STM32. I2C. Master и Slave. Демо-проект для обмена данными.

Всем доброго дня 🤝 Недавно в группе был вопрос по поводу I2C, в результате я сделал простенький тестовый проект, после чего меня посетила мысль, что надо бы его выложить на сайте. Разумеется в течение пары часов я занялся абсолютно другими проектами и об этом благополучно забыл. Но! Сегодня похожая тема всплыла и на форуме, так что по-быстрому осуществлю публикацию задуманного.

Итак, идея проста - один модуль I2C настраивается на работу в качестве master'а, второй же выступает в роли slave'а. Оба периферийных модуля осуществляют двунаправленный обмен друг с другом, который отслеживается в соответствующих callback'ах. В общем-то, для проверки работоспособности callback-функций изначально все и делалось. Проект для CubeIde будет в конце, пройдемся кратко по основным этапам...

С физическим подключением здесь все просто, использую I2C1 и I2C2, поэтому замыкаются:

• I2C1_SCL (PB6) ↔ I2C2_SCL (PB10)
• I2C1_SDA (PB7) ↔ I2C2_SDA (PB3)

Обязательно обе линии подтягиваются к питанию, я поставил 4.7 КОм, итоговый результат:

И да, махинации производились на первой попавшейся плате, что не удивительно, ей оказалась Black Pill с контроллером STM32F401CC. Поэтому он же и выбран в CubeMx:

Из сконфигурированного в наличии имеем:

• I2C1
• I2C2
• HSE, так как используется внешний кварц
• SWD для прошивочно-отладочных процессов
• на этом все

Схема тактирования:

Настройки I2C оставляем дефолтными, за исключением одной опции. I2C1 будет slave'ом, поэтому для него задаем адрес, я выбрал 0x2D без веской на то причины, первое, что пришло в голову:

И для обоих модулей включаем прерывания:

Сохраняем изменения, что приводит к генерации кода, который и начинаем редактировать. Дефайним использованный адрес:

define I2C_SLAVE_ADDRESS 0x2D

Далее следует ряд демо-переменных для теста (полный код в конце статьи), а также указатели на модули I2C:

I2C_HandleTypeDef* i2cMasterHandler = &hi2c2;
I2C_HandleTypeDef* i2cSlaveHandler = &hi2c1;

В while(1) последовательно выполняются следующие действия:

• slave встает на прием
• master отправляет байт данных
• ждем, пока slave примет данные, флаг slaveWaitData обслуживается в callback'е
• далее производим аналогичные операции, но в диаметрально противоположном направлении - master встает на прием
• slave отправляет байт
• ожидаем, когда данные поступят на I2C2, который тут в роли ведущего

Между делом инкрементируем счетчики принятых/отправленных данных, а также непосредственно передаваемый туда-обратно байт, по итогу имеем код:

while (1)
{
	/* USER CODE END WHILE */

	/* USER CODE BEGIN 3 */
	slaveWaitData = 1;
	HAL_I2C_Slave_Receive_IT(i2cSlaveHandler, &slaveRxData, 1);
	HAL_I2C_Master_Transmit_IT(i2cMasterHandler, (I2C_SLAVE_ADDRESS << 1), &masterTxData, 1);
	while(slaveWaitData);

	slaveTxData = slaveRxData + 1;

	masterWaitData = 1;
	HAL_I2C_Master_Receive_IT(i2cMasterHandler, (I2C_SLAVE_ADDRESS << 1), &masterRxData, 1);
	HAL_I2C_Slave_Transmit_IT(i2cSlaveHandler, &slaveTxData, 1);
	while(masterWaitData);

	masterTxData = masterRxData + 1;

	// Just for debugging convenience
	HAL_Delay(500);
}

Обратите внимание на известную фишку HAL и STM32, когда адрес (I2C_SLAVE_ADDRESS) нужно руками сдвинуть на один бит влево при передаче в функции I2C. Осталось добавить код callback-функций, который также несложен:

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_I2C_MasterRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  if (hi2c == i2cMasterHandler)
  {
    masterWaitData = 0;
    masterRxCounter++;
  }
}

void HAL_I2C_MasterTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  if (hi2c == i2cMasterHandler)
  {
    masterTxCounter++;
  }
}

void HAL_I2C_SlaveRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  if (hi2c == i2cSlaveHandler)
  {
    slaveWaitData = 0;
    slaveRxCounter++;
  }
}

void HAL_I2C_SlaveTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  if (hi2c == i2cSlaveHandler)
  {
    slaveTxCounter++;
  }
}

/* USER CODE END 4 */

Здесь особо нечего и комментировать, в случае чего, пишите в комментарии. Собираем проект, прошиваем контроллер и запускаем под отладчиком:

Счетчики тикают, данные инкрементируются, процессы протекают стабильно и успешно 👍 В общем, такой вот небольшой тестовый проект, банально для проверки коммуникации и работоспособности, уже дважды пригодился за короткий срок, так что теперь он живет на сайте.

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2022 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */

/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
#define I2C_SLAVE_ADDRESS                                          0x2D


/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
I2C_HandleTypeDef hi2c1;
I2C_HandleTypeDef hi2c2;

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t masterTxData = 0x00;
uint8_t masterRxData = 0x00;
uint8_t slaveTxData = 0x00;
uint8_t slaveRxData = 0x00;

uint8_t slaveWaitData = 0;
uint8_t masterWaitData = 0;

uint32_t masterTxCounter = 0;
uint32_t masterRxCounter = 0;
uint32_t slaveTxCounter = 0;
uint32_t slaveRxCounter = 0;

I2C_HandleTypeDef* i2cMasterHandler = &hi2c2;
I2C_HandleTypeDef* i2cSlaveHandler = &hi2c1;

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_I2C1_Init(void);
static void MX_I2C2_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_I2C1_Init();
  MX_I2C2_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
    slaveWaitData = 1;
    HAL_I2C_Slave_Receive_IT(i2cSlaveHandler, &slaveRxData, 1);
    HAL_I2C_Master_Transmit_IT(i2cMasterHandler, (I2C_SLAVE_ADDRESS << 1), &masterTxData, 1);
    while(slaveWaitData);

    slaveTxData = slaveRxData + 1;

    masterWaitData = 1;
    HAL_I2C_Master_Receive_IT(i2cMasterHandler, (I2C_SLAVE_ADDRESS << 1), &masterRxData, 1);
    HAL_I2C_Slave_Transmit_IT(i2cSlaveHandler, &slaveTxData, 1);
    while(masterWaitData);

    masterTxData = masterRxData + 1;

    // Just for debugging convenience
    HAL_Delay(500);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the main internal regulator output voltage
  */
  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE2);

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 25;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 168;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/**
  * @brief I2C1 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_I2C1_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN I2C1_Init 0 */

  /* USER CODE END I2C1_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN I2C1_Init 1 */

  /* USER CODE END I2C1_Init 1 */
  hi2c1.Instance = I2C1;
  hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
  hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
  hi2c1.Init.OwnAddress1 = 90;
  hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
  hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
  hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
  hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
  if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN I2C1_Init 2 */

  /* USER CODE END I2C1_Init 2 */

}

/**
  * @brief I2C2 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_I2C2_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN I2C2_Init 0 */

  /* USER CODE END I2C2_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN I2C2_Init 1 */

  /* USER CODE END I2C2_Init 1 */
  hi2c2.Instance = I2C2;
  hi2c2.Init.ClockSpeed = 100000;
  hi2c2.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
  hi2c2.Init.OwnAddress1 = 0;
  hi2c2.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  hi2c2.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
  hi2c2.Init.OwnAddress2 = 0;
  hi2c2.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
  hi2c2.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
  if (HAL_I2C_Init(&hi2c2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN I2C2_Init 2 */

  /* USER CODE END I2C2_Init 2 */

}

/**
  * @brief GPIO Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_GPIO_Init(void)
{

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

}

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_I2C_MasterRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  if (hi2c == i2cMasterHandler)
  {
    masterWaitData = 0;
    masterRxCounter++;
  }
}

void HAL_I2C_MasterTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  if (hi2c == i2cMasterHandler)
  {
    masterTxCounter++;
  }
}

void HAL_I2C_SlaveRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  if (hi2c == i2cSlaveHandler)
  {
    slaveWaitData = 0;
    slaveRxCounter++;
  }
}

void HAL_I2C_SlaveTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  if (hi2c == i2cSlaveHandler)
  {
    slaveTxCounter++;
  }
}

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

Ссылка на проект - MT_I2C_Testing.