记得刚开始接触STM32单片机的时候，就从很多地方听说STM32F103的硬件I2C是有缺陷的，但是当时在网上查了很久也没有查到具体的缺陷是什么，后面在工作中正好有相关问题，在经过一段时间深入了解后，写下这篇文章来盘一盘硬件I2C的缺陷。

I2C的协议中规定，在传输数据时，接收方在接收到数据后都会向发送方发出一个响应信号ACK，如果传输双方有一个是主接收器，它必须在不产生时钟的最后一个字节发出一个NACK，来告知发送器此次数据传输过程结束，如下图所示：

I2C中的ACK信号为一个低电平，NACK信号为高电平，软件流程中，只要不是最后一个数据，在主接收器接收到数据后默认都会发出去一个ACK信号，那么问题来了，当主接收器在接受到最后一个字节后,I2C的主发送器发送出去一个ACK信号会导致什么样的结果发生呢？

此时，总线上的从发送器收到ACK，以为还要继续发送数据，所以将SDA拉住等待主机的时钟继续发送数据，而主接收器呢，因为自身已经接收到最后一个字节数据，所以不会继续向从机发送时钟，导致SDA一直被从机拉住无法释放，整个通信陷入死锁。从逻辑分析仪上抓取的波形表现可以很清楚的看到现象：

代码如下：

uint32_t I2C_EE_BufferRead(u8* pBuffer, u8 ReadAddr, u16 NumByteToRead)
{  
    
  while(I2C_GetFlagStatus(EEPROM_I2Cx, I2C_FLAG_BUSY));
  /* Send START condition */
  I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2Cx, ENABLE);
  
  /* Test on EV5 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));
  
  /* Send EEPROM address for write */
  I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2Cx, EEPROM_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);

  /* Test on EV6 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));
    
  /* Clear EV6 by setting again the PE bit */
  I2C_Cmd(EEPROM_I2Cx, ENABLE);

  /* Send the EEPROM's internal address to write to */
  I2C_SendData(EEPROM_I2Cx, ReadAddr);  

  /* Test on EV8 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));
    
  /* Send STRAT condition a second time */  
  I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2Cx, ENABLE);

  /* Test on EV5 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));
    
  /* Send EEPROM address for read */
  I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2Cx, EEPROM_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver);

  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED));
  
  /* While there is data to be read */
  while(NumByteToRead)  
  {
    
		while(I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED)==0);
		
          
      /* Read a byte from the EEPROM */
      *pBuffer = I2C_ReceiveData(EEPROM_I2Cx);

      /* Point to the next location where the byte read will be saved */
      pBuffer++; 
      
      /* Decrement the read bytes counter */
      NumByteToRead--;        
      
  }


	/* Disable Acknowledgement */
	I2C_AcknowledgeConfig(EEPROM_I2Cx, DISABLE);
      
  /* Send STOP Condition */
  I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2Cx, ENABLE);

  /* Enable Acknowledgement to be ready for another reception */
  I2C_AcknowledgeConfig(EEPROM_I2Cx, ENABLE);
  
    return 1;
}

int main(void)
{ 
  LED_GPIO_Config();
 
  /* 串口初始化 */
	USART_Config();

	/* I2C 外设初(AT24C02)始化 */
	I2C_EE_Init();

  I2C_EE_BufferRead(I2c_Buf_Read, EEP_Firstpage, 4); 
  while (1)
  {      

  }
}

main函数里是读取4个eeprom的数据，从I2C的标准通信协议来看，这段代码在流程上是没有问题的，但是从波形上可以看到有两个很奇怪的现象：
1. NACK和STOP信号都没有发出去
2. 本来应该主接收器应该读取4个数据，却多发出去一个时钟，读到5个数据

从分析得出，总线的死锁是由于NACK和STOP信号没发出去导致的，那么为什么NACK和STOP没发出去呢？其实这个问题又是由于第二个问题的本身导致的。

STM32F103的I2C设计为了加快数据读取速度，在读取一个数据后，如果没有检测到NACK信号的话，会多读取一个数据，即多发送一个字节的时钟去读取数据，但是由于其中过程太快，如果想在接收到最后一个字节后再去发送NACK，那么下一个时钟已经出去了，导致NACK和STOP信号都没发出去，也就导致了总线死锁。

解决方法：

1. 使用DMA或者中断，中断或DMA方式速度更快，可以让NACK可以及时在接收到最后一个字节之后发出去
2. 如果还是要使用轮询方式的话，就需要修改代码流程，将发送NACK和STOP信号的时间提前到倒数第二个数据，具体如下：

  while(NumByteToRead)  
  {
    
		if(NumByteToRead == 1)
		{
			/* Disable Acknowledgement */
			I2C_AcknowledgeConfig(EEPROM_I2Cx, DISABLE);
					
			/* Send STOP Condition */
			I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2Cx, ENABLE);
		}
		
		while(I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED)==0);
		
          
      /* Read a byte from the EEPROM */
      *pBuffer = I2C_ReceiveData(EEPROM_I2Cx);

      /* Point to the next location where the byte read will be saved */
      pBuffer++; 
      
      /* Decrement the read bytes counter */
      NumByteToRead--;        
      
  }

此时从逻辑分析仪上抓取到的波形显示正常：

3. 降低I2C的传输速度到几十KHz，原理一致，I2C发送速度慢了以后，NACK就可以及时发出。