这几天解决 STM32 MCU的I2C 总线占用(bus BUSY) 问题，觉得是不错的学习，从文中可得知I2C问题的思考逻辑逻，文末并指出经常出错的问题点，在此分享给大家。
问题描述
- STM32F207 MCU有三组I2C，I2C1~I2C3，此项目的初版硬件使用I2C1接三颗chip (DSP/Codec/EEPROM)，运作良好。
- 但新硬件把Codec/EEPROM移到I2C3，DSP还是留在I2C1，发现I2C3有机会传输失败，失败時log打总线占用(Bus BUSY)
- 查MCU datasheet，BUSY意思为register I2C3_SR2[bit1]=1，代表SCL/SDA曾经 low而且没出现 stop condition，导致MCU无法开始传资料
- I2C3 BUSY和时序有关，在程序加个delay就莫名PASS，再加delay又莫名BUSY。有些程序造成I2C3 100% BUSY，有些程序是60% BUSY
分析方向
- 观察I2C3 SCL/SDA波形
- I2C3在初版硬件没用过，初始化是否有问题？
- 观察BUSY时机，何时开始，何时结束
- 和chip有关？将 Codec和Flash断开
- 和I2C bus有关？将Codec接到 I2C1测试
- 为何初版硬件没问题？
分析過程
- 剛開始不太穩定，莫名的連續一直BUSY，有時一直PASS，而且LED時亮時暗
> 量電壓發現VDD3.3V不穩，high > low > high > low 震盪
> 加大LDO之後VDD3.3V穩定了(Solution1)，但I2C3還是BUSY - 東改西改，發現一版100% PASS的軟件，和另一版100% FAIL的軟件，只差在delay，應該還有其他問題
- 量波形，I2C1(DSP)很正常，I2C1 init之後一直FREE，只有傳資料期間才BUSY
- 100% BUSY的軟件，在I2C3 初始化之後SCL/SDA停在2.6V，當VDD3.3V ON 後才升到3.3V
- 100% PASS的軟件，波形同上，但之後開LED時因為LDO供電不足，SCL/SDA被短暫下拉，馬上回到3.3V
應是因為SCL/SDA短暫下拉，誤打誤撞造成SCL/SDA high > low > high離開BUSY，有兩個證據
證據一，如果沒下拉，I2C3就一直BUSY:
a. 斷開小板(上面有LED) 以降低VDD3.3V電流，不會短暫下拉 > 100% PASS的軟件變成100% FAIL
b. 斷開小版LED以降低VDD3.3V電流，不會短暫下拉 > 100% PASS的軟件變成100% FAIL
c. 軟件關閉LED以降低VDD3.3V電流，不會短暫下拉 > 100% PASS的軟件變成100% FAIL
證據二，如果有下拉，I2C3從BUSY恢復成FREE:
a. BUSY時設SCL/SDA為GPIO out，拉low > high > low > high，重新初始化SCL/SDA (workaround) > 離開BUSY並可傳I2C指令
b. BUSY時手動把SCL拉電線接地 ? 離開BUSY並可傳I2C指令
c. 100% BUSY軟件就是因為沒下拉波形才會100% FAIL
PS: 開LED造成電流超出LDO負荷也是問題，須加大LED電阻或更換LDO - SCL/SDA短暫下拉不是造成BUSY的原因，重點在SCL/SDA有0.8s處於2.6V不正常電壓，原因可能有：
- flash/codec去拉SCL/SDA
- MCU去拉SCL/SDA
- SCL/SDA上拉電阻不正確
- SCL/SDA的上拉電路接在stby3.3v，可能stby3.3v不穩
- 斷開flash還是BUSY，而且SCL/SDA還是有0.8秒被下拉到2.6v
> 和flash無關 - 斷開codec後，SCL/SDA不會下拉到2.6v，但I2C3還是BUSY
> 懷疑Codec供電不正確，檢查I2C3初始化當下的VDD3.3v (供給Codec電壓)，發現VDD3.3V本應處於無電狀態(0V)，但實際量得2.7V，對codec是不正常電壓，可能造成工作異常
> MCU將VDD3.3V提早開電(得到3.3V)，確保I2c3初始化時Codec正常工作，SCL/SDA下拉電壓消失 (Solution2)
> I2C3還是BUSY，其實還需要下個Solution
- 比較I2C1和I2C3初始化，發現重要差異：
I2C1 pins(PB7, PB6)都在GPIO group B，共用一組GPIO register，填一次register可初始化兩根pin
I2C3 pins(PA8, PC9)分在GPIO group A和C，必須分兩次初始化，先SDA再SDL
> 懷疑初始化順序錯誤，因此改成讓I2C3先初始化SCL再SDA，終於PASS！(Solution3)
其他實驗
- 基本電路檢查: SCL/SDA pull high電阻都是4.7KR，Stby3.3v是穩定3.3V，SCL/SDA沒接反，Codec的25Mhz clock穩定
- 將Codec從I2C3移到I2C1，可正常傳輸 > 被誤導以為和Codec無關
結論
- BUSY問題需要三個Solution.
a. 加大LDO讓VDD3.3V穩定供電
b. I2C3先初始化SCL再SDA。雖然datasheet沒寫此限制，但sample code確實依照此順序執行初始化。
c. 為確保Codec在I2C3 初始化時有正常電壓(VDD3.3v=3.3v)，將VDD3.3V移到I2C3初始化之前 - 及一個workaround
- 為確保BUSY時可恢復，當BUSY時將SCL/SDA設為GPIO out，然後pull low > high > low > high，再重新初始化I2C3
舊硬件沒問題是因為
a. 舊硬件 LDO較強力，無供電問題
b. 舊硬件VDD3.3v無法由MCU開關，而是由stby3.3v穩定供電，因此無SCL/SDA 2.7V問題
舊硬件只用I2C1，沒用I2C3。I2C1兩根pin在同一個GPIO group，無SCL/SDA初始化順序問題
以後I2C問題可檢查
- 電路：pull high電阻，pull high電壓，slave device供電
- 軟件：I2C SCL/SDA初始化，slave device初始化timing
- SCL/SDA檢查：SCL是否穩定，SCL/SDA電壓，slave device有回ACK? 傳輸資料是否正確
- 斷開I2C3 chip做測試
- 量測slave device期望的时序和MCU送出得是否一樣
时间： 2024-12-20 01:19:40