DW_apb_i2c 总线清除功能（Bus Clear Feature） 的详细解释，涵盖 SDA 和 SCL 线卡在低电平的恢复机制。
1. 功能背景
- 问题场景：
在I2C总线通信中，若某个设备故障导致 SDA（数据线） 或 SCL（时钟线） 被持续拉低（Stuck at LOW），总线将无法正常通信。 - 核心功能：
DW_apb_i2c 提供 总线清除（Bus Clear） 机制，尝试恢复总线，避免系统死锁。
2. SDA 线卡在低电平的恢复流程
(1) 触发条件
- SDA 被持续拉低：可能是从设备未释放总线（如未完成数据传输）或硬件故障。
(2) 恢复步骤
主设备发送最多9个SCL时钟脉冲
- 目的：
为从设备提供机会完成未完成的操作（如发送剩余数据位或释放总线）。 - 时钟数依据：
I2C协议中，一个完整字节传输包含 8位数据 + 1位ACK/NACK，共9个时钟周期。 - 操作细节：
- 主设备在每个时钟脉冲期间尝试将SDA拉高（发送逻辑1）。
- 若检测到SDA恢复高电平，立即终止时钟发送并进入下一步。
- 目的：
若SDA在9个时钟内恢复
- 主设备发送STOP信号：
释放总线所有权，结束异常状态。 - 总线恢复正常：
后续可重新发起通信。
- 主设备发送STOP信号：
若SDA未在9个时钟内恢复
- 需硬件复位：
通过外部硬件复位信号强制重置总线及相关设备。
- 需硬件复位：
(3) 流程图示意
1 | SDA卡低检测 |
3. SCL 线卡在低电平的恢复流程
(1) 触发条件
- SCL 被持续拉低：可能因电路故障（如设备短路）或时钟竞争导致。
(2) 恢复限制
- 无法通过软件恢复：
由于SCL是时钟线，主设备需控制SCL以生成恢复时钟，但若SCL被外部强制拉低，主设备无法覆盖。 - 唯一解决方案：
硬件复位总线或相关设备，强制释放SCL线。
(3) 流程图示意
1 | SCL卡低检测 |
4. 关键设计原理
(1) 为什么SDA可尝试恢复，而SCL不能？
- SDA恢复可行性：
- SDA是数据线，主设备可通过发送时钟脉冲，配合从设备完成操作或超时释放。
- I2C协议允许主设备在传输中插入额外时钟（类似时钟延展）。
- SCL恢复不可行性：
- SCL是时钟线，主设备需控制其高低电平以驱动通信。
- 若SCL被外部强制拉低，主设备无法生成时钟脉冲，失去控制权。
(2) 9个时钟脉冲的意义
- 覆盖最大未完成传输：
一个I2C字节（8位数据 + 1位ACK）最多需要9个时钟周期。 - 兼容协议完整性：
避免因发送过多时钟导致协议混乱（如误触发新传输）。
(3) 硬件复位的必要性
- 终极恢复手段：
当软件无法恢复时，强制重置硬件状态，清除总线锁定。 - 设计建议：
系统需提供可靠的硬件复位电路，确保在极端情况下恢复总线。
5. 实际应用注意事项
(1) 配置与使能
- 寄存器设置：
需确认DW_apb_i2c是否默认启用总线清除功能，或需配置相关寄存器（如中断使能、超时阈值）。 - 中断处理：
总线卡低事件可能触发中断，需在驱动程序中实现恢复流程。
(2) 调试与验证
- 模拟故障场景：
可强制拉低SDA/SCL，观察主设备是否按预期发送时钟或触发复位。 - 逻辑分析仪捕获：
验证9个时钟脉冲的生成及STOP信号的发送。
(3) 硬件设计
- 复位电路冗余：
确保硬件复位信号可覆盖I2C控制器及关联设备。 - 上拉电阻选择：
适当减小上拉电阻值可加快总线释放速度，但需平衡功耗。
6. 总结
- SDA恢复：软件驱动，发送最多9个时钟脉冲，尝试拉高SDA。
- SCL恢复：只能硬件复位，无软件干预手段。
- 核心价值：提升总线鲁棒性，防止单点故障导致系统瘫痪。
如需进一步分析具体配置或代码实现，可结合手册中的 “Programming Flow for SCL and SDA Bus Recovery”（第304页）进行深入研究。
本文作者：
ICXNM-ZLin
本文链接： https://talent-tudou.github.io/2025/02/17/外设/DW-apb-i2c之总线清除功能/
版权声明： 本作品采用 CC BY-NC-SA 4.0 进行许可。转载请注明出处！
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