SAM3x8e I2C从设备发送MSB为0的读字节后持续拉低SDA问题

问题核心 #

Arduino Due上的SAM3X8E作为I2C从机时，主设备写操作及发送高位为1（≥0x80）的读字节均正常，但发送最高位为0（<0x80）的字节后，SAM3X会持续拉低SDA线，导致后续I2C操作失败。已通过重置控制器确认是SAM3X自身拉低SDA，示波器解码显示传输成功，但总线无法恢复正常状态。

可能的原因及修复方案 #

1. 中断处理逻辑缺失关键步骤 #

当前仅在TXRDY触发时写入THR寄存器，未处理控制器的状态确认及传输结束后的标志清除，这可能导致控制器错误占用SDA总线。

修复代码示例：

void TWI1_Handler(void) {
    uint32_t sr = TWI1->TWI_SR; // 先读取状态寄存器，清除挂起的中断标志
    
    if (sr & TWI_SR_TXRDY) {
        TWI1->TWI_THR = (uint32_t)iByteSent;
        // 若为最后一个待发送字节，临时禁用TXRDY中断，避免误触发
        if (is_last_byte_flag) {
            TWI1->TWI_IDR = TWI_IDR_TXRDY;
        }
    }
    
    if (sr & TWI_SR_NACK) {
        // 主设备发送NACK，说明读传输结束，重置总线状态
        TWI1->TWI_RHR; // 清空接收缓冲
        // 重新启用TXRDY中断，等待下一次读请求
        TWI1->TWI_IER = TWI_IER_TXRDY;
    }
    
    if (sr & TWI_SR_RXRDY) {
        // 处理主设备写操作的接收逻辑
        uint8_t received_byte = TWI1->TWI_RHR;
        // ... 自定义接收处理代码
    }
}

2. 初始化流程未彻底清除状态标志 #

预加载THR解决了初始TXRDY持续触发的问题，但可能残留异常状态。调整初始化步骤：

void Configure12cAsSlave(void) {

    PMC->PMC_PCER1  |= PMC_PCER1_PID37;
    PMC->PMC_PCER0  |= PMC_PCER0_PID23;      // TWI1 power ON
    PIOB->PIO_PDR   |= PIO_PDR_P13 | PIO_PDR_P12; // 启用外设控制
    PIOB->PIO_ABSR &= ~(PIO_PB12A_TWD1 | PIO_PB13A_TWCK1); // 配置为TWI功能
    PIOB->PIO_ODER |= PIO_ODER_P12 | PIO_ODER_P13; // 显式设置开漏模式

    TWI1->TWI_CR = TWI_CR_SWRST;  // 软件重置
    delay_us(1); // 给控制器足够重置时间
    TWI1->TWI_RHR;                // 清空接收缓冲
    TWI1->TWI_SR;                 // 读取状态寄存器，清除所有挂起标志

    TWI1->TWI_CR = TWI_CR_SVDIS | TWI_CR_MSDIS; // 禁用主/从模式

    // 启用从机模式
    TWI1->TWI_SMR = TWI_SMR_SADR(I2C_SLAVE_ADDRESS);
    TWI1->TWI_CR = TWI_CR_SVEN;     // 开启从机模式

    // 启用中断
    TWI1->TWI_IER = TWI_IER_RXRDY | TWI_IER_TXRDY;
    NVIC_EnableIRQ(TWI1_IRQn);    
    NVIC_SetPriority(TWI1_IRQn, IRQ_PRIORITY__I2C); 
}

3. 确认NACK状态的处理 #

SAM3X的TWI控制器在收到主设备的NACK后，若未及时处理，会保持对SDA的驱动。必须在中断中捕获TWI_SR_NACK标志，完成总线状态重置。

验证步骤 #

1. 替换中断处理代码，加入状态寄存器读取和NACK逻辑
2. 调整初始化流程，确保所有状态标志被彻底清除
3. 用示波器观察发送<0x80字节后的SDA状态，确认传输结束后总线是否正常释放

内容的提问来源于stack exchange，提问作者thecowster