IIC总线调试故障分析

一、问题的提出

在某项目研发过程，软件与FPGA联合调试xx芯片IIC总线过程中，遇到故障现象：软件发起一次IIC操作后，未收到ACK应答响应。通过查询FPGA内部寄存器，可获知以下信息：软件当前发起的IIC写操作发送字节数为4，FPGA已发送的字节数为1，因此FPGA未向软件上报ACK应答响应；但通过读取数据寄存器确认软件已将4个字节数据正确下发给FPGA。经过以上分析，当前IIC总线通信失败的基本原因已定位到FPGA仅成功发送了一个字节，其余三个字节未发送。下面主要描述一下具体原因的定位过程及解决方法。

二、解决思路及实践情况

FPGA与xx芯片IIC总线接口管脚为SCL以及SDA。通过示波器观测SCL与SDA信号，时序波形如图1所示，IIC总线状态从开始（START）状态跳转到发送延迟状态，再跳转到发送状态，经过8个SCL时钟周期将第一个字节数据（D0）发送完成，第9个时钟周期收到从设备（xx芯片）反馈回的ACK应答响应，之后跳转到结束延迟状态，最后跳转到结束状态。因此，当前故障现象为：FPGA成功发送了第一个字节，并且总线上也得到了从设备的ACK应答响应，但是FPGA并没有继续发送后续字节。

图1

首先分析到的原因是FPGA是否检测到从设备反馈回的ACK应答响应。通过走查代码，发现代码编写过程中对SDA管脚做了如下处理：assign PPC_SDA_7 = sda[6]。问题出于此，SDA管脚应该为双向管脚，上述处理导致FPGA仅发送数据给xx芯片，但不接收xx芯片发送的数据，因此xx芯片反馈回的ACK信号FPGA并未检测到，因此不再发送后续3个字节。经过修改代码，重新测试IIC总线，验证通过，正确的IIC总线时序如图2所示。

图2