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(xiàn)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(yīng)用提供了參考。

關(guān)鍵詞： S3C2440A；IIC總線；故障處理

一、前言

IIC總線是由Philips公司開發(fā)并成功推廣的一種雙向兩線通信方式，所有符合IIC總線協(xié)議的器件可通過IIC總線進行獨立通信，實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(shè)備和普通應(yīng)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(shè)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(shù)據(jù)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(shè)之間的信息。在多主控IIC總線模式中，多個S3C2440A可以發(fā)送或接收串行數(shù)據(jù)來自或到從設(shè)備。主機S3C2440A可以通過IIC總線啟動和結(jié)束數(shù)據(jù)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(tài)寄存器（IICSTAT）、IIC總線Tx/Rx數(shù)據(jù)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(yīng)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(wěn)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(shè)備產(chǎn)生。第一個數(shù)據(jù)字節(jié)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(shè)備要選擇的從設(shè)備。第8位是決定傳輸方向（讀或?qū)懀?。每個放到SDA線上的字節(jié)都應(yīng)該總共為8位。字節(jié)可以在總線傳輸操作期間無限制的發(fā)送或接收。數(shù)據(jù)通常從最高有效位（MSB）開始發(fā)送，并且每個字節(jié)應(yīng)該立即通過應(yīng)答（ACK）位跟上。S3C2440A的IIC總線框圖如下圖1所示，圖2為主機發(fā)送器模式操作流程。

圖1 IIC總線方框圖

圖2 主機發(fā)送器模式操作流程

三、S3C2440A的IIC故障現(xiàn)象分析及處理

3.1 S3C2440A的IIC故障現(xiàn)象分析

S3C2440A的U8和M9管腳分別為IICSCL和IICSDA引腳，也可復(fù)用為普通IO口GPE14和GPE15。系統(tǒng)IIC故障時，IIC讀寫無法正常進行，表現(xiàn)為讀寫數(shù)據(jù)錯誤或始終停留在讀寫狀態(tài)等待環(huán)節(jié)。通過軟件調(diào)試跟蹤或者將關(guān)鍵信息點打印輸出可判斷IIC讀寫是否處于故障狀態(tài)。

在S3C2440A的實際應(yīng)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(shù)據(jù)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(fù)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(tài)持續(xù)等待，在實際應(yīng)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(yīng)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(yīng)在軟件設(shè)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(shù)據(jù)使用前增加數(shù)據(jù)異常判斷，如出現(xiàn)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(tǒng)功能進入完全故障狀態(tài)。

四、結(jié)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(yīng)用過程中所遇到的IIC故障問題的研究與總結(jié)，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(yīng)用中增加IIC讀寫等待超時處理與數(shù)據(jù)異常處理能夠有效地減小IIC器件故障給系統(tǒng)帶來的不利影響。

參考文獻

[1]何立民.I2C總線應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)保護與控制，2010，38（7），106-108.