ARM Cortex-M3 MCU的I2C&DMA操作被频繁的中断打挂了

Posted 2020-06-14

在项目开发的过程中，发现程序总是死在判断DMA一次传输是否完成这个标志位上。进一步回退分析，发现是在I2C读的过程中，有使用到DMA去取外部I2C设备的data。

但是data并没有读完，Data为32bits，DMA在读到18bits时，就出现读不到data bit了。导致I2C硬件模块不能进一步动作，SCK一直被拉低，没有clock输出，SDA也是如此。

下面是通过示波器抓到的波形：

 

在上面的波形图中，绿色的是SCK，蓝色的是SDA。

在第一幅波形图中，有2段波形，第一段连续的I2C波形，经过确认I2C硬件和DMA配合是正常的。第二段则是有一段I2C波形，然后就SCK和SDA就都被拉低了。

将第一幅图的第2段波形放大，就是第二副图看到的情况。可以很明显的看到SCK输出有被其他因素打断。I2C吐出几个clock，被其他因素打断了，clock线即SCK被拉低一段时间，然后clock线再继续吐出几个clock。

直到I2C被频繁中断，clock吐不出来为止，SCK和SDA都被拉低，此时明显的I2C和DMA的配合过程被其他因素频繁的干扰打死了。

 

通过示波器抓到的波形验证了这一点，然后再来分析代码和串口输出，发现是外部GPIO一直有中断输入，Cortex-M3 MCU频繁的响应中断，导致I2C&DMA操作被打挂了。

有什么办法来解决这个问题？

方法就是在I2C和DMA操作的过程开始处关闭所有中断，而在操作结束的时候重新打开中断，以免I2C&DMA操作被其他中断打断。

ARM MDK编译环境自带的编译器ARMCC，含有内置的c函数，可供操作中断用：

__enable_irq();

__disable_irq();

不过debug发现这两个函数只会在privileged mode使用。也就是说需要Cortex-M3 MCU先进入privileged mode，才能调用这两个函数。

 

用什么方法让MCU从user mode切换到privileged mode呢，exception handler！

可以用SVC啦，软件可以利用SVC制造一个exception，然后在exception handler中利用MCU的privileged mode来完成自己的任务。有点类似于linux里面的系统调用。

SVC exception可以调用SVC函数，而SVC函数可以传入参数，也可以返回参数。转为系统调用而设计。

举个例子，用户程序调用read()这个系统调用，read()会引发SVC exception，进而调用SVC函数，read()函数的参数传递给SVC函数，SVC在内核态执行硬件动作，并将SVC函数的返回结果，作为read()函数的返回，返回给用户程序。当然linux里面并不一定是SVC，这里只是做个类比。

也就是说SVC可以完成从用户态到内核态的转变，不让用户直接操作硬件。用户只需要记住系统调用API的名字和函数即可，而不用管硬件的具体实现。

 

所以这里我们就把I2C读的操作放在一个SVC函数里面去实现，并且在SVC函数的开始处调用__disable_irq();在函数的结束处，调用__enable_irq()。

 

经过验证，I2C&DMA操作再也不会被中断打断了。

 

参考资料：

1. http://www.keil.com/pack/doc/cmsis/Core/html/group___core___register__gr.html#details
2. cortex-M3权威指南