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ARM9 做主機、STM32 做從機實現 I2C 通訊的完整指南

編輯：程式設計綜合問答

架構概述

ARM9 處理器作為 I2C 主機，STM32 單晶片作為 I2C 從機。這屬於非典型應用（CPU 間通常用 UART/CAN/RS485），但完全可行。關鍵在於從機視為一個具備固定位址的 I2C 裝置，主機完全控制讀寫時序。

從機（STM32）實現要點

1. 硬體配置

開啟 I2C 時鐘（RCC_APB1Periph_I2C1/2）
配置 GPIO 為開漏輸出替代功能（SCL/SDA 上拉電阻 4.7kΩ）
設定 I2C 模式為 I2C_Mode_I2C，自有位址（7-bit，如 0x50）
啟用事件中斷（ITEVTEN）與錯誤中斷（ITERREN）

2. 從機狀態機核心邏輯

STM32 I2C 從機透過事件中斷處理以下狀態：

void I2C1_EV_IRQHandler(void)
{
    uint32_t event = I2C_GetLastEvent(I2C1);

    switch (event)
    {
        case I2C_EVENT_SLAVE_RECEIVER_MATCHED:
            // 主機要寫資料給從機：準備接收
            rxIndex = 0;
            break;

        case I2C_EVENT_SLAVE_BYTE_RECEIVED:
            // 接收一個位元組（可能是命令碼或參數）
            rxBuffer[rxIndex++] = I2C_ReceiveData(I2C1);
            break;

        case I2C_EVENT_SLAVE_TRANSMITTER_MATCHED:
            // 主機要讀資料：準備發送
            txIndex = 0;
            // 根據先前收到的命令碼決定回應內容
            PrepareTxBuffer(rxBuffer[0]);
            I2C_SendData(I2C1, txBuffer[txIndex++]);
            break;

        case I2C_EVENT_SLAVE_BYTE_TRANSMITTED:
            // 主機要求下一個位元組
            if (txIndex < txLength)
                I2C_SendData(I2C1, txBuffer[txIndex++]);
            break;

        case I2C_EVENT_SLAVE_STOP_DETECTED:
            // 主機發送 STOP，結束一次傳輸
            I2C1->CR1 |= 0x0001; // 讀 SR1 再讀 SR2 清除 STOPF
            ProcessCommand();    // 處理完整命令
            break;
    }
}

3. 通訊協定設計（建議）

參考 RS485/Modbus 風格，定義簡單帧格式：

位元組	說明
0	從機位址 (含 R/W bit，由硬體自動處理)
1	命令碼 (CMD)
2..N	參數/資料
最後	CRC/Checksum (可選)

範例命令：

0x01：讀取 ADC 數值 → 從機回應 2 位元組
0x02：設定 PWM 占空比 → 參數 2 位元組，無回應
0x10：讀取裝置版本 → 回應字串

主機（ARM9/Linux）端實現

在 Linux 使用 i2c-dev 介面：

int file = open("/dev/i2c-1", O_RDWR);
ioctl(file, I2C_SLAVE, 0x50); // 從機 7-bit 位址

// 寫命令：設定 PWM = 50%
uint8_t buf[3] = {0x02, 0x7F, 0x00}; // CMD, 高位元組, 低位元組
write(file, buf, 3);

// 讀取 ADC
uint8_t cmd = 0x01;
write(file, &cmd, 1);
uint8_t resp[2];
read(file, resp, 2);
uint16_t adc = (resp[0] << 8) | resp[1];

常見坑與對策

現象	原因	解決
主機讀取全 0xFF	從機未在 TXE 中斷填入資料	確保 `I2C_EVENT_SLAVE_TRANSMITTER_MATCHED` 時預載第一個位元組
從機收不到資料	GPIO 未設開漏或上拉電阻缺失	檢查原理圖，SCL/SDA 必須外接 4.7kΩ 上拉至 VDD
位址衝突	7-bit 位址與總線上其他裝置重複	修改從機位址，掃描總線確認唯一
通訊隨機失敗	時鐘延展未處理或中斷優先級過低	提高 I2C 中斷優先級；必要時在主機端加入重試機制