工程師經(jīng)驗分享：采用硬件I2C讀取E2PROM

　　現象：?jiǎn)纹瑱C采用硬件i2c讀取E2PROM，當單片機復位時(shí)，會(huì )有概率出現再無(wú)法與E2PROM通信，此時(shí)SCL為高，SDA一直為低

　　原因：當單片機正在和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為低做準備（作為ACK信號），等待主SCL變低后，從再釋放SDA為高。如果此時(shí)正好單片機復位，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；而主由于復位，發(fā)現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，程序改為上電或復位改成發(fā)9個(gè)SCL時(shí)鐘信號，使從好釋放SDA。

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

　　在正常情況下，I2C總線(xiàn)協(xié)議能夠保證總線(xiàn)正常的讀寫(xiě)操作。但是，當I2C主設備異常復位時(shí)（看門(mén)狗動(dòng)作，板上電源異常導致復位芯片動(dòng)作，手動(dòng)按鈕復位等等）有可能導致I2C總線(xiàn)死鎖產(chǎn)生。下面詳細說(shuō)明一下總線(xiàn)死鎖產(chǎn)生的原因。

　　在I2C主設備進(jìn)行讀寫(xiě)操作的過(guò)程中。主設備在開(kāi)始信號后控制SCL產(chǎn)生8個(gè)時(shí)鐘脈沖，然后拉低SCL信號為低電平，在這個(gè)時(shí)候，從設備輸出應答信號，將SDA信號拉為低電平。如果這個(gè)時(shí)候主設備異常復位，SCL就會(huì )被釋放為高電平。此時(shí)，如果從設備沒(méi)有復位，就會(huì )繼續I2C的應答，將SDA一直拉為低電平，直到SCL變?yōu)榈碗娖?，才?huì )結束應答信號。而對于I2C主設備來(lái)說(shuō)。復位后檢測SCL和SDA信號，如果發(fā)現SDA信號為低電平，則會(huì )認為I2C總線(xiàn)被占用，會(huì )一直等待SCL和SDA信號變?yōu)楦唠娖?。這樣，I2C主設備等待從設備釋放SDA信號，而同時(shí)I2C從設備又在等待主設備將SCL信號拉低以釋放應答信號，兩者相互等待，I2C總線(xiàn)進(jìn)人一種死鎖狀態(tài)。同樣，當I2C進(jìn)行讀操作，I2C從設備應答后輸出數據，如果在這個(gè)時(shí)刻I2C主設備異常復位而此時(shí)I2C從設備輸出的數據位正好為0，也會(huì )導致I2C總線(xiàn)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信號是在SCL為低的狀態(tài)下改變，即從應答SDA為低電平時(shí)，此時(shí)SCL應為為低電平（即從設備是先拉低SDA信號，等待主設備SCL由高變低，“取走”ACK信號后，從再釋放SDA為高）。但如果此時(shí)時(shí)序被打亂，例如單片機i2c通信時(shí)突然復位，SCL突然變高，則從設備SDA一直為低，等待SCL變低。

　　主：SDA被從拉低，故主認為i2c總線(xiàn)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，則不會(huì )死鎖

　?。?）盡量選用帶復位輸人的I2C從器件。

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

　?。?）在I2C從設備設計看門(mén)狗的功能。

　?。?）在I2C主設備中增加I2C總線(xiàn)恢復程序。每次I2C主設備復位后，如果檢測到SDA數據線(xiàn)被拉低，則控制I2C中的SCL時(shí)鐘線(xiàn)產(chǎn)生9個(gè)時(shí)鐘脈沖（針對8位數據的情況），這樣I2C從設備就可以完成被掛起的讀操作，從死鎖狀態(tài)中恢復過(guò)來(lái)。這種方法有很大的局限性，因為大部分主設備的I2C模塊由內置的硬件電路來(lái)實(shí)現，軟件并不能夠直接控制SCL信號模擬產(chǎn)生需要時(shí)鐘脈沖。

　?。?）在I2C總線(xiàn)上增加一個(gè)額外的總線(xiàn)恢復設備。這個(gè)設備監視I2C總線(xiàn)。當設備檢測到SDA信號被拉低超過(guò)指定時(shí)間時(shí)，就在SCL總線(xiàn)上產(chǎn)生9個(gè)時(shí)鐘脈沖，使I2C從設備完成讀操作，從死鎖狀態(tài)上恢復出來(lái)?？偩€(xiàn)恢復設備需要有具有編程功能，一般可以用單片機或CPLD實(shí)現這一功能。

　?。?）在I2C上串人一個(gè)具有死鎖恢復的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(xiàn)緩沖器，并且具有I2C總線(xiàn)死鎖恢復的功能。LTC4307總線(xiàn)輸人側連接主設備，總線(xiàn)輸出側連接所有從設備。當LTC4307檢測到輸出側SDA或SCL信號被拉低30ms時(shí)，就自動(dòng)斷開(kāi)I2C總線(xiàn)輸人側與輸出側的連接。并且在輸出側SCL信號上產(chǎn)生16個(gè)時(shí)鐘脈沖來(lái)釋放總線(xiàn)。當總線(xiàn)成功恢復后，LTC4307會(huì )再次連接輸人輸出側，使總線(xiàn)能夠正常工作。