分析仪器中ⅡC总线异常的自动恢复

公司于20世纪80年代初提出的，主要用于同一电路板内各集成模块（C）之间的连接，I采用双向二线制串行数据传输方式，支持任何一种C制造工艺，目前1C总线标准已经成为世界性的工业标准。

I总线采用数据（SA）和时钟（SCL）两根线来完成数据的传输和外围器件的扩展，每个连接到总线的器件都可以通过**的地址和一直存在的简单的主机/从机关系软件设计地址，主机可以作为主机发送器和主机接收器。1C总线支持多主机模式，如果两个或更多主机同时初始化数据传输可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏。串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbits决速模式下可达400kbits高速模式下可达30并取得专利。1998年，发布Ve-t.0版本，IC总线由7位寻址发展到了10位寻址，满足更大寻址空间的需求。2001年PHLPS公司又发布了Version1版本，至此1C总线功能被进一步完善和扩展，并提出传输速率可达34Mb/s的高速模式，使得1C总线能够支持现有的高速串行传输应用，如EEPRCM和FLAH存储器等。目前，1C总线已被大多数的芯片厂家所采用，著名的等公司。

该文重点介绍在分析仪器中，1C总线出现异常锁死的情况下，软件实现自动恢复功能。

11C总线介绍1C总线在物理结构上由一条串行数据线S）八和一个串行时钟线SCL且成，主机按一定的通信协议向从机寻址和进行信息传输。S）A和SL都是双向线路，通过一个电流源或上拉电阻连接到正的电源电压，当总线空闲时，这两条总线都为高电平。

连接到总线的器件输出级必须是漏极开路或集电极开路，这样才能实现“线与”的功能，连接到总线的任何器件如果输出低电平都会将总线电平拉低。总线挂载的器件数量只受总线*大电容400PF的限制。

2数据的有效性数据（SA）线上的数据必须在时钟（SCL）的高电平周期保持稳定，数据线高或低电平的变化只能发生在时钟线为低电平期间。时序如所示。

131C总线上的信号1C总线在传送数据过程中共有4种类型信号：开始信号、停止信号、重新开始信号和应答信号。

开始信号（SARI）当SL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，产生开始信号。当总线空闲时，主机通过发送开始信号建立通信。

生由低电平向高电平的跳变，产生停止信号。主机通过发送停止信号结束时钟信号和数据通信，此时S）A和SL都将被复位为高电平状态。

开始信号，在发送停止信号之前，主机发送一个重新开始信号，可以转换当前从机的通信模在接收到8位数据后，向发送器住机或从机）发出特定的低电平脉冲，每一个数据字节后面都要跟一位应答信出现，此周期内发送器必须释放数据线（SA）通过接收数据线上的低电平来产生应答信号，或接收高电平来产生非应答信号。所以，一个完整的字节数据传输需要9个时钟脉冲。如果从机是接收方，向主机发送非应答信号，则主机认为此次数据传输失败；如果主机是接收方，向从机发送非应答信号，则从机认为此次数据传输结束，从机释放数据线，此后，主机或是产生停止信号释放总线，或是产生重新开始信号，开始一次新的通信。

开始信号、重新开始信号和停止信号都由主机产生，应答信号由接收器产生。

14数据传输格式主机发送开始信号启动一次通信，在主机对从机寻址后，再在总线上传输数据。每个字节后必须跟一个响应位，首先传输的是数据的*高位（MSB）每次通信的数据字节数没有限制，在全部数据传输结束后，由主机发送停止信号，结束通信。

如果接收器要完成一些其他功能后（如一个内部中断服务程序）才能接收或发送下一个完整的数据字节，此时接收器可以将时钟线拉低迫使总线进入等待状态，直到处理完成再释放时钟线，重新收发数据。

15时钟同步和仲裁时钟线（SCL）的高到低切换会使器件开始数它们的低电平周期，而且一旦器件的时钟变低，它会使SC钱保持这种状态直到时钟的高电平。但是，如果另一个时钟仍处于低电平周期，这个时钟的低到高切换不会改变SCL线的状态。因此，SL线被有*长低电平周期的器件保持低电平。当所有器件数完了它们的低电平周期后，SC钱被释放并变成高电平。接着，首先完成高电平周期的器件又会再次将SCL线拉低。因此，SCL线的低电平周期由低电平时钟周期*长的器件决定，而高电平周期由高电平时钟周期*短的器件决定，从而达到时钟的同步。

两主机仲裁过程应答信号应答信号应答信号START从机地址0A访问地址A数据ASTOP写主机写数据主机写1字节数据样，在其他主机发送低电平时，发送高电平的主机将断开它的数据输出级，因为总线上的电平与它自己的电平不相同。仲裁可以持续多位，IC总线的地址和数据信息由赢得仲裁的主机决定，在仲裁过程中不会丢失信息。具体过程如所示。

6读写1字节过程当主机要向从机写lByte数据，应首先产生START言号，建立通信。然后发送一个7位的从机地址，接着的第8位是数据的传输方向，0表示主机将发送数据，1表示主机将向从机读取数据。此时主机需等待从机的应答信号（AC），当收到应答信号后，主机发送在从机中需访问的地址（1Byte）继续等待应答信号。收到应答信号后，就可以发送1Byt数据了，发送完成继续等待应答信号，当再收到应答信号，主机则产生停止信号，结束通信。

当主机要向从机读1Bye数据，同样应产生START信号，建立通信。然后发送一个7位的从机地址，此时第8位应为0表示向从机写命令。主机等待从机的应答信号（ACK）当收到应答信号后，主机发送在从机中需访问的地址（1Bye）继续等待应答信号。当再次收到应答信号时，主机要改变通信模所以主机发送一个重新开始信号（实质为一个START信号）接着发送从机地址，此时第8位应为1表明主机读取数据。当主机收到应答信号后，就可以接收1Bye的数据了。接收完成，主机发送非应答信号，表示不再接收数据，进而产生停止信号，结束通信。读1BYt的具体流程如所示。

主机读1字节数据2产品中遇到的1C死锁现象在分析仪器产品中，1C模块用于主板（主机）和输出板（从机）间的通信。当主板和输出板在正常通信状态下，1C莫块不会出现死锁。而加入让输出板复位命令并定时发送此命令，一段时间后，ic模块便出现了死锁。具体现象为：主板和输出板都能各自运行，但之间nc通信已经断开，此时用示波器测量时钟线（SCL）电平，发现SCL已被异常拉低，总线处于死锁状态。

现象出现后，将主板断电复位，死锁偶尔被解除，但有时现象仍然存在，SLL线被拉低，问题并没有彻底解决；换种方法，将输出板断电复位，情况和前种方法相同，现象依旧存在，SLL线有时仍处于低电平；此次，将主板和输出板同时断电复位，发现nc模块恢复正常通信，问题被解决。

通过以上问题的解决过程，可以总结出1C总线的SCL电平可能被主板异常拉低，同时也可能被输出板异常拉低。所以，为了彻底解决1C总线死锁现象，必须同时解除主机和从机对总线电平的影3解决IC死锁的方案在解决死锁的问题时，需要注意两个问题：一是主/从机都能自动检测nc总线的通信正常与否，并能在1C莫块出现异常时，自动恢复，屏蔽对总线的影响；二是在自动恢复过程中，不能影响系统的正常通信。考虑以上两点要求，论文提出一种方案用于解决死锁现象。

1）为了实现主机能够自动检测自身ic模块是否正常，可以定时（如1s让主机去读从机数据，此目的为了测试主机nc是否正常，所以读取的数据应尽量短（*好为1Bye）。在主机读取函数中，可以设置标志位来判断是否异常。例如：在读取函数中，当主机发送从机地址后，主机将等待从机的应答信号，如果通信异常，主机不能接收到应答信号，所以等待超时后可以设置相应的标志位（此标志位在每次进入读取函数后都将被清零一次）。当程序中检测到标志位被置位，则执行相应的主机ic模块初始化。初始化应该注意：①关闭ic模块；②置八so为高电平（KM为输出>③执行主机初始化函数。

2）实现从机的自动检测，同样可以在程序中设/有关变量和外设初始化省略可以利用主机定时读取从机数据测试通信这一功能，将此标志位在从机的DC接收中断中清零，如果通信正常则此标志位会定时清零，而1通信出现异常时，则此标志位会一直加1当计数到一定值，便可判断从机的nc出现异常，此时执行从机1C莫块初始化姓意点与主机相同）。

（2）风险分析定时到//此处读取函数用于测试nc通信置标志位，在一定时间后（如is对此标志位加i此方案因为主机CPU需定时读从机数据来测nCENABLE=0/关闭1C莫块试通信状况，所以增加了主机CIU的负荷。但是，SGL=1//立高SCLDA电平此方案中从机只有在检测到自身1C模块异常情况SDA=1下才会初始化，所以不会影响nq的正常通信。ncHsni（uc―HAddr具体实现①1定时到，主机执行读函数，发送设备地址，如果此时没有收到从机应答信号，则置标志位uchHosIEiroFlag②跳出读写函数。如果程序中检测到uchHostiEnoFlg皮置1则执行主机t模块的初始化，然后将uehHotiErFl清零；③在读函数中，uehHosIEroFlag每次都将首先被清零。

1定时到，则将ucl―SalveliEiroFlag口iuchSaVeliErFlg将在从机的IQ妾收中断中被清零，所以在通信正常的情况下，uchSaVeliEroFlag将定时被清零。如果通信异常，则uch―SavelEroFlaS每秒加1当加到一定值时，可以判断从机的I模块异常，此时执行从机的1C初始化。软件流程如a5t所示。”1C主机初始化，并重新使能ICuhHskcErrFlag=//当没有收到应答信号时，将uehHosniEroFlag软件流程图置为1/有关变量和外设初始化省略C语言示例代码如下：/主机程序vodmainwid）0//关闭DC模块//从机IC接收中断函数/海次进入IC接收中断都将uchSaelC-ErroFlag清零4结束语问题的解决，进一步总结了nc通信的机理并对出现的问题进行了剖析和研究。与此同时，论文提供的方法在一些仪器产品的nc通信异常处理中起到了重要的作用，使读者在遇到类似I通信问题时能得到一些帮助。