Программный сброс ESP8266 при использовании расширителя GPIO

esp8266 i2c io-expander

В моем проекте я пытаюсь использовать PCF8574 для управления некоторыми периферийными устройствами, поскольку ESP8266 не предлагает всех необходимых мне выводов GPIO, однако, похоже, у меня возникают проблемы на самом базовом уровне управления выводами дисплея электронной бумаги.

Дисплей электронной бумаги подключен к MOSI, MISO и SCL к "родным" выводам GPIO12, 13 и 14, и я хотел полагаться на PCF для управления остальными четырьмя выводами (CS, DC, RST, BUSY).

Я изменил исходную библиотеку так, чтобы она могла принимать произвольную абстракцию контакта, которая выглядит следующим образом:

class Pin {
public:
  Pin(void){};
  ~Pin(void){};

  virtual uint8_t read() = 0;
  virtual void write(uint8_t value) = 0;
};

и сначала реализовал его как ArduinoPin, который все, что он делает, это настраивает режим pin и вызывает digitalRead или digitalWrite, когда это необходимо.

При подключении EPD к реализации ArduinoPin с использованием D0, D1, D2, D4 в качестве выводов дисплей электронной бумаги работает корректно, поэтому я приступил к созданию другой реализации Pin с помощью расширителя GPIO.

После реализации расширителя GPIO и относительных выводов

gpio-расширитель.h

class GpioExpander {
public:
  GpioExpander(uint16_t address);
  GpioExpander();
  uint8_t read(uint8_t pin);
  void write(uint8_t pin, uint8_t value);

private:
  uint8_t buffer[1] = {0xFF};
  uint16_t address;
};

class GpioExpanderPin : public Pin {
public:
  GpioExpanderPin(GpioExpander *expander, uint8_t pinNumber);
  ~GpioExpanderPin(void);
  virtual uint8_t read();
  virtual void write(uint8_t value);

private:
  uint8_t myPin;
  GpioExpander *expander;
};

gpio-expander.cpp

GpioExpander::GpioExpander(uint16_t address) {
  this->address = address;
  buffer[0] = 0xFF;
  Wire.beginTransmission(address);
  Wire.write(buffer[0]);
  Wire.endTransmission();
}

GpioExpander::GpioExpander() : GpioExpander(0x20) {}

uint8_t GpioExpander::read(uint8_t pin) {
  write(pin, 1);
  Wire.requestFrom(address, 1);
  buffer[0] = Wire.read();
  return (buffer[0] >> pin) & 1;
}

void GpioExpander::write(uint8_t pin, uint8_t value) {
  if (value == 1)
    buffer[0] |= (1 << pin);
  else
    buffer[0] &= ~(1 << pin);
  Wire.beginTransmission(address);
  Wire.write(buffer[0]);
  Wire.endTransmission();
}

gpio-expander-pin.cpp

GpioExpanderPin::GpioExpanderPin(GpioExpander *expander, uint8_t pinNumber) {
  this->expander = expander;
  myPin = pinNumber;
}

GpioExpanderPin::~GpioExpanderPin(void) {}

uint8_t GpioExpanderPin::read() { return this->expander->read(myPin); }

void GpioExpanderPin::write(uint8_t value) {
  this->expander->write(myPin, value);
}

Эти реализации работают нормально, я протестировал все с помощью мультиметра, и я могу произвольно записать 1 и 0 на всех 8 контактах PCF, но когда я пытаюсь управлять четырьмя контактами электронной бумаги, ESP8266 сбрасывается, и я понятия не имею, почему. Я попробовал использовать декодер исключений, и появляется следующая трассировка стека:

Exception Cause: Not found

0x40202984: Twi::read_bit() at ??:?
0x402029db: Twi::write_byte(unsigned char) at ??:?
0x40202b94: Twi::writeTo(unsigned char, unsigned char*, unsigned int, unsigned char) at ??:?
0x40202bb9: Twi::writeTo(unsigned char, unsigned char*, unsigned int, unsigned char) at ??:?
0x40202cc0: twi_writeTo at ??:?
0x40201720: TwoWire::endTransmission(unsigned char) at ??:?
0x40105cfe: os_printf_plus at ??:?
0x40201748: TwoWire::endTransmission() at ??:?
0x402017f5: GpioExpander::write(unsigned char, unsigned char) at ??:?
0x40201794: GpioExpanderPin::write(unsigned char) at ??:?
0x402011f9: Epd::spiTransfer(unsigned char) at ??:?
0x40201238: Epd::sendData(unsigned char) at ??:?
0x40201385: Epd::clear() at ??:?
0x402010b6: setup at ??:?
0x4020583c: std::_Function_handler<bool (), settimeofday::{lambda()#1}>::_M_manager(std::_Any_data&, std::_Function_handler<bool (), settimeofday::{lambda()#1}> const&, std::_Manager_operation) at time.cpp:?
0x4020583c: std::_Function_handler<bool (), settimeofday::{lambda()#1}>::_M_manager(std::_Any_data&, std::_Function_handler<bool (), settimeofday::{lambda()#1}> const&, std::_Manager_operation) at time.cpp:?
0x4020583c: std::_Function_handler<bool (), settimeofday::{lambda()#1}>::_M_manager(std::_Any_data&, std::_Function_handler<bool (), settimeofday::{lambda()#1}> const&, std::_Manager_operation) at time.cpp:?
0x4020583c: std::_Function_handler<bool (), settimeofday::{lambda()#1}>::_M_manager(std::_Any_data&, std::_Function_handler<bool (), settimeofday::{lambda()#1}> const&, std::_Manager_operation) at time.cpp:?
0x40202158: loop_wrapper() at core_esp8266_main.cpp:?
0x40100e85: cont_wrapper at ??:?

(Не знаю, почему я не могу отобразить исходные строки, любое предложение в этом отношении приветствуется.)

В любом случае, по-видимому, проблема возникает при завершении передачи I2C на минимально возможном уровне в Twi::read_bit, который я включаю ради всех вас, пытающихся мне помочь

core_esp8266_si2c.cpp

bool Twi::read_bit(void)
{
    SCL_LOW(twi_scl);
    SDA_HIGH(twi_sda);
    busywait(twi_dcount + 2);
    SCL_HIGH(twi_scl);
    WAIT_CLOCK_STRETCH();
    bool bit = SDA_READ(twi_sda);
    busywait(twi_dcount);
    return bit;
}

Самое неприятное, что эта же настройка, когда она запрограммирована в Micropython, работает просто отлично (хотя я не могу использовать Micropython, потому что мне нужна вся оперативная память, которую я могу получить от ESP, чтобы рисовать картинки, и меня очень интересует общая производительность, которую я могу получить с помощью C ++).

У кого-нибудь была такая же проблема? Есть какие-нибудь советы о том, как исправить это поведение?

Обновление

С помощью некоторых экспериментов мне удалось воспроизвести проблему в меньшем масштабе. Следующий код также сбрасывает ESP8266:

void setup() {
  Wire.begin();
  GpioExpander expander;
  GpioExpanderPin pin(&expander, 0);
  while(true) {
    pin.write(0);
    pin.write(1);
  }
}

Похоже, что быстрые циклы включения-выключения приводят к сбою системы (именно это делает библиотека EPD при отправке данных, относительно быстром включении и выключении контактов для переключения между режимами и т.д.). Не уверен, как решить эту проблему, но я полагаю, что это может быть связано с библиотеками Twi на данный момент.

ПРАВКА 2

Добавление yield() к функции записи класса gpio expander устраняет проблему, но время выполнения простой очистки дисплея увеличивается до неприемлемых уровней (~ 3 секунды для выполнения полного обновления дисплея).

На данный момент любое предложение приветствуется.