关于STM32的I2C硬件DMA实现
关于STM32的I2C硬件DMA实现
网上看到很多说STM32的I2C很难用,但我觉得还是理解上的问题,STM32的I2C确实很复杂,但只要基础牢靠,并没有想象中的那么困难。
那么就先从基础说起,只说关键点,不涉及代码。
首先说I2C这个协议:协议包括START、ACK、NACK、STOP。尽管协议中规定START必须,其他几个非必须,但实际上其他三个仍旧非常重要。
主发从收:主 START -> 主发地址 -> 从 ACK -> (主发数据 -> 从 ACK (循环)) -> 主 STOP 或 主 START 启动下一次传输
这一过程中,主控SCL线,从只在ACK时控SDA线,其他时刻主控SDA线。
主收从发:主 START -> 从发地址 -> 主 ACK -> (从发数据 -> 主ACK (循环)) -> 接受至最后一个字节时,主 NACK -> 主 STOP 或 主 START 启动下一次传输
在这一过程中,主 START、主 ACK 时,主控总线;从发ACK时,主控SCL线,从控SDA线;在主接受数据时,虽然由主设备产生时钟,但从设备在数据未准备好时,拉低SCL线,这样主设备可知从设备未发送数据,从设备在数据准备好,可以发送的时候,停止拉低SCL线,这时候才开始真正的数据传输,换句话说,虽然时钟是由住设备产生,但在总线上未必就有时钟存在,这期间可以看做是从设备在控总线;当发送到最后一字节的时候,主设备发送NACK,从设备接受后,放弃对总线的控制。
STOP在单主环境下非必要,但在多主环境就非常必要,主控总线的设备发送STOP后,通知总线其他设备总线已经闲置。
以前的老器件很容易导致总线死锁,但现在的产品很多都带有超时机制,所以总线被锁的情况基本不怎么存在了。
下面要说的是STM32的寄存器,状态寄存器有两个,事件、错误状态一堆,看起来确实都算是有用,但实际使用的时候未必都要用到,还是要看情况,那么状态寄存器的清除就是个问题,有两个方法,一个是PE位禁止,不过除非在通讯结束,否则会扰乱总线上的电平,后果未知,争取的方法是:对于普通事件,先读SR1,再读SR2,如果是错误,那么就要再增加一个将SR1写 0 。想简单的话,那就用一个32位无符号整形,先读SR1,然后或上SR2左移16,再将SR1写 0,最后用这个变量和ST公司提供那个库中的状态比对就行了。
STM32的I2C和其他模块有些不同,其他模块完全可以交给DMA控制器,但I2C不行,必须结合中断或者IO方式,不建议IO方式,得等,万一出点岔子,被狗咬就麻烦了,所以最佳方式是结合中断。
主发时:PE位使能,PE位必须先使能,否则你操作不了其他位,然后使能ACK位,ITEVTEN位,DMA位,使能START位(这几个位可以同时置),然后进入事件中断,判断 I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT ,将从地址写入 DR 寄存器,这里需要注意一点,就是从设备应答后,如果主设备不读状态寄存器,那么主设备就不会继续发送时钟来传输数据!这时候就体现出使用中断方式的另外一个好处,每次进中断的时候状态寄存器都要被读一下,不符合处理条件的你可以不管,但模块操作可以正确进行下去。数据开始传输时,控制就基本完全交给DMA控制器了,这时候一般也不会有什么状态中断产生,当然也不是绝对没有,有可能会有错误中断,也可能会由于MCU过忙产生事件中断,但这个事件一般影响不大,出错的时候你可能要处理一下。当数据传输完成后,会产生一个 I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED,注意这个不是只在数据传输完成才有!如果MCU过忙,DMA在I2C传输完上一个数据时,没能将下一个数据送到I2C,也会产生,这个事件只代表I2C位移寄存器内的数据被传完,而DR寄存器又没有被写入新的数据!所以,在这个状态产生的时候,要判断一下DMA的CNDTR寄存器,这是个递减的,如果是 0 ,那么就代表完成,可以去掉I2C的ACK位,使能STOP;或者是START进入下一轮数据传输。当然你不管也行,单主控下这不是必须的。
主收时:前面和主发时一样,但有一点要特别注意,那就是主控寄存器的LAST位,这个我在ST的库中没找到设置的函数,也可能是我没看仔细,反正我都是直接寄存器操作,不用库,除非是库中一些现成的状态可以用一下。这个位很重要,如果你只是一轮DMA传输,那么这个必须被置位,因为传输到最后一个字节的时候,主控需要发出NACK而不是ACK来通知从设备释放对总线的控制!LAST位就是做这个用的。主收的时候,传输完成就不是依靠I2C的事件中断来判断了,这个要通过DMA的IT_TC来完成,DMA中断产生后,做一下结束处理工作,最后别忘了清DMA的中断标志,不然会死循环在里面。
从发和从收这次就先不写了,相对简单一些,而且我感觉用的一般也不多吧,等有时间下次再写,另外再说一下,采用这种DMA+中断的方式,可以不去处理错误,操作开始的时候置一个标志,结束的时候清标注,在主程序中判断,如果超过一定时间标志还在那,那么就要考虑重置I2C了,一方面是错误状态太多……我真的判断不过来,也可能我比较懒吧,都给统一处理了。还有一个建议就是尽量采用STM32的硬件位域操作,因为一方面你有些操作要在主程序里,一些操作要在中断里,通常的读再写可能会导致错乱,位域操作就不会,即使不错乱,如果总线上产生错误,那么在操作某些位的时候会卡死在那,位域操作也不会卡死。
附一个位域操作宏
#define BITBAND_ADDRESS(x) (((x) & 0xF0000000) + 0x02000000 + (((x) & 0xFFFFF) << 5))
#define BITBAND(x,bit) (*(volatile uint32_t*)(BITBAND_ADDRESS((uint32_t)&(x)) + ((bit) << 2)))
使用 BITBAND(x,bit),x 代表 寄存器,bit 代表是操作哪个位。单独的一个位会被展开成一个32位整形,当然,你只能写 1 或 0
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