基于S3C2440A的IIC總線讀寫故障軟件處理研究

曹雨

摘 要： IIC總線讀寫故障是IIC器件使用過程中無法回避的現實問題，本文以實際研究為背景，以三星S3C2440A RISC微處理器為例介紹了IIC總線故障的分析及軟件處理方法，為實際應用提供了參考。

關鍵詞： S3C2440A；IIC總線；故障處理

一、前言

IIC總線是由Philips公司開發并成功推廣的一種雙向兩線通信方式，所有符合IIC總線協議的器件可通過IIC總線進行獨立通信，實現了IC之間的有效控制。由于IIC總線上可以掛載多個IIC器件，個別IIC器件如果出現故障可能引起總線鎖死，進而引起整個總線通信故障。本文以三星公司的一款RISC微處理器S3C2440A的IIC接口為例對IIC總線讀寫故障的分析及處理進行了研究，給出了故障現象分析及軟件處理方法。

二、S3C2440A的IIC總線接口

三星公司的S3C2440A為手持設備和普通應用提供了低功耗和高性能的小型芯片微處理器的解決方案，其處理器是基于Advanced RISC Machines（ARM）公司設計的16/32位ARM920T核心。S3C2440A可以支持一個多主控IIC總線串行接口。一條專用串行數據線（SDA）和一條專用串行時鐘線（SCL）傳遞連接到IIC總線的主控和外設之間的信息。在多主控IIC總線模式中，多個S3C2440A可以發送或接收串行數據來自或到從設備。主機S3C2440A可以通過IIC總線啟動和結束數據傳輸，S3C2440A的IIC總線是使用標準總線仲裁步驟。為了控制多主控IIC總線操作，必須寫入值到以下寄存器中：IIC總線控制寄存器（IICCON）、IIC總線控制/狀態寄存器（IICSTAT）、IIC總線Tx/Rx數據移位寄存器（IICDS）、IIC總線地址寄存器（IICADD）。

當釋放了IIC總線時，SDA和SCL線應該都保持為高電平。一個高到低SDA的變化可以啟動一個起始條件。SCL穩定保持在高電平時的一個低到高SDA的變化可以啟動一個停止條件。起始和停止條件通常由主設備產生。第一個數據字節為7位地址值，其在啟動起始條件后放到總線上，可以確定出主設備要選擇的從設備。第8位是決定傳輸方向（讀或寫）。每個放到SDA線上的字節都應該總共為8位。字節可以在總線傳輸操作期間無限制的發送或接收。數據通常從最高有效位（MSB）開始發送，并且每個字節應該立即通過應答（ACK）位跟上。S3C2440A的IIC總線框圖如下圖1所示，圖2為主機發送器模式操作流程。

圖1 IIC總線方框圖

圖2 主機發送器模式操作流程

三、S3C2440A的IIC故障現象分析及處理

3.1 S3C2440A的IIC故障現象分析

S3C2440A的U8和M9管腳分別為IICSCL和IICSDA引腳，也可復用為普通IO口GPE14和GPE15。系統IIC故障時，IIC讀寫無法正常進行，表現為讀寫數據錯誤或始終停留在讀寫狀態等待環節。通過軟件調試跟蹤或者將關鍵信息點打印輸出可判斷IIC讀寫是否處于故障狀態。

在S3C2440A的實際應用中有兩種典型的IIC故障問題：一是S3C2440A的IIC引腳接觸不良或損壞；二是總線上有IIC器件損壞進而使IIC總線數據讀寫異常。對于上述兩類問題的定位，可以利用S3C2440A的IIC引腳可復用的屬性來判斷，例如將U8和M9配置成普通IO口屬性，在無IIC操作時，通過對GPE14和GPE15的置高或置低，在IIC總線可測量處對電平進行實際測量，與期望電平進行對比，如果測量電平與期望電平不一致，則說明S3C2440A的引腳接觸不良或損壞，反之則可排除S3C2440A的IIC引腳問題。

3.2 S3C2440A的IIC故障軟件處理

為了防止S3C2440A的IIC故障引起讀寫狀態持續等待，在實際應用中可添加等待超時處理。下面分別給出不含超時處理的Demo代碼及實際應用中采用的超時處理代碼：

/*不含超時處理的Demo代碼*/

void IICWrite（U8 slvAddr， U32 addr， U8 data）

{

_iicMode = WRDATA；

_iicPt = 0；

_iicData[0] = （U8）addr；

_iicData[1] = data；

_iicDataCount = 2；

rIICDS = slvAddr | （（addr & 0xff00） >> 8） << 1；

rIICSTAT = 0xf0；

while（_iicDataCount ！= -1）；

_iicMode = POLLACK；

while（1）

{

rIICDS = slvAddr | （（addr & 0xff00） >> 8） << 1；

_iicStatus = 0x100；

rIICSTAT = 0xf0；

rIICCON = 0xe0；

while（_iicStatus == 0x100）；

if（?。╛iicStatus & 0x1））

{

break；

}

}

rIICSTAT = 0xd0；

rIICCON = 0xe0；

Delay（1）；

}

/*添加超時處理的代碼*/

void IICWrite（U8 slvAddr， U32 addr， U8 data）

{

U16 cnt_1 = 0； //用于超時控制

U16 cnt_2 = 0； //用于超時控制

_iicMode = WRDATA；

_iicPt = 0；

_iicData[0] = （U8）addr；

_iicData[1] = data；

_iicDataCount = 2；

rIICDS = slvAddr | （（addr & 0xff00） >> 8） << 1；

rIICSTAT = 0xf0；

while（（_iicDataCount ！= -1） && （cnt_1 < CNTMAX））

{

cnt_1++；

}

_iicMode = POLLACK；

while（1）

{

rIICDS = slvAddr | （（addr & 0xff00） >> 8） << 1；

_iicStatus = 0x100；

rIICSTAT = 0xf0；

rIICCON = 0xe0；

while（（_iicStatus == 0x100） && （cnt_2 < CNTMAX））

{

cnt_2++；

}

if（?。╛iicStatus & 0x1））

{

break；

}

}

rIICSTAT = 0xd0；

rIICCON = 0xe0；

Delay（1）；

}

除此之外，還應在軟件設計中添加必要的出錯處理與異常告警，比如對依靠IIC總線獲取的非核心數據使用前增加數據異常判斷，如出現異常值則給出錯誤提示并提供一組可用的缺省值以避免系統功能進入完全故障狀態。

四、結束語

本文給出的IIC總線故障分析及軟件處理方法是對實際應用過程中所遇到的IIC故障問題的研究與總結，雖以S3C2440A RISC微處理器為例進行闡述，對其他IIC器件的故障分析與處理同樣具有參考價值。在實際應用中增加IIC讀寫等待超時處理與數據異常處理能夠有效地減小IIC器件故障給系統帶來的不利影響。

參考文獻

[1]何立民.I2C總線應用系統設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，1995.

[2]侯喆，何凱.由于IIC總線鎖死引起保護裝置異常的問題分析[J].電力系統保護與控制，2010，38（7），106-108.