GPIO模拟I2C操作调试注意事项

I2C作为板级串行数据总线，其规格相对简单，但调试过程中的一些细节问题容易被忽视，产生意想不到的时序错误。写这边文章为了记录我在调试I2C过程中遇到的问题，以便今后查阅并作为经验与大家分享。

关于I2C总线的规格可以参考I2C的规格书，描述准确详细，此不赘述。

使用MCU等SoC芯片中的I2C模块，一般不会出现问题，因为关于I2C的操作时序都经过芯片设计公司封装成功能完好的IP。但通过GPIO来模拟I2C操作时，所有的时序需由用户自己把握，因此，对于I2C的时序和操作要有深刻的认识。以下是使用GPIO模拟I2C调试时需要重点关注的问题：

（1）I2C总线信号引脚开漏输出特性。Specification中明确规定SCL，SDA需使用开漏引脚，这一规定是与I2C总线特性相关的，因此，GPIO的选用要满足这一特性。

（2）I2C总线信号引脚上拉。I2C总线空闲时，信号线需处于高电平状态，总线无驱动时由电阻上拉到电源。MCU或其他SoC芯片可以使能内部上拉或使用外部电阻上拉。

（3）SCL时钟速度。标准速度SCL通常为100KHz，高速SCL可达400KHz，根据I2C设备时钟特性，调试时需合理设置delay time。

（4）SDA数据线释放（取消驱动）。I2C总线的SDA是单工双向的数据线，同一时间只能由一方提供驱动（主机或是设备），否则会出现驱动冲突，导致数据出错或时序错误。以下几种情况SDA要及时释放：

1）主机发送1字节数据，check ack之前要及时释放SDA。主机发送数据时SDA由主机驱动，check ack时主机检测由设备驱动的1bit数据。如果主机驱动SDA未及时释放，SCL为低时产生冲突，SCL为高时检测ack出错，甚至会出现SCL为高时SDA的跳变产生错误Start/Stop标志，尤其是在主机发送数据最后1bit为高的情况下。
2）主机接收1字节数据（非最后1字节），send ack之后要及时释放SDA。主机接收数据时SDA由设备驱动，之后设备会释放SDA，由主机驱动SDA发送ack，发送ack之后要及时释放SDA，驱动权交给设备。如果主机send ack之后未及时释放SDA，在SCL为低时产生驱动冲突，SCL为高时主机采样数据会出现SDA跳变产生错误Stop标志，尤其是在接收下一字节数据的第1bit位为高的情况下。

这种情况下调试eeprom读写现象：数据高bit位为0时读写正常，数据高bit位为1时，读数据全0xFF。