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2019年04月08日 | I2C死锁原因及解决方法
2019-04-08 来源：eefocus
死锁总线表现为：SCL为高，SDA一直为低
现象：单片机采用硬件i2c读取E2PROM，当单片机复位时，会有概率出现再无法与E2PROM通信，此时SCL为高，SDA一直为低
原因：当单片机正在和E2PROM通信，如果主正好发生打算发第9个时钟，此时SCL为高，而从开始拉低SDA为低做准备（作为ACK信号），等待主SCL变低后，从再释放SDA为高。如果此时正好单片机复位，主SCL还没来得及变低，直接变成高电平，此时从还在等待SCL变低，所以一直拉低SDA；而主由于复位，发现SDA一直为低，也在等待从释放SDA为高。因此主从都进入一个相互等待的死锁状态。
解决方法：最好的方法是采用模拟i2c. 但由于已经配置成硬件i2c,程序改为上电或复位改成发9个SCL时钟信号,使从好释放SDA。
最近发现单片机（硬件I2C实现）读取E2PROM时候，单片机复位可能会引起i2C死锁，表现为SCL为高，SDA一直为低，后发现是E2PROM从设备拉死i2c总线，从设备断电之后，SDA变高，上电后通信正常。后来通过拉低SCL信号线，SDA就会自动变成高电平，i2c总线恢复。后查看一篇文章，讲的不错，特摘录如下： 在正常情况下，I2C总线协议能够保证总线正常的读写操作。但是，当I2C主设备异常复位时(看门狗动作，板上电源异常导致复位芯片动作，手动按钮复位等等)有可能导致I2C总线死锁产生。
下面详细说明一下总线死锁产生的原因。在I2C主设备进行读写操作的过程中.主设备在开始信号后控制SCL产生8个时钟脉冲，然后拉低SCL信号为低电平，在这个时候，从设备输出应答信号，将SDA信号拉为低电平。如果这个时候主设备异常复位，SCL就会被释放为高电平。此时，如果从设备没有复位，就会继续I2C的应答，将SDA一直拉为低电平，直到SCL变为低电平，才会结束应答信号。而对于I2C主设备来说.复位后检测SCL和SDA信号，如果发现SDA信号为低电平，则会认为I2C总线被占用，会一直等待SCL和SDA信号变为高电平。这样，I2C主设备等待从设备释放SDA信号，而同时I2C从设备又在等待主设备将SCL信号拉低以释放应答信号，两者相互等待，I2C总线进人一种死锁状态。同样，当I2C进行读操作，I2C从设备应答后输出数据，如果在这个时刻I2C主设备异常复位而此时I2C从设备输出的数据位正好为0，也会导致I2C总线进入死锁状态。
SCL为高，SDA一直为低原因
从：正常时序下：SDA信号是在SCL为低的状态下改变，即从应答SDA为低电平时，此时SCL应为为低电平(即从设备是先拉低SDA信号，等待主设备SCL由高变低，“取走”ACK信号后，从再释放SDA为高）。但如果此时时序被打乱，例如单片机i2c通信时突然复位，SCL突然变高，则从设备SDA一直为低，等待SCL变低。
主：SDA被从拉低，故主认为i2c总线占用，一直等待SDA变高
这样主从进入一个相互等待的死锁过程。
方法： 最好用模拟I2C实现，则不会死锁。
(1)尽量选用带复位输人的I2C从器件。
(2)将所有的从I2C设备的电源连接在一起，通过MOS管连接到主电源，而MOS管的导通关断由I2C主设备来实现。
(3)在I2C从设备设计看门狗的功能。
(4)在I2C主设备中增加I2C总线恢复程序。每次I2C主设备复位后，如果检测到SDA数据线被拉低，则控制I2C中的SCL时钟线产生9个时钟脉冲(针对8位数据的情况)，这样I2C从设备就可以完成被挂起的读操作，从死锁状态中恢复过来。
这种方法有很大的局限性，因为大部分主设备的I2C模块由内置的硬件电路来实现，软件并不能够直接控制SCL信号模拟
产生需要时钟脉冲。
(5)在I2C总线上增加一个额外的总线恢复设备。这个设备监视I2C总线。当设备检测到SDA信号被拉低超过指定时间
时，就在SCL总线上产生9个时钟脉冲，使I2C从设备完成读操作，从死锁状态上恢复出来。总线恢复设备需要有具有编程功能，一般可以用单片机或CPLD实现这一功能。
(6)在I2C上串人一个具有死锁恢复的I2C缓冲器，如Linear公司的LTC4307如图2所示:LTC4307是一个双向的I2C总线缓冲器，并且具有I2C总线死锁恢复的功能。LTC4307总线输人侧连接主设备，总线输出侧连接所有从设备。当LTC4307检测到输出侧SDA或SCL信号被拉低30ms时，就自动断开I2C总线输人侧与输出侧的连接.并且在输出侧SCL信号上产生16个时钟脉冲来释放总线。当总线成功恢复后，LTC4307会再次连接输人输出侧，使总线能够正常工作。
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史海拾趣
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