无法读取I2C地址的调试案例

引言：调试I2C从器件的第一步就是尝试去读它的地址，如果无法读取地址或者向其发送读写命令却没有收到ACK回馈，都说明与器件通讯失败。常规发生无法读取I2C地址的情况时，第一怀疑点往往是硬件互联出现问题，本节分享一个和软件相关的调试案例。

1.问题背景

一枚视频转换芯片的I2C连接前端MCU上，调试时发现I2C通讯失败，同一总线上的另外两个器件地址均正常。发送读写命令波形也没有ACK反馈，检查过硬件互联和Reset配置，均没有问题。

2.怀疑点和排除过程

总线器件过多

考虑到一个I2C上挂载了三个从器件，分支和节点过多，并且走线也不短，所以怀疑是从器件过多导致Cload过大，无法和远端通讯成功。于是摘掉和另外两个器件的互联电阻，再次尝试，依然无法通讯，并且测量得到的波形质量并不差，如图1-所示，我们向地址0X8A发送命令，却没有ACK回馈，说明并不是总线负载电容问题。

图1-1：向设备发送读写命令波形

复位操作

虽然上电后复位Reset就为高电平，但是尝试在从器件启动后再复位一次，再尝试读取I2C地址，依然无法读到，侧面说明和时序没有关系。为了验证无法通讯是不是器件本身的问题，将其与MCU断开，直接飞线I2C通过盒子连接到上位机，发现可以读到地址，并且读写寄存器均正常，如下图1-2是逻辑分析仪抓取到的波形图，有明显的ACK标志。

图1-2：与上位机通讯抓取的读写波形

排除掉硬件互联和引脚配置以及器件本身的问题，那么只有一个问题就是MCU端的I2C参数配置出现问题。

主器件I2C参数

那么主器件I2C涉及哪些参数呢，总线速度100KHz（标准），400KHz（快速），1MHz（超快速）、Data setup Time、Data hold Time等等这些参数可调，如图1-4抓取上位机和器件通讯成功的波形，测试的Data hold Time大概为560ns，远远大于图1-5器件手册中的10-250ns，说明手册中的此参数标注和实际不符，而MCU端I2C配置的是100ns，所以才通讯失败。

图1-3：与上位机通讯波形时间参数测量

图1-4：与上位机通讯波形时间参数测量

图1-5：器件手册I2C时间参数

3.如何修正

如表1-5联系原厂核对修改后的参数，修改主机I2C设置的Data hold time即可。

图1-6：更正后的时间参数

4.总结

对于支持不同通讯速率的I2C设备，高速率的往往可以兼容低速率的，比如1MHz-I2C的A器件，它可以接收来自100KHz、400KHz、1MHz的速率信息，但是如果与它互联的B器件只支持400KHz，那么B只能接收A发送100KHz、400KHz的信息。而100KHz、400KHz、1MHz的时间参数都有差异，在调试时不仅速率要匹配，与速率相关的时间参数也必须修改以保持兼容，因为芯片里面的I2C收发器ADC转换速率与频率f息息相关，而ADC转换速率就决定着这些时间参数。

图1-7：I2C主从机基本结构

从图1-8可以明显看出，三种速率下的数据保持时间和数据设置时间均有明显的差异，以上述参数为例，Data hold time实际为560ns，说明器件仅支持到快速模式，但实际设置为100ns，而器件并不能支持这么快的采样速度，所以无法识别Bit位，因此仅仅保持SCK一致，通讯也会fail。

图1-8：几种I2C模式的时间参数

另外有的器件支持好几种系统时钟（Syetem Clock），这时候其I2C时间参数可能就以System Clcok为单位，而不是直观的us/ms，如图1-9所示：

图1-9：和系统时间挂钩的I2C参数