STM32 HAL库 I2C 三种编程方式：查询、中断与DMA

和串口类似，I2C也有三种方式：

查询方式，阻塞等待，简单直接
中断方式，非阻塞，效率更高
DMA方式，适合大数据传输，解放CPU

HAL库的封装模式

HAL库提供了两种不同的封装模式：普通模式和内存模式。

怎么理解这两种模式的区别呢？用读寄存器举例，可以拆分为两个步骤：

写寄存器地址，也就是告诉从设备要读的地址
读数据

如果我们用普通模式，就需要两次调用，需要先写地址，然后读数据；如果我们用内存模式，HAL库就帮我们封装了这两步，只需要一次调用就能搞定。

举例：场景为读取 MPU6050 的 WHO_AM_I 寄存器（地址 0x75）。

普通模式：

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// ========== 第一步：写寄存器地址 ==========
uint8_t reg_addr = 0x75;
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, 0x68<<1, &reg_addr, 1, 1000);
// 0x68<<1 设备地址左移一位，因为是7bit地址，库会自动处理读写位

// ========== 第二步：读数据 ==========
uint8_t value;
HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, 0x68<<1, &value, 1, 1000);

// 现在 value = 0x68（WHO_AM_I 返回值）

内存模式：

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// ========== 一步搞定 ==========
uint8_t value;
HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, 0x68<<1, 0x75, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &value, 1, 1000);
// 按照寄存器地址宽度选择 I2C_MEMADD_SIZE_8BIT/I2C_MEMADD_SIZE_16BIT

// 现在 value = 0x68（WHO_AM_I 返回值）

但是调用次数的区别只存在于读模式，写模式都是一次，区别只有参数组织方式：

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// 写寄存器（普通模式）
uint8_t data[2] = {0x6B, 0x00};  // 寄存器地址 + 数据
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, 0x68<<1, data, 2, 1000);

// 写寄存器（内存模式）
uint8_t value = 0x00;
HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, 0x68<<1, 0x6B, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &value, 1, 1000);

一般推荐使用内存模式，更方便，除非需要更加细致的控制。

一个有趣的小问题是，为什么普通模式不需要 I2C_MEMADD_SIZE_8BIT 这样的参数呢？核心区别是：HAL库知不知道这是寄存器地址。

在普通模式下，HAL库只管发送这些字节，不关心内容是什么。而在内存模式下，HAL库知道第一个是寄存器地址，后面的是数据，所以需要关心地址长度。因为不管是读还是写，第一步都是需要写地址，也就是需要知道地址长度的，所以读写都有这个参数。

封装方式这一节，提到的所有代码调用方式都是查询方式，到这里其实你也掌握了查询方式的用法了，其实非常简单。

相关代码改动（查询方式实现）

中断方式

和其他HAL库函数一样，中断方式的函数带有 _IT 后缀，触发中断后立即返回，在回调函数里通知。

查询函数	中断函数
`HAL_I2C_Master_Transmit`	`HAL_I2C_Master_Transmit_IT`
`HAL_I2C_Master_Receive`	`HAL_I2C_Master_Receive_IT`
`HAL_I2C_Mem_Read`	`HAL_I2C_Mem_Read_IT`
`HAL_I2C_Mem_Write`	`HAL_I2C_Mem_Write_IT`

回调

中断方式涉及的回调函数稍微多了一些：

回调函数	触发条件
`HAL_I2C_MasterTxCpltCallback`	Master 发送完成
`HAL_I2C_MasterRxCpltCallback`	Master 接收完成
`HAL_I2C_MemTxCpltCallback`	Mem 发送完成
`HAL_I2C_MemRxCpltCallback`	Mem 接收完成
`HAL_I2C_SlaveTxCpltCallback`	Slave 发送完成
`HAL_I2C_SlaveRxCpltCallback`	Slave 接收完成
`HAL_I2C_ErrorCallback`	任何错误
`HAL_I2C_AbortCpltCallback`	中止完成

按照操作类型分类：

类型	发送回调	接收回调
Master 普通模式	`MasterTxCpltCallback`	`MasterRxCpltCallback`
Mem 内存模式	`MemTxCpltCallback`	`MemRxCpltCallback`
Slave 从机模式	`SlaveTxCpltCallback`	`SlaveRxCpltCallback`

按事件类型分：

事件	回调函数
正常完成	`xxxCpltCallback`
出错	`HAL_I2C_ErrorCallback`
中止	`HAL_I2C_AbortCpltCallback`

中止回调就是发送了Stop信号后调用的回调，通信出错或者用户中止都会被调用。

触发

HAL_I2C_Master_Transmit_IT 普通模式主机发送
HAL_I2C_Master_Receive_IT 普通模式主机接收
HAL_I2C_Mem_Write_IT 内存模式写
HAL_I2C_Mem_Read_IT 内存模式读
HAL_I2C_Master_Abort_IT 终止传输 -> 只有Master可以中止

触发函数	对应回调
`HAL_I2C_Master_Transmit_IT`	`HAL_I2C_MasterTxCpltCallback`
`HAL_I2C_Master_Receive_IT`	`HAL_I2C_MasterRxCpltCallback`
`HAL_I2C_Mem_Write_IT`	`HAL_I2C_MemTxCpltCallback`
`HAL_I2C_Mem_Read_IT`	`HAL_I2C_MemRxCpltCallback`
`HAL_I2C_Master_Abort_IT`	`HAL_I2C_AbortCpltCallback`
任何传输出错	`HAL_I2C_ErrorCallback`

使用模式：

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│  程序员逻辑                                  │
├─────────────────────────────────────────────┤
│                                             │
│  1. 调用触发函数                             │
│     HAL_I2C_Mem_Read_IT(...)                │
│         ↓                                   │
│  2. 立即返回，后台传输                        │
│         ↓                                   │
│  3. [程序员自己决定等待方式]                  │
│     while(flag == 0);                       │
│     或做其他事情                             │
│         ↓                                   │
│  4. HAL 调用回调函数                         │
│     HAL_I2C_MemRxCpltCallback()             │
│         ↓                                   │
│  5. [程序员在回调里写逻辑]                    │
│     flag = 1;                               │
│                                             │
└─────────────────────────────────────────────┘

相关代码改动（中断方式实现）

DMA

I2C DMA直接跳过，因为这不常用。

原因：

I2C传感器通常只读写几个字节，DMA优势不明显
I2C有 Start/Stop/ACK/NACK，DMA处理不直观
DMA需要处理最后一个字节前禁止ACK等特殊情况，比较麻烦
对大多数I2C应用，中断模式已经够用