I2C總線死鎖原因及解決方法

在正常情況下，I2C總線協(xié)議能夠保證總線正常的讀寫操作。但是，當(dāng)I2C主設(shè)備異常復(fù)位時(看門狗動作，板上電源異常
導(dǎo)致復(fù)位芯片動作，手動按鈕復(fù)位等等)有可能導(dǎo)致I2C總線死鎖產(chǎn)生。下面詳細(xì)說明一下總線死鎖產(chǎn)生的原因。

在I2C主設(shè)備進(jìn)行讀寫操作的過程中.主設(shè)備在開始信號后控制SCL產(chǎn)生8個時鐘脈沖，然后拉低SCL信號為低電平，在這個時候，從設(shè)備輸出應(yīng)答信號，將SDA信號拉為低電平。如果這個時候主設(shè)備異常復(fù)位，SCL就會被釋放為高電平。此時，如果從設(shè)備沒有復(fù)位，就會繼續(xù)I2C的應(yīng)答，將SDA一直拉為低電平，直到SCL變?yōu)榈碗娖剑艜Y(jié)束應(yīng)答信號。而對于I2C主設(shè)備來說.復(fù)位后檢測SCL和SDA信號，如果發(fā)現(xiàn)SDA信號為低電平，則會認(rèn)為I2C總線被占用，會一直等待SCL和SDA信號變?yōu)楦唠娖?。這樣，I2C主設(shè)備等待從設(shè)備釋放SDA信號，而同時I2C從設(shè)備又在等待主設(shè)備將SCL信號拉低以釋放應(yīng)答信號，兩者相互等待，I2C總線進(jìn)人一種死鎖狀態(tài)。同樣，當(dāng)I2C進(jìn)行讀操作，I2C從設(shè)備應(yīng)答后輸出數(shù)據(jù)，如果在這個時刻I2C主設(shè)備異常復(fù)位而此時I2C從設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)位正好為0，也會導(dǎo)致I2C總線進(jìn)入死鎖狀態(tài)。

方法

(1)盡量選用帶復(fù)位輸人的I2C從器件。

(2)將所有的從I2C設(shè)備的電源連接在一起，通過MOS管連接到主電源，而MOS管的導(dǎo)通關(guān)斷由I2C主設(shè)備來實現(xiàn)。
(3)在I2C從設(shè)備設(shè)計看門狗的功能。

(4)在I2C主設(shè)備中增加I2C總線恢復(fù)程序。每次I2C主設(shè)備復(fù)位后，如果檢測到SDA數(shù)據(jù)線被拉低，則控制I2C中的
SCL時鐘線產(chǎn)生9個時鐘脈沖(針對8位數(shù)據(jù)的情況)，這樣I2C從設(shè)備就可以完成被掛起的讀操作，從死鎖狀態(tài)在正常情況下，I2C總線協(xié)議能夠保證總線正常的讀寫操作。但是，當(dāng)I2C主設(shè)備異常復(fù)位時(看門狗動作，板上電源異常
導(dǎo)致復(fù)位芯片動作，手動按鈕復(fù)位等等)有可能導(dǎo)致I2C總線死鎖產(chǎn)生。下面詳細(xì)說明一下總線死鎖產(chǎn)生的原因。

在I2C主設(shè)備進(jìn)行讀寫操作的過程中.主設(shè)備在開始信號后控制SCL產(chǎn)生8個時鐘脈沖，然后拉低SCL信號為低電平，在這個時候，從設(shè)備輸出應(yīng)答信號，將SDA信號拉為低電平。如果這個時候主設(shè)備異常復(fù)位，SCL就會被釋放為高電平。此時，如果從設(shè)備沒有復(fù)位，就會繼續(xù)I2C的應(yīng)答，將SDA一直拉為低電平，直到SCL變?yōu)榈碗娖剑艜Y(jié)束應(yīng)答信號。而對于I2C主設(shè)備來說.復(fù)位后檢測SCL和SDA信號，如果發(fā)現(xiàn)SDA信號為低電平，則會認(rèn)為I2C總線被占用，會一直等待SCL和SDA信號變?yōu)楦唠娖?。這樣，I2C主設(shè)備等待從設(shè)備釋放SDA信號，而同時I2C從設(shè)備又在等待主設(shè)備將SCL信號拉低以釋放應(yīng)答信號，兩者相互等待，I2C總線進(jìn)人一種死鎖狀態(tài)。同樣，當(dāng)I2C進(jìn)行讀操作，I2C從設(shè)備應(yīng)答后輸出數(shù)據(jù)，如果在這個時刻I2C主設(shè)備異常復(fù)位而此時I2C從設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)位正好為0，也會導(dǎo)致I2C總線進(jìn)入死鎖狀態(tài)。

方法

(1)盡量選用帶復(fù)位輸人的I2C從器件。

(2)將所有的從I2C設(shè)備的電源連接在一起，通過MOS管連接到主電源，而MOS管的導(dǎo)通關(guān)斷由I2C主設(shè)備來實現(xiàn)。
(3)在I2C從設(shè)備設(shè)計看門狗的功能。

(4)在I2C主設(shè)備中增加I2C總線恢復(fù)程序。每次I2C主設(shè)備復(fù)位后，如果檢測到SDA數(shù)據(jù)線被拉低，則控制I2C中的
SCL時鐘線產(chǎn)生9個時鐘脈沖(針對8位數(shù)據(jù)的情況)，這樣I2C從設(shè)備就可以完成被掛起的讀操作，從死鎖狀態(tài)中恢復(fù)過來。
這種方法有很大的局限性，因為大部分主設(shè)備的I2C模塊由內(nèi)置的硬件電路來實現(xiàn)，軟件并不能夠直接控制SCL信號模擬
產(chǎn)生需要時鐘脈沖。

(5)在I2C總線上增加一個額外的總線恢復(fù)設(shè)備。這個設(shè)備監(jiān)視I2C總線。當(dāng)設(shè)備檢測到SDA信號被拉低超過指定時間
時，就在SCL總線上產(chǎn)生9個時鐘脈沖，使I2C從設(shè)備完成讀操作，從死鎖狀態(tài)上恢復(fù)出來?？偩€恢復(fù)設(shè)備需要有具有編程
功能，一般可以用單片機或CPLD實現(xiàn)這一功能。

(6)在I2C上串人一個具有死鎖恢復(fù)的I2C緩沖器，如Linear公司的LTC4307o如圖2所示TC4307是一個雙向的I2C
總線緩沖器，并且具有I2C總線死鎖恢復(fù)的功能。LTC4307總線輸人側(cè)連接主設(shè)備，總線輸出側(cè)連接所有從設(shè)備。當(dāng)LTC4307
檢測到輸出側(cè)SDA或SCL信號被拉低30ms時，就自動斷開I2C總線輸人側(cè)與輸出側(cè)的連接.并且在輸出側(cè)SCL信號上產(chǎn)生16個時鐘脈沖來釋放總線。當(dāng)總線成功恢復(fù)后，LTC4307會再次連接輸人輸出側(cè)，使總線能夠正常工作。中恢復(fù)過來。
這種方法有很大的局限性，因為大部分主設(shè)備的I2C模塊由內(nèi)置的硬件電路來實現(xiàn)，軟件并不能夠直接控制SCL信號模擬
產(chǎn)生需要時鐘脈沖。

(5)在I2C總線上增加一個額外的總線恢復(fù)設(shè)備。這個設(shè)備監(jiān)視I2C總線。當(dāng)設(shè)備檢測到SDA信號被拉低超過指定時間
時，就在SCL總線上產(chǎn)生9個時鐘脈沖，使I2C從設(shè)備完成讀操作，從死鎖狀態(tài)上恢復(fù)出來?？偩€恢復(fù)設(shè)備需要有具有編程
功能，一般可以用單片機或CPLD實現(xiàn)這一功能。

(6)在I2C上串人一個具有死鎖恢復(fù)的I2C緩沖器，如Linear公司的LTC4307o如圖2所示TC4307是一個雙向的I2C
總線緩沖器，并且具有I2C總線死鎖恢復(fù)的功能。LTC4307總線輸人側(cè)連接主設(shè)備，總線輸出側(cè)連接所有從設(shè)備。當(dāng)LTC4307
檢測到輸出側(cè)SDA或SCL信號被拉低30ms時，就自動斷開I2C總線輸人側(cè)與輸出側(cè)的連接.并且在輸出側(cè)SCL信號上產(chǎn)生16個時鐘脈沖來釋放總線。當(dāng)總線成功恢復(fù)后，LTC4307會再次連接輸人輸出側(cè)，使總線能夠正常工作。