【STM32调试记录】解决HAL库硬件I2C从机Seq DMA方式不定长接收和发送问题

序言

久闻STM32硬件I2C坑多，之前做的项目浅尝主机通信就偶尔遇到总线锁死的bug，网上解决方案也很多，用着也还行。然而作为从机就是另一个大坑了，官方例程少，网上资料少，api也说的不明不白。本文整合各位博主分享的资料，记录和分享调试linux主机与STM32的I2C通信过程中遇到的问题和解决方案，最终在STM32L051C8T单片机实现DMA方式的I2C从机。

单片机资源紧张，性能低但是实时性高。要充分发挥单片机实时特性，在处理低速IO时应该尽量用硬件方式实现，尽可能利用硬件处理数据。DMA就是解放CPU负载的利器。

HAL库API分析

一般来说HAL库的通信io类API分为polling阻塞，IT和DMA方式。而I2C分主从模式，不同I2C器件有不同的协议细节，在此基础还要向上支持SMBus/PMBus等协议，导致API冗杂。API大概可以按以下方式组合：

【主机/从机】-【序列】-【阻塞/中断/DMA】-【收/发】

其中主机模式特有【内存存取】模式

例如：

【主从机】决定是谁发送SCL

【阻塞/中断/DMA】决定单片机内部存取数据方式，影响CPU和总线使用率

【收/发】决定数据传输方向

参考大佬对HAL库Seq相关API的分析。【内存存取】和【序列】是对基础收发API的更高级封装，前者可以通过单个函数实现对从设备内存的存取，典型用处是存取EEPROM。但是实际上大多数I2C设备通信协议不如EEPROM简单，所以这个API简单使用但局限。后者【序列】方式弥补了适用局限，这类API允许主从机对连续占用和监听，即主机可以不产生Stop而产生ReStart信号，大大扩展了HAL库的适用条件。

然而如同更新HAL_UARTEx_ReceiveToIdle之前一样，STM32L0固件V1.12.0版本不支持任意长度数据收发，只能收发定长数据。实际使用中不可能要求主机收发数据长度固定不变。经过阅读代码和测试，发现从机【序列】方式收发不定长数据会导致I2C句柄报错。主机提前停止收发数据，从机都会报NACK错误，导致无法进入正确回调函数，进行下一轮通信。

代码分析

STM32硬件i2c从机DMA: 基于HAL库函数的STM32单片机I2C从机代码，DMA（Seq）方式通信。 – Gitee.comhttps://gitee.com/cq-cn/stm32-hardware-i2c-slave-dma/tree/master/<i2c_slave.c>

typedef struct SLAVE_GVAR_ST{
	uint8_t addr;
	uint8_t slave_rx[SLAVE_BUF_LEN];
	uint8_t slave_tx[SLAVE_BUF_LEN];
	uint8_t dir;
	uint16_t rxlen;
} slave_gvar_st;

static slave_gvar_st slave_global = {0};

定义收发数组，初始化模块变量。这里将addr和slave_rx变量放在一起方便DMA接受数据时，第一个数据直接填入结构体第一个变量。考虑到主机写入不一定从0地址开始，所以收发数组要独立。dir暂时没用，只凑齐4字节。rxlen是接受长度，不包含地址字节。

void HAL_I2C_ListenCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
	uint16_t addr, rx_len;
	
	if (hi2c->Instance == I2C1)
	{
		/* write mem : partial data recieved */
		if ( __HAL_I2C_GET_FLAG(hi2c,  I2C_FLAG_DIR) == I2C_DIRECTION_TRANSMIT )
		{
			addr = slave_global.addr;
			rx_len = SLAVE_RX_BUF_LEN - __HAL_DMA_GET_COUNTER(hi2c->hdmarx) - 1;
			slave_global.rxlen = rx_len;
			memcpy(slave_global.slave_tx + addr, slave_global.slave_rx, rx_len);
		}
		/* read mem */
		else
		{
			/* nothing here */
		}
	}
	/* new recv */
	slave_start_dma();
}

当主机发数据不满DMA计数时，进入这个回调函数，需要我们字节计算收到的字节数。并开启下一轮通信。 

void HAL_I2C_AddrCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t TransferDirection, uint16_t AddrMatchCode)
{
	uint16_t len, addr;
	
  if (hi2c->Instance == I2C1)
	{
		/* master transmit */
		if (TransferDirection == I2C_DIRECTION_TRANSMIT)
		{
			HAL_I2C_Slave_Seq_Receive_DMA(&hi2c1, (uint8_t*)&slave_global, SLAVE_RX_BUF_LEN, I2C_LAST_FRAME);
		}
		/* master receive */
		else
		{
			/* read mem */
			addr = slave_global.addr;
			len = SLAVE_TX_BUF_LEN - addr;
			HAL_I2C_Slave_Seq_Transmit_DMA(hi2c, &slave_global.slave_tx[addr], len, I2C_LAST_FRAME);
		}
	}
  UNUSED(AddrMatchCode);
}

/* write mem: all byte recieved */
void slave_dma_cb(void)
{
    if ((__HAL_I2C_GET_FLAG(&hi2c1,  I2C_FLAG_DIR) == I2C_DIRECTION_TRANSMIT) && 
            (slave_global.addr == 0))
    {
        memcpy(slave_global.slave_tx, slave_global.slave_rx, SLAVE_BUF_LEN);
    }
    slave_start_dma();
}

 监听到总线广播从机地址，进入到这个回调函数，在这里判断收发并初始化监听。注意这里的【I2C_LAST_FRAME】参数，会影响到DMA传输完成时的回调函数，这里这样配置会导致DMA传输完成后不调用I2C_DMASlaveReceiveCplt（初始化监听时注册的）。详见这里。

当然如果主机收发的字节数刚好和DMA计数一样，我们也应当要开启新一轮传输。于是这里先实现DMA传输完成的回调函数，放到<stm32l0xx_it.c>对应的DMA终端里面，要注意判断DMA通道。

void slave_start_dma(void)
{
	HAL_I2C_EnableListen_IT(&hi2c1);
	
	HAL_I2C_Slave_Seq_Receive_DMA(&hi2c1, (uint8_t*)&slave_global, SLAVE_RX_BUF_LEN, I2C_FIRST_FRAME); 
}

 从机监听入口函数，在主函数或初始化时调用即可。

参考资料

总结一下首次使用HAL库STM32f030硬件IIC从机中断收发_stm32 i2c 地址中断-CSDN博客文章浏览阅读5.7k次，点赞14次，收藏67次。首先IIC的概念就略过了。这个网上写的很详细。从CUBEMX配置完代码开始吧。手上的项目是一主机，七个从机，从机使用中段收发。关于地址是一个大坑，后续的读写中断也是个坑。从机地址：硬件为I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT时的从机地址时，从机的地址需要左移一位，最低为表示读或者写。比如从机地址I2COwnAddr = 0x0A，左移一位配置为：hi2c1.Init.OwnAddress1 = I2COwnAddr<<1;//从机的地址设置需要左移一位这样从机的配置初始化函_stm32 i2c 地址中断https://blog.csdn.net/m0_38096844/article/details/106237724

作者：Jeekate