VL53L3CX测距模块踩坑，I2C被中断挂死

背景

基于VL53L3例程改的一个测距模块，例程（DistanceVL53L3CX）使用HAL库I2C与测距芯片通信在main循环获取距离，并通过printf输出到串口1。我基于例程，在上面添加了一个串口2的收发自定义规约，实现接收获取距离指令，返回当前主循环维护的最新距离值和状态值。

现象

代码功能调通之后，发现一个奇怪的问题：
在高频（100Hz）进行串口2通信收发距离时，运行半个小时左右，I2C卡死主循环。
为此，在获取距离成功的地方加了看门狗，重启程序后，I2C通信依然不成功。
具体表现为一直报未获取到目标或者直接初始化失败。
为了定位问题，我将串口2的规约响应处理屏蔽掉，直接收指令，但是不回复。测试可以长期稳定运行。
然后我怀疑是回复字节过长导致耗时太久，打乱了I2C正常运行，将中断中的回复字节改为固定的两个字节，现象依然是半个小时左右卡死。
尝试使用看门狗进行定时自主重启程序，即获取10000次距离之后，程序虽然正常运行，为了保证不进入卡死状态，自行停止喂狗，重启程序。这样操作并没有改善卡死的情况，甚至会提前卡死。

分析

主循环的I2C读写优先级低，会被串口中断或者外部中断打断导致硬件I2C挂死。
SDA被拉低。一般都是I2C读数据时碰到中断，去处理中断之后回不来了。
在I2C读数据之前disable经常触发的中断，读完之后再enable该中断就可避免此现象。

翻阅了一些文章，感觉下面的说法比较靠谱：

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，“9个clk可以激活”的方法来自NXP的文档，NXP（Philips）作为I2C总线的鼻祖，这样的说法是可信的)，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。
   或者，发送I2C_Stop条件也能让从设备释放总线。如果是GPIO模拟I2C总线实现，那么在I2C操作之前，加入I2C总线状态检测I2C_Probe，如果总线被占用，则可尝试恢复总线，待总线释放后，再进行操作。要保证I2C操作最小单元的完整性，不被其他事件（中断、高优先级线程，等）打断。
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上串人一个具有死锁恢复的I2C缓冲器，如Linear公司的LTC4307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总线输入侧连接主设备，总线输出侧连接所有从设备。当LTC4307检测到输出侧SDA或SCL信号被拉低30ms时，就自动断开I2C总线输入侧与输出侧的连接.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会再次连接输入输出侧，使总线能够正常工作。

解决办法

添加一个全局标志变量isWriting，在调用HAL_I2C_Master_Receive之前将isWriting置为1，调用完成后，将isWriting置为0。在中断中判断isWriting如果为1，则直接返回不进行耗时处理响应。

在vl53lx_platform.c中的int _I2CRead(VL53LX_DEV Dev, uint8_t *pdata, uint32_t count)修改如下：

int _I2CRead(VL53LX_DEV Dev, uint8_t *pdata, uint32_t count) {
    int status;
    int i2c_time_out = I2C_TIME_OUT_BASE+ count* I2C_TIME_OUT_BYTE;

    i2creadCount+=count;
	isWriting = 1;
    status = HAL_I2C_Master_Receive(Dev->I2cHandle, Dev->I2cDevAddr|1, pdata, count, i2c_time_out);
	isWriting = 0;
    if (status) {
        //VL6180x_ErrLog("I2C error 0x%x %d len", dev->I2cAddr, len);
        //XNUCLEO6180XA1_I2C1_Init(&hi2c1);
    }
    return status;
}

在中断的回复处理中添加代码：

if(isWriting )return;

测试可以解决问题。实现100Hz的高速距离收发和485通信。

参考文章

I2C 挂死，SDA一直为低问题分析的第一条评论（find微光(charming)）