GD32E230 I2C从机功能深度解析与实现指南

Coding Peasant2025-12-21 20:59

一、引言

在嵌入式系统设计中，I2C总线因其简单的两线制结构和多主从架构而广受欢迎。GD32E230作为兆易创新推出的Cortex-M23内核微控制器，其I2C外设提供了强大而灵活的从机功能支持。本文将深入剖析GD32E230的I2C从机工作机制，并提供完整的软件实现方案。
IIC通讯协议详解：

https://blog.csdn.net/weixin_43386810/article/details/127176416

二、GD32E230 I2C从机特性详解

2.1 硬件架构概述

GD32E230的I2C控制器完全兼容I2C总线标准协议，支持：

  • 标准模式（100kbps）和快速模式（400kbps）

  • 7位和10位地址寻址

  • 时钟同步与延长功能

  • 双地址匹配检测

  • 丰富的可配置中断源

2.2 从机工作模式关键特性

作为从机设备时，GD32E230的I2C模块具备以下重要特性：

地址匹配机制： 支持7位和10位地址格式

cpp 复制代码 
i2c_mode_addr_config(I2C0, I2C_I2CMODE_ENABLE, I2C_ADDFORMAT_7BITS, 0x22);

使用函数i2c_mode_addr_config即可完成，当主设备发送的地址与预设的从机地址匹配时，硬件自动产生应答并置位地址匹配标志。

**数据缓冲区管理 ：**I2C模块包含独立的发送和接收缓冲区，支持中断或DMA方式的数据传输，有效减轻CPU负担。

**时钟同步控制 ：**从机设备能够通过保持SCL线低电平来延长传输周期，为数据处理提供充足时间。

三、硬件设计要点

3.1 GPIO配置规范

正确的GPIO配置是I2C通信稳定的基础：

引脚复用配置

  • SCL和SDA必须配置为开漏输出模式

  • 使能内部上拉电阻或外接上拉电阻

  • 选择合适的GPIO复用功能映射

电气特性考虑

  • 上拉电阻值通常选择4.7kΩ（标准模式）或2.2kΩ（快速模式）

  • 总线电容控制在400pF以内以保证信号完整性

3.2 电源与接地设计

  • 确保I2C总线设备共地

  • 避免电源噪声干扰通信质量

  • 在高速模式下考虑电源去耦设计

四、软件架构设计

4.1 初始化流程设计

完整的I2C从机初始化包含以下步骤：

  1. 时钟使能

    • 使能GPIO端口时钟

    • 使能I2C外设时钟

  2. GPIO配置

    • 设置引脚为复用开漏模式

    • 配置合适的输出速度

    • 映射到正确的复用功能

  3. I2C参数配置

    • 设置从机地址和地址格式

    • 配置时钟参数（即使作为从机也需配置）

    • 使能ACK应答

4.2 中断驱动架构

采用中断驱动的设计能够提高系统响应效率：

事件中断处理

  • 地址匹配中断：处理主设备的寻址

  • 接收缓冲区非空中断：读取接收数据

  • 发送缓冲区空中断：准备发送数据

错误中断处理

  • 总线错误检测与恢复

  • 仲裁丢失处理

  • 超时错误管理

五、核心代码实现解析

5.1 基础配置模块

头文件

cpp 复制代码 
#ifndef _GD32_I2C_SLAVE_H
#define _GD32_I2C_SLAVE_H

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "gd32e230.h"

#define MSG_RECV_BYTE_SUM 6
#define MSG_SEND_BYTE_SUM 5

#define I2C0_OWN_ADDRESS7   0x44 //w:0x44 r:0x45 7bit：0x22
 
typedef union
{
    struct
    {
        uint8_t DirState : 1;     // 数据方向状态（0：接收，1：发送）
        uint8_t RecSuccess : 1;   // 接收成功标志
        uint8_t SendSuccess : 1;  // 发送成功标志
    } Bits;
    uint8_t Byte;
} I2C_FlagTypeDef;

typedef struct
{
    uint8_t RecBuff[I2C_SLAVE_REC_MAX_SIZE];  // 接收缓冲区
    uint8_t RecCount;                         // 接收计数
    uint8_t SendAddr;                         // 发送地址
    uint8_t SendSize;                         // 发送数据大小
    uint8_t SendCount;                        // 发送计数
    I2C_FlagTypeDef uFlag;                    // I2C标志
} I2C_SlaveTypeDef;

void iic_slave_config(void);

I2C_SlaveTypeDef tI2cSlave;

uint8_t iic_internal_recv_buffer[3];
uint8_t iic_internal_send_buffer[3];

#endif //_GD32_I2C_SLAVE_H

GPIO初始化实现

cpp 复制代码 
void iic_slave_gpio_config(void)
{
    /* enable GPIOB clock */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);

    /* connect PB6 to I2C0_SCL */
    gpio_af_set(GPIOB, GPIO_AF_1, GPIO_PIN_6);
	
    /* connect PB7 to I2C0_SDA */
    gpio_af_set(GPIOB, GPIO_AF_1, GPIO_PIN_7);
	
    /* configure GPIO pins of I2C0 */
    gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_6);
    gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6);
    gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_7);
    gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_7);
}

I2C从机配置实现

cpp 复制代码 
void iic_slave_config(void)
{
    /* enable I2C0 clock */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_I2C0);

    /* I2C clock configure */
    i2c_clock_config(I2C0, 400000, I2C_DTCY_2);
	
    /* I2C address configure */
    i2c_mode_addr_config(I2C0, I2C_I2CMODE_ENABLE, I2C_ADDFORMAT_7BITS, I2C0_OWN_ADDRESS7);
	
    /* enable I2C0 */
    i2c_enable(I2C0);
	
    /* enable acknowledge */
    i2c_ack_config(I2C0, I2C_ACK_ENABLE);

    nvic_irq_enable(I2C0_EV_IRQn, 23);
    nvic_irq_enable(I2C0_ER_IRQn, 32);

    /* enable the I2C0 interrupt */
    i2c_interrupt_enable(I2C0, I2C_INT_ERR);
    i2c_interrupt_enable(I2C0, I2C_INT_EV);
    i2c_interrupt_enable(I2C0, I2C_INT_BUF);
}

5.2 中断服务例程设计

事件中断处理函数

cpp 复制代码 
void I2C0_EV_IRQHandler(void)
{
    if (i2c_interrupt_flag_get(I2C0, I2C_INT_FLAG_ADDSEND)) // 地址
    {
        // RESET：接收端
        // SET：  发送端
        if (i2c_flag_get(I2C0, I2C_FLAG_TR) == RESET)
        {
			// 清空接收buf
            for (uint8_t i = 0 ; i < RECV_BYTE_SIZE ; i++)
            {
                i2c_rxbuffer[i] = 0;
            }
        }
        else  
        {
            /* clear I2C_TDATA register */
            i2c_flag_clear(I2C0, I2C_FLAG_TBE);
 
			// 给发送buf进行赋值
			i2c_txbuffer[0] = 0xFF;
        }

        iic_recv_buf_count = 0;
        msg_iic_send_buf_count = 0;

        /* clear the ADDSEND bit */
        i2c_interrupt_flag_clear(I2C0, I2C_INT_FLAG_ADDSEND);
    }
    else if (i2c_interrupt_flag_get(I2C0, I2C_INT_FLAG_RBNE)) // 接收
    {
        if (iic_recv_buf_count < RECV_BYTE_SIZE)
        {
            i2c_rxbuffer[iic_recv_buf_count] = i2c_data_receive(I2C0);

            if (iic_recv_buf_count == (RECV_BYTE_SIZE - 1))
            {
                //接收完毕 这里可以进行标志位置位后通过其他函数进行处理
				
            }
			
            ++iic_recv_buf_count;
        }
        else
        {
            i2c_data_receive(I2C0);
        }

    }
    else if ((i2c_interrupt_flag_get(I2C0, I2C_INT_FLAG_TBE)) && (!i2c_interrupt_flag_get(I2C0, I2C_INT_FLAG_AERR))) // 发送
    {
        /* send a data byte */
        if (iic_send_buf_count < MSG_SEND_BYTE_SUM)
        {
            /* if reception data register is not empty, I2C0 will read a data from I2C_RDATA */
            i2c_data_transmit(I2C0, i2c_txbuffer[iic_send_buf_count]);

            iic_send_buf_count++;
        }
        else
        {
            i2c_data_transmit(I2C0, 0xFF);
        }
    }
    else if (i2c_interrupt_flag_get(I2C0, I2C_INT_FLAG_STPDET)) //停止
    {
        if (tI2cSlave.uFlag.Bits.DirState == RESET)
        {
            tI2cSlave.uFlag.Bits.RecSuccess = SUCCESS;
            iic_recv_buf_count = 0;
        }
        else
        {
            tI2cSlave.uFlag.Bits.SendSuccess = SUCCESS;
            tI2cSlave.SendSize = 0 ;   // 避免没有接收到命令重新发数据
            iic_send_buf_count = 0;
        }

        i2c_enable(I2C0);
    }
    else if (i2c_interrupt_flag_get(I2C0, I2C_INT_FLAG_AERR))
    {
        /* clear STPDET interrupt flag */
        i2c_interrupt_flag_clear(I2C0, I2C_INT_FLAG_AERR);
        tI2cSlave.uFlag.Bits.SendSuccess = SUCCESS;
    }
}

错误中断处理函数

cpp 复制代码 
void I2C0_ER_IRQHandler(void)
{
    /* no acknowledge received */
    if (i2c_interrupt_flag_get(I2C0, I2C_INT_FLAG_AERR))
    {
        i2c_interrupt_flag_clear(I2C0, I2C_INT_FLAG_AERR);
    }

    /* SMBus alert */
    if (i2c_interrupt_flag_get(I2C0, I2C_INT_FLAG_SMBALT))
    {
        i2c_interrupt_flag_clear(I2C0, I2C_INT_FLAG_SMBALT);
    }

    /* bus timeout in SMBus mode */
    if (i2c_interrupt_flag_get(I2C0, I2C_INT_FLAG_SMBTO))
    {
        i2c_interrupt_flag_clear(I2C0, I2C_INT_FLAG_SMBTO);
    }

    /* over-run or under-run when SCL stretch is disabled */
    if (i2c_interrupt_flag_get(I2C0, I2C_INT_FLAG_OUERR))
    {
        i2c_interrupt_flag_clear(I2C0, I2C_INT_FLAG_OUERR);
    }

    /* arbitration lost */
    if (i2c_interrupt_flag_get(I2C0, I2C_INT_FLAG_LOSTARB))
    {
        i2c_interrupt_flag_clear(I2C0, I2C_INT_FLAG_LOSTARB);
    }

    /* bus error */
    if (i2c_interrupt_flag_get(I2C0, I2C_INT_FLAG_BERR))
    {
        i2c_interrupt_flag_clear(I2C0, I2C_INT_FLAG_BERR);
    }

    /* CRC value doesn't match */
    if (i2c_interrupt_flag_get(I2C0, I2C_INT_FLAG_PECERR))
    {
        i2c_interrupt_flag_clear(I2C0, I2C_INT_FLAG_PECERR);
    }

    tI2cSlave.RecCount = 0; // 计数值清0  从头开始接收数据
    tI2cSlave.uFlag.Bits.RecSuccess = ERROR;

    tI2cSlave.SendSize = 0;  // 避免没有接收到命令重新发数据
    tI2cSlave.SendCount = 0; // 计数值清零
    tI2cSlave.uFlag.Bits.SendSuccess = ERROR;

    iic_send_buf_count = 0;
    iic_recv_buf_count = 0;
}

六、高级功能与优化策略

6.1 双地址匹配功能

GD32E230支持同时响应两个不同的从机地址，极大提高了系统设计的灵活性：

cpp 复制代码 
// 配置双地址匹配
i2c_dual_address_enable(I2C0, I2C_DUADEN_ENABLE);
i2c_address_config(I2C0, I2C_SLAVE_ADDRESS1,
I2C_SLAVE_ADDRESS2);

6.2 DMA集成方案

对于大数据量传输场景，建议使用DMA与I2C集成：

cpp 复制代码 
// 配置I2C DMA
i2c_dma_config(I2C0, I2C_DMA_ON);
i2c_dma_last_transfer_config(I2C0, I2C_DMALST_ON);

6.3 低功耗优化

在电池供电应用中，可采用以下功耗优化策略：

  • 合理配置I2C时钟分频

  • 在空闲时段进入睡眠模式

  • 使用时钟延长功能配合低功耗设计

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