采用硬件I2C读取E2PROM,单片机复位发生死锁怎么办?

 

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。



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SCLSDA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SCLSDA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,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上串上一个具有死锁恢复的I2C缓冲器,如Linear公司的LTC4307LTC4307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SDASCL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。