I2C接口进入busy状态不能退出

问题：该问题发生在 STM32F103VDT6 器件上。在其产品设计中，使用了 STM32 的一个 I2C 接口与一个 EEPROM 通信。在系统靠性测试中发现，经过长时间运行后，STM32 会出现不能读写 EEPROM 的现象。通过 NRST 管脚对 STM32 进行复位，复位后该现象依旧存在。关掉电源，然后重新上电，现象消失。通过进一步测试发现，如果对 STM32反复做复位操作，会很容易复现 这一现象。

调研：修改软件，通过打印监控 I2C 通信程序的流程，及 I2C 接口的各个寄存器的状态。当出现上述现象时，I2C接口的状态寄存器 SR2中的 Busy 位置‘1’，状态寄存器 SR1 中的 ARLO 位置‘1’。用示波器观察 I2C 总线，发现其 SCL 为高电平，SDA 为低电平。将 STM32 的复位脚拉到地，SCL 及 SDA 的状态不变。检查原理图，确认 I2C 总线上只有 STM32 和 EEPROM 两颗器件。

结论：EEPROM 驱动 I2C 总线进入了非空闲状态，使得 STM32 在接管总线时发生总线仲裁失败，进而失去对总 线的控制，无法启动数据的传输。EEPROM 的这种状态可能是通信被意外中断造成的。通过对 STM32 进行复位而重现这一现象，在一定程度上吻合了这种猜测。但没有实验和理论依据证实一定是该原因 导致了这一问题，是否还有其它原因在起作用，不得而知。

处理：修改软件，加入对 I2C 总线修复的功能。在每次发送起始条件之前首先检测 SR2 中 Busy 位，如果为 ‘1’，则说明总线上有异常。此时，可由 GPIO 的 OD 模式代替 I2C 通信口接管 SCL 及 SDA 两个管 脚。通过翻转 GPIO，向 SCL 信号线上发高电平脉冲，脉冲宽度及间隔匀为 10uS。每发出一个脉冲之 后，检测 SDA 信号是否为高电平。若 SDA 信号为已高电平，则将 SCL 拉高，然后向 SDA 信号线发 出一个 10uS 宽的低电平脉冲。然后将 SCL 及 SDA 两个管脚交还给 I2C 接口，并通过将 CR1 中的 SWRST 位置‘1’后再清‘0’来复位 I2C 接口，使其退出 Busy 状态。如图（一）所示：

A. 将 SCL 和 SDA 切换成 GPIO 的 OD 模式；

B. 发送时钟脉冲并等待 SDA 跳变到高电平；

C. 在 SDA 上发出一个低电平脉冲；

D. 在 SDA 拉高后，将 SCL 的 SDA 切换回 I2C 接口；

E. 通过 CR1 中的 SWRST 位复位 I2C 接口；

建议：STM32 中的 I2C 接口被设计成为主从自适应接口，并充许多个主机共享一条 I2C 总线。I2C 接口在被使 能之后，会不断的检测 SCL 及 SDA 的电平与跳变。当发现有低脉冲出现在 SCL 或 SDA 上时，则认 为总线进入了 Busy 状态，其 Busy 标志会置‘1’，直到在总线上检测到一个符合要的停止条件之 后，才认为总线回到了空闲状态，这时由硬件清除 Busy 标志。当 I2C 接口认为总处于 Busy 状态且不 是由自己占用时，会拒绝向总线上发送信号，因为它认为此刻 I2C 总线正在被其它的主机所使用。这时 向 I2C 接口发命令，要求产生起始条件，会导致总线仲裁失败。要从这种状态退出，首先要保证总线是 处于空闲状态，即 SCL 和 SDA 都为高电平。然后，通过将 CR1 的 SWRST 置‘1’然后清‘0’来复 位 I2C 接口，以达到清除 Busy 标志回到空闲状态目的。