I2C设备热插拔产生死锁

最新推荐文章于 2025-04-24 14:42:47 发布

李法师_

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分类专栏： ESP32 文章标签：物联网 stm32 单片机嵌入式硬件

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文章介绍了I2C通信协议的基本原理，以及在电池与MCU通信中出现的死锁现象。当电池热插拔导致通信异常时，通过复位I2C外设来恢复。解决I2C死锁的方法包括确保设备地址唯一、规划总线拓扑、设置合适时序参数、利用仲裁机制和优化软件设计。

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一、概述

I2C(Inter-Integrated Circuit)是一个串行通信总线，它由飞利浦公司在1980年代为了让主机连接其它外设而定制的一种低速通信协议，目前广泛应用于手机、电脑、家电等嵌入式设备。

I2C使用两根数据总线，一根是数据线（SDA）,一根是时钟线（SCL），采用双向漏极开路，并使用电阻进行上拉，I2C允许比较大的工作电压范围，但一般采用3.3V或者5V。设备地址使用7位长度和10位长度。I2C 传输速率有不同的模式：

·标准模式：100Kbit/s

·快速模式：400Kbit/s

·高速模式：3.4Mbit/s

I2C死锁是指在I2C通信过程中，由于两个或多个设备之间的竞争或错误操作导致I2C总线上的数据传输无法正常完成，从而导致整个系统无法继续正常工作。I2C死锁是一个非常常见的问题，可能会影响到整个电路板或系统的稳定性和可靠性。

二、问题现象

电池(芯片：BQ40Z80)与MCU之间采样I2C通信，设备在正常运行的情况下突然拔出一个电池，再插回去，导致电池一直通信不成功。逻辑分析仪查看实际波形如下所示：

1.设备正常运行过程中拔出电池再插回去产生如下波形

图2.0 电池拔插产生的波形

2.在拔插电池产生异常的情况下，把电池拔出MCU产生如下波形

图2.1 在产生异常的情况下拔出电池MCU产生的波形

3.电池拔出再插回去产生如下波形

图2.2 拔出电池再插回去产生的波形

根据上面的实测波形发现，设备正常通信的情况下突然拔插电池，会导致通信状态错乱，且无法恢复。

三、解决方法

I2C设备有些是支持热插拔，有些是不支持热插拔，而电池管理芯片有明确说明是支持热插拔，根据这个就可以从软件层面试着解决这个问题。由于这个芯片对时序要求比较严格，所以采用硬件I2C跟它通信。当遇到通信不正常的情况下，就复位I2C外设，代码如下所示:

if(Bq40z801ReadByte(BQ40Z80_DEV1_ADDR,STATUS_REG,&battery[0].status) == ESP_OK)

{

Bq40z801ReadByte(BQ40Z80_DEV1_ADDR,TEMPERATURE_REG,(uint16_t*)&battery[0].temperature);

Bq40z801ReadByte(BQ40Z80_DEV1_ADDR,VOLTAGE_REG,&battery[0].voltage);

Bq40z801ReadByte(BQ40Z80_DEV1_ADDR,CURRENT_REG,(uint16_t*)&battery[0].current);

Bq40z801ReadByte(BQ40Z80_DEV1_ADDR,PERCENT_REG,&battery[0].percent);

// Bq40z802ReadByte(BQ40Z80_DEV2_ADDR,0x0D,&battery[0].percent);

battery[0].charge_state = GetBatteryStatus(battery[0].status,battery[0].current);

}

else

{

Battery[0].temperature = 0;

Battery[0].voltage = 0;

Battery[0].current = 0;

Battery[0].percent = 0;

Battery[0].charge_state = 0;

Battery[0].status = 0;

// memset((char*)&Battery[0],0,sizeof(&Battery[0]));

ESP_LOGI(TAG,"byttery1 read fail\r\n");

I2cReset(I2C0_NUM,I2C0_SCL_PIN,I2C0_SDA_PIN);

}