I2C总线及总线阻塞

这个问题以前还真遇到过但是没有仔细分析过原因，这次被问到这个问题傻了，看到网上的一些相关文档后，整理了这篇文章，主要分析产生原因和解决办法。

首先还是看看I2C相关的一些步骤的总线状态:

死锁总线表现为：SCL为高，SDA一直为低

从：正常时序下：SDA信号是在SCL为低的状态下改变，即从应答SDA为低电平时，此时SCL应为为低电平

原因：当master正在和slave通信，如果master正好发生打算发第9个时钟，此时SCL为高，slave设备是先拉低SDA信号（作为ACK信号），等待master设备SCL由高变低，“取走”ACK信号后，slave再释放SDA为高。但如果此时时序被打乱，例如master i2c通信时突然复位，master的SCL还没来得及变低，直接变成高电平，此时slave还在等待SCL变低，所以一直拉低SDA。

master：SDA被从拉低，故master认为i2c总线占用，一直等待SDA变高

这样master/slave进入一个相互等待的死锁过程。

解决方法:(软件办法 产生大于9个时钟scl脉冲)

    (1)尽量选用带复位输人的I2C从器件。(master reset后，slave也需要reset)

    (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)，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。

  (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如图2所示: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总线输人侧与输出侧的连接.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会再次连接输人输出侧，使总线能够正常工作。

LTC4307: 具有低偏移和阻塞总线恢复能力的I²C总线缓冲器

LTC4307还具有阻塞总线恢复电路，通过检测和清除阻塞总线，帮助保持系统统一性。如果串行数据输出SDA或串行时钟输出SCL为低电平的时间超过30ms，那么LTC4307就自动断开数据和时钟总线的连接，并在SCL端口产生多达16个时钟脉冲，尝试释放该总线。当总线变至空闲状态时，将需要立即使能一条线路，以恢复正确的操作，而本质上，LTC4307将有效地起到免除一般系统复位之需的作用。

LTC4307性能概要：

• 总线处于阻塞低电平的时间≥30ms 时，自动断开SDA/SCL连线