xilinx versal sysmon用i2c读温度寄存器时，得不到数据

Question

参考了这个文档am006-versal-sysmon，这个fpga作为i2c的slave，master由单片机程序控制，时序是参考如下的图：
用i2c代码方式访问时，都有ACK，读到了4个字节，但是4个字节的值不对（不是自己期望的）。有用过的朋友，有什么建议吗

Answer 1

一杯年华@编程空间帮您解答，本答案结合 ChatGPT4.0和DeepSeek整理

我曾经遇到过类似的问题。当使用I2C读取Xilinx Versal SysMon温度寄存器时无法获得预期数据，可能是时序配置、寄存器地址、数据解析或硬件连接等方面存在问题。以下是具体分析和解决方案：

一、问题分析

1. 时序匹配问题

   • SysMon作为I2C从设备时，可能对时钟频率、起始/停止条件间隔有严格要求。若主机（STM32）的时序与文档（如AM006）规定的不一致（如SCL频率过高、应答时间不足），可能导致数据读取错误。
   • 图中显示读取流程包含“重复起始”（SrM）操作，需确认STM32代码是否正确实现“发送起始信号→写从机地址（WM）→写寄存器地址→重复起始→读从机地址（RM）→读数据”的完整流程。

2. 寄存器地址与数据解析错误

   • SysMon的温度寄存器可能需要特定的访问地址或操作模式（如先写入控制寄存器使能读取，再读取数据寄存器）。若代码中未正确设置寄存器地址或忽略了预处理步骤（如发送配置命令），会导致返回无效数据。
   • 读取的4字节数据可能包含温度值的高/低位、状态位等，需按文档规定的格式解析（如是否需要右移、补码转换等）。

3. 硬件连接与电气特性

   • I2C总线需上拉电阻（通常4.7kΩ），若硬件未正确连接或总线电压与设备不匹配（如STM32的3.3V与FPGA的电压不一致），可能导致ACK失败或数据失真。
   • 总线长度过长或布线不合理可能引入噪声，影响信号完整性。

二、解决方案

方案1：校准I2C时序，确保与文档一致（最优方案）

关键步骤：

1. 降低SCL频率
   • 参考AM006文档，将STM32的I2C时钟频率设置为100kHz或更低（默认标准模式），避免因速度过快导致FPGA无法及时响应。
2. 实现完整的重复起始流程
   • 在STM32代码中，发送从机写地址（WM）和寄存器地址后，需发送重复起始信号，再发送从机读地址（RM），而非先发送停止信号再重新起始。
3. 添加适当的延迟
   • 在应答位后或数据传输间隔添加短延迟（如10μs），确保FPGA有足够时间处理数据。

代码片段（STM32 HAL库示例）：

// 写寄存器地址（步骤：起始→从机地址（写）→寄存器地址）
HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, SLAVE_ADDR, REG_ADDR, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, NULL, 0, 1000);

// 等待应答并发送重复起始
HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, SLAVE_ADDR, REG_ADDR, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, rx_buffer, 4, 1000); // 自动处理重复起始

原理：
通过严格遵循文档时序，确保FPGA从机正确识别操作命令。重复起始流程避免了总线释放带来的时序误差，降低了因多次启停导致的信号干扰风险。

方案2：验证寄存器地址与数据解析逻辑

关键步骤：

1. 确认寄存器访问顺序
   • 部分SysMon寄存器需先写入控制字（如0x00用于选择温度寄存器），再读取数据寄存器（如0x01）。需检查代码是否遗漏了写控制寄存器的步骤。
2. 按格式解析数据
   • 假设读取的4字节中，温度值位于第2、3字节（如16位补码），需进行如下转换：

     int16_t raw_temp = (rx_buffer[1] << 8) | rx_buffer[2];
     float temperature = raw_temp * 0.0625f; // 假设分辨率为0.0625℃
     

代码片段：

// 先写控制寄存器选择温度通道
uint8_t control_cmd = 0x00; // 示例命令，需根据文档调整
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, SLAVE_ADDR, &control_cmd, 1, 1000);

// 读取数据寄存器
HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, SLAVE_ADDR, rx_buffer, 4, 1000);

原理：
确保访问路径正确，避免因寄存器地址错误导致读取“哑数据”。正确解析二进制数据可将原始值转换为实际物理量，避免因格式误解导致结果异常。

方案3：排查硬件连接与电气兼容性

关键步骤：

1. 检查上拉电阻与电压匹配
   • 确认I2C总线SDA/SCL引脚已连接4.7kΩ上拉电阻至3.3V（与STM32和FPGA的IO电压一致）。
2. 使用逻辑分析仪抓包
   • 捕获总线上的时序波形，对比AM006文档中的示例，检查起始/停止位、ACK信号、数据位是否正确，定位时序错误点（如SCL高电平时间不足）。
3. 缩短总线长度或增加滤波
   • 若总线过长，可添加RC滤波（如100Ω电阻+100nF电容）降低噪声。

三、最优方案总结

推荐优先尝试方案1（校准I2C时序），原因如下：

• 时序问题是I2C通信失败的最常见原因，尤其涉及FPGA这类对时序敏感的器件时，重复起始流程和时钟频率的准确性至关重要。
• 通过HAL库的HAL_I2C_Mem_Read函数可自动处理重复起始，减少手动控制时序的复杂性，提高兼容性。

若方案1无效，可结合方案2验证寄存器访问逻辑，或通过方案3排查硬件问题。建议在代码中添加错误处理（如检查ACK状态），并打印原始读取数据，便于后续调试。

请楼主采纳。如有问题请继续留言。