【导读】基于 STM32H573 单片机的工业 PLC 产品开发中，I2C 通信接口的稳定性至关重要。然而，近期某客户在将上一代产品迁移至新平台时遭遇了令人困惑的故障：沿用成熟的 I2C4 通信协议，当引脚从 PB6/PB7 切换至 PG6/PG7，且 GPIO 速率设置为高速（VERY_HIGH）时，通信完全失效，SCL/SDA 引脚无法拉高至正常电平；而降速至低速模式虽能勉强通信，却伴随严重波形毛刺。经过深入的实测验证与数据手册（DS14121）及参考手册（RM0481）的交叉比对，最终锁定问题根源并非硬件电路或软件配置错误，而是 STM32H5 系列特有的 HSLV（高速低电压）模式在 3.3V 供电场景下的误启用。
资料获取：STM32H573使能HSLV引起I2C4失效的案例分析
1. 故障现象与环境背景
1.1 核心故障表现
引脚配置：I2C4 使用 PG6（SDA）、PG7（SCL），外部串联 4.7k 上拉电阻，供电电压 3.3V；
速率依赖：GPIO 速率设为GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH时，I2C4 完全失效，SCL/SDA 引脚仅输出 20mV（无法拉高）；
异常特例：速率设为GPIO_SPEED_FREQ_LOW时通信恢复，但波形存在毛刺干扰；
历史对比：上一代产品使用 PB6/PB7 引脚（同 I2C4 功能），无论高低速率均正常通信。
1.2 硬件环境
主控芯片：STM32H573IIK6TR；
电路配置：3.3V 供电，I2C 总线外部 4.7k 上拉电阻；
软件版本：基于 STM32 标准库开发，I2C 配置符合常规规范（开漏输出 + 上拉电阻）。
2. 故障根源：HSLV 模式与引脚属性不匹配
2.1 引脚属性差异：PG6/PG7 vs PB6/PB7
查阅 STM32H573 数据手册（DS14121）发现，两组引脚的 GPIO 属性存在关键区别：
PB6/PB7：属性为 FT_f，支持 5V 容忍，无 HSLV 模式；
PG6/PG7：属性为 FT_fh，额外支持_h特性 —— 即高速低电压模式（HSLV）。
2.2 HSLV 模式的核心特性与使用限制
根据 STM32H5 参考手册（RM0481）定义，HSLV 模式是为低电压场景设计的 IO 性能优化功能：
功能作用：HSLV=1 时，IO 输出速度优化适配 1.8V 供电；HSLV=0 时（默认），适配 3.3V 供电；
严格限制：当 IO 供电电压（VDD/VDDIO2）＞2.7V 时，绝对禁止启用 HSLV 模式，否则会导致 IO 输出异常甚至芯片损坏；
电压规范：HSLV 启用时，IO 供电电压最大不得超过 2.75V（典型值 1.8V）。
2.3 故障逻辑链
客户系统供电为 3.3V（远超 2.7V 阈值），但 PG6/PG7 引脚的 HSLV 模式被误启用，导致：
高速模式（VERY HIGH）下，IO 输出级电路因电压不匹配无法正常驱动，SCL/SDA 无法拉高（仅 20mV）；
低速模式（LOW）下，驱动能力勉强达标，但电路工作在非优化状态，出现毛刺干扰。
3. 解决方案：分两步彻底解决问题
3.1 核心操作：关闭 HSLV 模式（选项字配置）
HSLV 模式通过 FLASH 选项字控制，需在 STM32CubeProgrammer 中修改配置：
连接仿真器与开发板，打开 STM32CubeProgrammer；
进入 “Option Bytes” 配置界面，找到 I/O 相关选项：
禁用IO_VDD_HSLV（VDD 域 IO 高速低电压模式）；
禁用IO_VDDIO2_HSLV（VDDIO2 域 IO 高速低电压模式）；
点击 “Apply” 保存配置，重启开发板使设置生效。
3.2 辅助优化：滤除低速模式毛刺
当 GPIO 速率设为 LOW 时出现的波形毛刺，属于正常现象：
毛刺成因：从设备释放 SDA 总线时，上拉电阻瞬间拉高电压，而主机快速接管总线拉低，形成短暂电平波动；
规范兼容性：I2C 协议允许 SCL 低电平时 SDA 电平变化，从设备仅在 SCL 高电平时采样 SDA 信号，毛刺不影响通信正确性；
优化方案：启用 I2C 外设的模拟滤波功能（通过I2C_InitStruct.FilterCfg配置），可有效滤除毛刺干扰。
4. 关键原理补充：HSLV 模式工作机制
4.1 设计初衷
HSLV 模式专为低电压（1.08V~2.7V）场景设计，通过优化 IO 输出级电路，提升低速供电下的信号切换速度，常见于电池供电类便携设备。
4.2 电压冲突本质
STM32H573 的 IO 输出级采用双 MOS 管推挽结构（开漏模式下禁用上管），HSLV 模式启用后，输出级驱动电压被限定在 1.8V 左右：
3.3V 供电时，MOS 管阈值电压不匹配，导致上拉电阻无法有效拉高电平；
高速模式下，驱动电路开关速度加快，冲突加剧，直接导致输出失效；
低速模式下，驱动电流减小，冲突缓解，通信可勉强进行但存在干扰。
5. 避坑指南：STM32H5 系列 I2C 应用关键要点
引脚选型：优先选择无 HSLV 属性（无_h标记）的引脚（如 PB6/PB7、PC0/PC1 等），避免 PG6/PG7、PH4/PH5 等 FT_fh 类引脚；
供电匹配：若必须使用 HSLV 引脚，需确保 IO 供电电压≤2.7V，且明确启用 HSLV 模式；
选项字核查：新板卡量产前，务必检查 FLASH 选项字，默认禁用 HSLV 相关配置；
速率配置：根据实际需求选择 GPIO 速率，I2C 通信建议使用GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM，平衡速度与稳定性；
波形验证：遇到通信异常时，优先用示波器测量 SCL/SDA 电平（正常空闲状态应为 3.3V 高电平），快速定位驱动问题。
STM32H573 I2C4 失效的核心原因是HSLV 模式与 3.3V 供电的不兼容，PG6/PG7 引脚的 FT_fh 属性使其默认支持 HSLV 模式，而客户未关注电压限制误启用该功能，导致 IO 输出级工作异常。通过关闭 HSLV 选项字配置，即可彻底解决通信故障，再配合 I2C 模拟滤波优化波形，实现稳定通信。
此类问题的排查关键在于重视引脚属性与功能模式的匹配，开发前需仔细研读数据手册中 GPIO 特性说明，避免因功能模式误用导致的隐性故障。
