖?，才?huì)結(jié)束應(yīng)答信號(hào)。而對(duì)于I2C主設(shè)備來(lái)說(shuō)。復(fù)位后檢測(cè)SCL和SDA信號(hào)，如果發(fā)現(xiàn)SDA信號(hào)為低電平，則會(huì)認(rèn)為I2C總線被占用，會(huì)一直等待SCL和SDA信號(hào)變?yōu)楦唠娖?。這樣，I2C主設(shè)備等待從設(shè)備釋放SDA信號(hào)，而同時(shí)I2C從設(shè)備又在等待主設(shè)備將SCL信號(hào)拉低以釋放應(yīng)答信號(hào)，兩者相互等待，I2C總線進(jìn)人一種死鎖狀態(tài)。同樣，當(dāng)I2C進(jìn)行讀操作，I2C從設(shè)備應(yīng)答后輸出數(shù)據(jù)，如果在這個(gè)時(shí)刻I2C主設(shè)備異常復(fù)位而此時(shí)I2C從設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)位正好為0，也會(huì)導(dǎo)致I2C總線進(jìn)入死鎖狀態(tài)。

　　SCL為高，SDA一直為低原因

　　從：正常時(shí)序下：SDA信號(hào)是在SCL為低的狀態(tài)下改變，即從應(yīng)答SDA為低電平時(shí)，此時(shí)SCL應(yīng)為為低電平（即從設(shè)備是先拉低SDA信號(hào)，等待主設(shè)備SCL由高變低，“取走”ACK信號(hào)后，從再釋放SDA為高）。但如果此時(shí)時(shí)序被打亂，例如單片機(jī)i2c通信時(shí)突然復(fù)位，SCL突然變高，則從設(shè)備SDA一直為低，等待SCL變低。

　　主：SDA被從拉低，故主認(rèn)為i2c總線占用，一直等待SDA變高這樣主從進(jìn)入一個(gè)相互等待的死鎖過(guò)程。

　　方法：

　　最好用模擬I2C實(shí)現(xiàn)，則不會(huì)死鎖

　?。?）盡量選用帶復(fù)位輸人的I2C從器件。

　?。?）將所有的從I2C設(shè)備的電源連接在一起，通過(guò)MOS管連接到主電源，而MOS管的導(dǎo)通關(guān)斷由I2C主設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　（3）在I2C從設(shè)備設(shè)計(jì)看門狗的功能。

　　（4）在I2C主設(shè)備中增加I2C總線恢復(fù)程序。每次I2C主設(shè)備復(fù)位后，如果檢測(cè)到SDA數(shù)據(jù)線被拉低，則控制I2C中的SCL時(shí)鐘線產(chǎn)生9個(gè)時(shí)鐘脈沖（針對(duì)8位數(shù)據(jù)的情況），這樣I2C從設(shè)備就可以完成被掛起的讀操作，從死鎖狀態(tài)中恢復(fù)過(guò)來(lái)。這種方法有很大的局限性，因?yàn)榇蟛糠种髟O(shè)備的I2C模塊由內(nèi)置的硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，軟件并不能夠直接控制SCL信號(hào)模擬產(chǎn)生需要時(shí)鐘脈沖。

　　（5）在I2C總線上增加一個(gè)額外的總線恢復(fù)設(shè)備。這個(gè)設(shè)備監(jiān)視I2C總線。當(dāng)設(shè)備檢測(cè)到SDA信號(hào)被拉低超過(guò)指定時(shí)間時(shí)，就在SCL總線上產(chǎn)生9個(gè)時(shí)鐘脈沖，使I2C從設(shè)備完成讀操作，從死鎖狀態(tài)上恢復(fù)出來(lái)?？偩€恢復(fù)設(shè)備需要有具有編程功能，一般可以用單片機(jī)或CPLD實(shí)現(xiàn)這一功能。

　?。?）在I2C上串人一個(gè)具有死鎖恢復(fù)的I2C緩沖器，如Linear公司的LTC4307如圖2所示：LTC4307是一個(gè)雙向的I2C總線緩沖器，并且具有I2C總線死鎖恢復(fù)的功能。LTC4307總線輸人側(cè)連接主設(shè)備，總線輸出側(cè)連接所有從設(shè)備。當(dāng)LTC4307檢測(cè)到輸出側(cè)SDA或SCL信號(hào)被拉低30ms時(shí)，就自動(dòng)斷開(kāi)I2C總線輸人側(cè)與輸出側(cè)的連接。并且在輸出側(cè)SCL信號(hào)上產(chǎn)生16個(gè)時(shí)鐘脈沖來(lái)釋放總線。當(dāng)總線成功恢復(fù)后，LTC4307會(huì)再次連接輸人輸出側(cè)，使總線能夠正常工作。