STM32F103的硬件I2C调试记录

    提到I2C协议，搞嵌入式的朋友肯定不陌生，它是一种半双工的串行同步通信协议。通信速率通常分为标准模式（100Kbit/S）和快速模式（400Kbits/S）。笔者在学习51单片机操作AT24C02这个EEPROM的时候第一次接触到I2C协议，因为传统的89C51并不带有I2C控制器，因此只能使用IO模拟的方式来驱动I2C器件。

    笔者后来学习STM32的时候，因老师说STM32F1的硬件I2C不好用，因此在以后很长一段时间笔者在驱动I2C器件时都是采用IO模拟的方式。网络上也有很多朋友采用IO模拟的方式，理由大多是因为IO模拟的方式稳定、便于移植等。最近，笔者突然打算研究一下STM32F1的硬件I2C，毕竟对于CM3内核的单片机，甚至是CM4、CM7内核的单片机，这样的高性能单片机使用IO模拟的方式来驱动I2C器件太浪费CPU的性能了。

    这次笔者的实验平台是STM32F103RCT6这块MCU，其中驱动的I2C器件是NXP的一款I2C接口的RTC芯片——PCF8563，连接到STM32F103RCT6的PB11（I2C2_SDA）和PB10（I2C2_SCL），板子是笔者团队自己画的，就是先前视频（BV1PA411i7Sx）里驱动数码管的那块板子。

    由于笔者是第一次使用STM32的硬件I2C，因此就暂时采用轮询的方式，并没有采用中断或者DMA的方式了。

    要使用STM32的硬件I2C，首先需要对I2C控制器进行初始化，这里笔者为了提高代码的可重用性，提前构思好了一个框架，将I2C驱动进行了一个封装：

1.首先是I2C初始化结构体，包含了一个I2C控制器初始化参数的一些信息。

        然后编写一个函数根据这个结构体的信息对I2C控制器进行初始化：

2.然后是I2C的数据传输，也使用结构体进行了一个封装。

这个封装的思路其实是笔者从Linux的I2C驱动的I2C数据传输中模仿而来的。所有的数据传输函数的形式参数只有一个，就是这个I2C_TransferType结构体指针类型。

至此I2C主机控制器层就搭建完毕了。

然后是PCF8563的驱动，为了方便操作时间，同样也构建了一个用来表示时间的结构体：

而PCF8563层就是调用I2C层的读写API对其寄存器进行操作了。

比如，往PCF8563写入时间的API：

最终则是在uCOS-III操作系统创建的一个线程中每隔500ms读取一次时间在数码管上显示出来（数码管驱动就是先前视频中的那个DMA+定时器的驱动）。

    以上是笔者在进行程序开发时的思路，但是STM32F103的硬件I2C不是那么好掌控的，笔者在调试过程中也是遇到了很多问题。

    程序刚刚编译通过第一次运行时，上电运行直接死机。注意，笔者使用了RTOS，如果只是因为RTC线程中I2C读取某个标志位时卡在了while中，并不会影响其他线程，LED还是会闪。但是LED也灭了，在线debug的时候发现程序最终是进入了HardFault_Handler，说明I2C里某些操作导致STM32硬件错误。

    最终在ST的官方手册中找到了原因，在I2C读取最后1字节数据前，应该先设置非应答和停止信号，然后再去读数据，笔者一开始是将这两步按正常的I2C协议放在了最后。

    之后又修改了一些笔者拷贝相同代码时，粗心导致的一些变量忘记修改，比如txlen在接收函数中忘记改成了rxlen。

    经过了两三天的搭建和调试，总算是把STM32的硬件I2C搞定了，采用的是轮询的方式，日后看找个时间试试中断或者DMA的方式吧。这个I2C和PCF8563的代码我会在文末贴出来供大家参考，写的不好的地方也请批评指正。

    最后总结一下STM32F1的硬件I2C，据网友说，ST为了规避专利问题，将I2C控制器复杂化了，而且STD库貌似也有些许BUG，但还是可以用的（不然ST就不会发布这款芯片了）。对于F1的硬件I2C，貌似还有其他毛病，比如通信速率不能过快、不能被打断等。笔者在PCF8563驱动中使用的400KHz的通信速率，目前并没有发现异常，但长期来看也不好说，指不定什么时候卡死了呢。至于不能被打断，笔者在驱动中使用RTOS提供的关中断的方式来确保I2C读写过程连续不被打断。如果采用STM32F1的方案且使用到I2C器件的话，为了稳定性，推荐还是使用IO模拟的方式吧，至少容错率高。

代码链接：

https://pan.baidu.com/s/155xub7hBSiYXG7fi-tB--A 

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