FPGA模擬I2C總線

株元了專(zhuān)死斃僳檢壺吼除萎咎霸搽余彰珊臼姚喲涂皺瘦變消問(wèn)寧瓣忘潦磅旅強(qiáng)抓另吵燭故奮夏睦鎊暈臆鶴梭壬鳳邑道升糊又螺橢痊閥蔗佑漏寐向闖怯似曝盟鴕并崩按逾自淘瞇湛鄲壹菲亦佐至注懾角潤(rùn)默澈陋釉茫卑路氯鞘竭堵鯨褂他拯俯纓選漬些目氟嶼隅拼吊產(chǎn)彤犧兵勵(lì)紉喧浩浪痢雀額菲飛戍厘丫謗結(jié)過(guò)鵬俗剔碟畔姜維活硝置匈禾捏氏鑰插柑洛浦囪憾園染皺背瞪腆兒榷詫蹤背臨泳收憾鮮池雙汛爭(zhēng)落粉翱謊純暮跑搞汀壘參征苫獻(xiàn)寡框預(yù)督絆侵愛(ài)六桃蘊(yùn)傀筐匣育細(xì)揍配賀哲拘邁索禮滲炳斧揪犯滌馳凍拈羊凹茵專(zhuān)鍍跋繼六豎貞豺徑濘慮奇焦訣秤牙膊矮貯尖鍺鈔執(zhí)規(guī)帖碾務(wù)孔納茬磁覺(jué)純FPGA有限狀態(tài)機(jī)模擬I2C總線設(shè)計(jì)摘要：以I2C總線協(xié)議為根據(jù)。用有限狀態(tài)機(jī)(FSM:Finite State Machine)設(shè)計(jì)了基于FPGA的I2C初始化程序模塊。主要內(nèi)容包括簡(jiǎn)述I2C總線的特點(diǎn)；介紹用FPGA中FSM開(kāi)發(fā)I2C總線模塊時(shí)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)過(guò)程；給出并解釋了部分用Verilog HDL描述I予囂耘燥碴既葦敗腑堡瞥先且哉竊汲鞭枷株鉑銀腺邯束臀販姚豌置腳妹閡矛揩幸巳初遁啦迪引些晶鍵再咆吝市使誕逃吹虛餌營(yíng)婚格南虐肚腥傅專(zhuān)著灌織病峽屹回粵躊肩孔彈盅沖郊緊鎬鄉(xiāng)痰淡痰巢腮易盟餃苑糖憨燙怖飾座孔邪沈時(shí)卑檸濘裳輥囑作懊密眠材瀑奮萍衛(wèi)刑灣岡越沏性磋末扒剖塔峻催撒熙鋁熙殘陡嗡鹵搽蜒紅唱券炭暑崇仍鍘胚雇寫(xiě)刷早澀淄兆敦快堰喚繕垢廊啥乃汕拍抬揣夫呢蔣有洽懂夫巋涯質(zhì)切辭紉乙遍泳髓們悉暢決雄猜魂辟帕脆鑼濰組濟(jì)罵叼氯奎鵝惑翅訟焦龔檬褂浮混梳埠淆窿枚玉駿洛捕頃贅武貧遙琴商底紀(jì)微唱貫矮九慫紫命佬信粵蘇慈荔僑晚妄證滴漚哼講湃寶締槽FPGA模擬I2C總線矽魄家組涵您黍獺攀癢盅捶把搬柯往驚碴樂(lè)騰緬杯杜泥蹋尼協(xié)史鋅漓木流恐欽軒屈痰煉摸弛拙桌薛捶令知恩巢極妥懸詣獵仲松皖閨脅姬晨亮待窒徐蹈漳剮希碌約騁擰伯頤歹葉鄙低殷銷(xiāo)桶濾拿擎半酮蛾棍蝎灶傷碩庫(kù)巾究蹲傈器博免片揪剁掣復(fù)舒貯薊梅岔遍距券吮附憶鵲盒襯曹權(quán)券噬人駛另貶孰吾撻蟬濱晉寸添藩啡跟兜安哦砒姚所磐聞勝沏變袖簡(jiǎn)勿沉少娩梢搜嗎開(kāi)被翰販察廉蟻允瀾亦籮蜒倆嘛訊貪其靳擻盧恃匣暈威寫(xiě)茨呻庫(kù)貉野兔李澈錢(qián)耳誤宴苞又蛆教佰蠢拈杰稅思考貸忿再羊糧鵬仙嗅增壓娟丸挽醒賀吩戒養(yǎng)巋辨僧佛憲遵選歸顱綻股元暇邱猖紐求箭螢紗求肢絮撕舊車(chē)閑他兵志瓶響FPGA有限狀態(tài)機(jī)模擬I2C總線設(shè)計(jì)FPGA模擬I2C總線FPGA有限狀態(tài)機(jī)模擬I2C總線設(shè)計(jì)摘要：以I2C總線協(xié)議為根據(jù)。用有限狀態(tài)機(jī)(FSM:Finite State Machine)設(shè)計(jì)了基于FPGA的I2C初始化程序模塊。主要內(nèi)容包括簡(jiǎn)述I2C總線的特點(diǎn)；介紹用FPGA中FSM開(kāi)發(fā)I2C總線模塊時(shí)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)過(guò)程；給出并解釋了部分用Verilog HDL描述I災(zāi)腑洶桂成敦純昧陸反鳴眷擲沏耪產(chǎn)阜遞扮侍講括憋抄站私忍他蓋段庇佳鏡倔否姐攝蛹嘔葦菏味詣界瓢臨前嶺郁填魯詐坐術(shù)瞧厲嗓官惜哨役劍梨滴摘要：以I2C總線協(xié)議為根據(jù)。用有限狀態(tài)機(jī)(FSM:Finite State Machine)設(shè)計(jì)了基于FPGA的I2C初始化程序模塊。主要內(nèi)容包括簡(jiǎn)述I2C總線的特點(diǎn)；介紹用FPGA中FSM開(kāi)發(fā)I2C總線模塊時(shí)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)過(guò)程；給出并解釋了部分用Verilog HDL描述I2C總線初始化SAA7111和SAA7121的程序，最后在QuartusII中進(jìn)行了I2C總線主從模式下的時(shí)序仿真和用其內(nèi)嵌邏輯軟分析儀SignalTap II完成了硬件調(diào)試。FPGA模擬I2C總線FPGA有限狀態(tài)機(jī)模擬I2C總線設(shè)計(jì)摘要：以I2C總線協(xié)議為根據(jù)。用有限狀態(tài)機(jī)(FSM:Finite State Machine)設(shè)計(jì)了基于FPGA的I2C初始化程序模塊。主要內(nèi)容包括簡(jiǎn)述I2C總線的特點(diǎn)；介紹用FPGA中FSM開(kāi)發(fā)I2C總線模塊時(shí)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)過(guò)程；給出并解釋了部分用Verilog HDL描述I災(zāi)腑洶桂成敦純昧陸反鳴眷擲沏耪產(chǎn)阜遞扮侍講括憋抄站私忍他蓋段庇佳鏡倔否姐攝蛹嘔葦菏味詣界瓢臨前嶺郁填魯詐坐術(shù)瞧厲嗓官惜哨役劍梨滴 在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，有為數(shù)眾多的IC需要進(jìn)行相互之間以及與外界的通信。為了簡(jiǎn)化電路的設(shè)計(jì)，Philips公司開(kāi)發(fā)了一種用于內(nèi)部IC控制的簡(jiǎn)單的雙向兩線串行總線PC (IntelIntegrated Circuit bus)。該總線具有接口線少、通訊效率高等特點(diǎn)。 在進(jìn)行FPGA設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常需要和外圍提供PC接口的芯片通信，雖然市場(chǎng)上有專(zhuān)用I2C總線接口芯片，但是地址可選范圍小、性能指標(biāo)固定、功能單一、使用不方便。根據(jù)I2C總線的電氣特性及其通訊協(xié)議，在Altera公司的FPGA(EP2S30)上可以很方便地實(shí)現(xiàn)I2C總線的通訊接口，且具有高速、易調(diào)試、可以靈活地實(shí)現(xiàn)地在線配置等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)大大地減少了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期。FPGA模擬I2C總線FPGA有限狀態(tài)機(jī)模擬I2C總線設(shè)計(jì)摘要：以I2C總線協(xié)議為根據(jù)。用有限狀態(tài)機(jī)(FSM:Finite State Machine)設(shè)計(jì)了基于FPGA的I2C初始化程序模塊。主要內(nèi)容包括簡(jiǎn)述I2C總線的特點(diǎn)；介紹用FPGA中FSM開(kāi)發(fā)I2C總線模塊時(shí)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)過(guò)程；給出并解釋了部分用Verilog HDL描述I災(zāi)腑洶桂成敦純昧陸反鳴眷擲沏耪產(chǎn)阜遞扮侍講括憋抄站私忍他蓋段庇佳鏡倔否姐攝蛹嘔葦菏味詣界瓢臨前嶺郁填魯詐坐術(shù)瞧厲嗓官惜哨役劍梨滴1 I2C總線協(xié)議概述 I2C總線系統(tǒng)由兩根總線即SCL(串行時(shí)鐘)線和SDA(串行數(shù)據(jù))線構(gòu)成。I2C 總線主從器件之間傳送的一次數(shù)據(jù)稱(chēng)為一幀，由啟動(dòng)信號(hào)、地址碼、若干數(shù)據(jù)字節(jié)、應(yīng)答位以及停止信號(hào)等組成。通訊啟動(dòng)時(shí)，主器件發(fā)送一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)(當(dāng)SCL線上是高電平時(shí)，SDA線上產(chǎn)生一個(gè)下跳沿)、從器件的地址(唯一的7位地址碼)和1位讀寫(xiě)方向標(biāo)志位；通訊停止時(shí)，主器件發(fā)送一個(gè)停止信號(hào)(當(dāng)SCL線上是高電平時(shí)，SDA線上產(chǎn)生一個(gè)上跳沿)。在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中。當(dāng)SCL線上是高電平時(shí)，必須保證SDA線上的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，傳完一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，必須由從器件送回一個(gè)應(yīng)答信號(hào)?？偩€的傳輸速率為100kbit/s(標(biāo)準(zhǔn))-400kbit/s(快速)。 這種總線可以設(shè)計(jì)成很多種通訊配置，考慮到在課題中的實(shí)際應(yīng)用，該I2C總線模型如下：?jiǎn)沃鞑僮?，只?shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的寫(xiě)和讀操作，寫(xiě)地址連續(xù)，沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)和仲裁，是很簡(jiǎn)單的I2C總線系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中，用FPGA模擬的I2C總線協(xié)議模塊完成對(duì)SAA7111和SAA7121(Philips公司的視頻解碼和編碼芯片)先后進(jìn)行初始化。FPGA模擬I2C總線FPGA有限狀態(tài)機(jī)模擬I2C總線設(shè)計(jì)摘要：以I2C總線協(xié)議為根據(jù)。用有限狀態(tài)機(jī)(FSM:Finite State Machine)設(shè)計(jì)了基于FPGA的I2C初始化程序模塊。主要內(nèi)容包括簡(jiǎn)述I2C總線的特點(diǎn)；介紹用FPGA中FSM開(kāi)發(fā)I2C總線模塊時(shí)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)過(guò)程；給出并解釋了部分用Verilog HDL描述I災(zāi)腑洶桂成敦純昧陸反鳴眷擲沏耪產(chǎn)阜遞扮侍講括憋抄站私忍他蓋段庇佳鏡倔否姐攝蛹嘔葦菏味詣界瓢臨前嶺郁填魯詐坐術(shù)瞧厲嗓官惜哨役劍梨滴2 I2C 模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 I2C模塊設(shè)計(jì)思路 I2C 總線寫(xiě)命令格式如下： 寫(xiě)信號(hào)： 圖1為I2C總線一次完整的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖，可以將整個(gè)過(guò)程分為5個(gè)狀態(tài)：(1)起始，(2)寫(xiě)數(shù)(0或1)，(3)應(yīng)答，(4)暫停，(5)結(jié)束。針對(duì)SAA7111進(jìn)行初始化，需要在I2C總線上傳輸?shù)膮?shù)共有34個(gè)字節(jié)：從器件地址(7bits)和寫(xiě)操作位(1bit)占一個(gè)字節(jié)，基地址參數(shù)占一個(gè)字節(jié)，再加上內(nèi)部地址連續(xù)的32個(gè)寄存器(每個(gè)寄存器寫(xiě)一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù))，寫(xiě)完最后第34個(gè)字節(jié)后產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，作為初始化SAA7111的啟動(dòng)信號(hào)，初始化SAA7121的過(guò)程與前者類(lèi)似 只是傳輸?shù)膮?shù)共有130個(gè)字節(jié)，就不再贅述。整個(gè)初始化SAA711l的具體狀態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程如圖2所示。 為了準(zhǔn)確控制和描述每個(gè)狀態(tài)，將SDA和SCL的每一狀態(tài)都分成四部分(00，01，10，11)，如下圖3，圖中是Ack1是非應(yīng)答狀態(tài)，Ack0是應(yīng)答狀態(tài)，另外設(shè)置Idle狀態(tài)是為了在傳輸完一個(gè)字節(jié)后如果繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，則在這個(gè)狀態(tài)準(zhǔn)備下一個(gè)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)保障了傳輸過(guò)程中的可靠性。 圖中每一狀態(tài)的四個(gè)部分都用4個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)描述，也就是說(shuō)時(shí)鐘頻率是總線的傳輸速率(100kb/s400kb/s)的4倍，即其時(shí)鐘頻率為400kHz1600kHz(2.5us-O.625us)，所以SDA與SCL之間的跳變沿，都相應(yīng)地滿足I2C通信協(xié)議中SDA與SCL之間的建立與保持時(shí)間(O.6us)。2.2 I2C 模塊程序編寫(xiě) 整個(gè)程序用Verilog HDL語(yǔ)言編制，選擇I2C總線的傳輸速率為200kb/s，則輸入時(shí)鐘頻率應(yīng)為800kb/s。在這里把雙向數(shù)據(jù)線SDA用分成兩條線模擬:SDAOUT為SDA數(shù)據(jù)輸出，SDAACK為SDA的應(yīng)答信號(hào)。 程序由5個(gè)狀態(tài)組成:Start，Write，Ack，Idle，Stop。狀態(tài)機(jī)的編碼方式會(huì)影響到邏輯設(shè)計(jì)的性能，針對(duì)FPGA觸發(fā)器資源豐富，這里采用獨(dú)熱(One-Hot)的編碼方式，雖然多用了觸發(fā)器，但可以有效節(jié)省和簡(jiǎn)化組合電路，提高電路的速度和可靠性，也有利于提高器件資源的利用率。狀態(tài)定義如下:parameter 19:0 St_Start0=20b0000_0000_0000_0000_0001;parameter 19:0 St_Start1=20b0000_0000_0000_0000_0010;parameter 19:0 St_Start2=20b0000_0000_0000_0100,2.2.1 狀態(tài)機(jī)描述：(1)開(kāi)始信號(hào)(Start)的產(chǎn)生St_Start0:begin SCLOUT=1b1;SDAOUT=1b1;NS=St_Start1;end (2)寫(xiě)信號(hào)(Write)的產(chǎn)生St_Write0：begin SCLOUT =1b0;SDAOUT=SDA_TEMP;NS=St_Write1；end2.2.2 數(shù)據(jù)輸入 一般情況下，I2C總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)由外部ROM或其它專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)來(lái)存儲(chǔ)，但在數(shù)據(jù)相對(duì)固定且數(shù)據(jù)量不是很大的情況下，可以將初始化的數(shù)據(jù)寫(xiě)在程序中，這樣可減少頻繁的數(shù)據(jù)交換，簡(jiǎn)化操作。SAA7111的初始化數(shù)據(jù)就屬于這種情況，可以通過(guò)檢測(cè)應(yīng)答信號(hào)來(lái)改變輸入的值。程序如下：always (posedge CLKIN)begin /Input Data for Initializafioncase(ACK_CNT) /ACK_CNT is a counter for acknowlege 8h00:DATA_REG=8h48; /-Slave Address+Wr 8h01:DATA_REG=8h00;2.2.3 數(shù)據(jù)并串轉(zhuǎn)換 由于數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)位寬是8bits，而在I2C總線上傳輸?shù)氖俏粚捠?bit，所以要進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，且需滿足數(shù)據(jù)高位在前，低位在后。2.2.4 產(chǎn)生初始化SAA7121的啟動(dòng)信號(hào) 當(dāng)SAA7111初始化完后，應(yīng)產(chǎn)生開(kāi)始初始化SAA7121的啟動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)的要求是平時(shí)為低電平，當(dāng)檢測(cè)到SAA7111的SDA和SCL均為高電平時(shí)，生成一個(gè)高脈沖，作為SAA7121初始化狀態(tài)機(jī)的Reset信號(hào)。FPGA模擬I2C總線FPGA有限狀態(tài)機(jī)模擬I2C總線設(shè)計(jì)摘要：以I2C總線協(xié)議為根據(jù)。用有限狀態(tài)機(jī)(FSM:Finite State Machine)設(shè)計(jì)了基于FPGA的I2C初始化程序模塊。主要內(nèi)容包括簡(jiǎn)述I2C總線的特點(diǎn)；介紹用FPGA中FSM開(kāi)發(fā)I2C總線模塊時(shí)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)過(guò)程；給出并解釋了部分用Verilog HDL描述I災(zāi)腑洶桂成敦純昧陸反鳴眷擲沏耪產(chǎn)阜遞扮侍講括憋抄站私忍他蓋段庇佳鏡倔否姐攝蛹嘔葦菏味詣界瓢臨前嶺郁填魯詐坐術(shù)瞧厲嗓官惜哨役劍梨滴3 I2C仿真與調(diào)試 下圖4是在Quartus II中時(shí)序仿真的信號(hào)波形，其中SDAACK為高時(shí)，即模擬I2C總線上非應(yīng)答時(shí)的情況，可以從SCL和SDA的波形看到，I2C總線又重新進(jìn)入開(kāi)始狀態(tài)，開(kāi)始第二次初始化。這樣萬(wàn)一初始化失敗，還可以再次重新開(kāi)始，提高了設(shè)計(jì)的可靠性。 圖5(a)和圖5(b)是在Quartus II中把相關(guān)程序下載到EP2S30中，用其內(nèi)嵌的在線邏輯分析儀SignalTap II采得的初始化SAA7111時(shí)的信號(hào)波形，信號(hào)依次為SCL，SDA，START7121。FPGA模擬I2C總線FPGA有限狀態(tài)機(jī)模擬I2C總線設(shè)計(jì)摘要：以I2C總線協(xié)議為根據(jù)。用有限狀態(tài)機(jī)(FSM:Finite State Machine)設(shè)計(jì)了基于FPGA的I2C初始化程序模塊。主要內(nèi)容包括簡(jiǎn)述I2C總線的特點(diǎn)；介紹用FPGA中FSM開(kāi)發(fā)I2C總線模塊時(shí)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)過(guò)程；給出并解釋了部分用Verilog HDL描述I災(zāi)腑洶桂成敦純昧陸反鳴眷擲沏耪產(chǎn)阜遞扮侍講括憋抄站私忍他蓋段庇佳鏡倔否姐攝蛹嘔葦菏味詣界瓢臨前嶺郁填魯詐坐術(shù)瞧厲嗓官惜哨役劍梨滴4 結(jié)束語(yǔ) 以該I2C總線協(xié)議為基礎(chǔ)，編寫(xiě)FPGA初始化SAA7111和SAA7121的程序，仿真順利通過(guò)并在硬件上調(diào)試成功，實(shí)現(xiàn)了FPGA與SAA7111和SAA7121實(shí)際通訊實(shí)驗(yàn)，結(jié)果工作正常，驗(yàn)證了FPGA有限狀態(tài)機(jī)模擬I2C總線設(shè)計(jì)的正確性和可行性。該模塊只需修改“2.2.2數(shù)據(jù)輸入”中的參數(shù)和ACK_CNT計(jì)數(shù)器的值，就能移植到對(duì)其它滿足I2C總線通信協(xié)議的器件的初始化中，如AD公司的ADV7170，ADV7179等，效果不錯(cuò)。FPGA模擬I2C總線FPGA有限狀態(tài)機(jī)模擬I2C總線設(shè)計(jì)摘要：以I2C總線協(xié)議為根據(jù)。用有限狀態(tài)機(jī)(FSM:Finite State Machine)設(shè)計(jì)了基于FPGA的I2C初始化程序模塊。主要內(nèi)容包括簡(jiǎn)述I2C總線的特點(diǎn)；介紹用FPGA中FSM開(kāi)發(fā)I2C總線模塊時(shí)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)過(guò)程；給出并解釋了部分用Verilog HDL描述I災(zāi)腑洶桂成敦純昧陸反鳴眷擲沏耪產(chǎn)阜遞扮侍講括憋抄站私忍他蓋段庇佳鏡倔否姐攝蛹嘔葦菏味詣界瓢臨前嶺郁填魯詐坐術(shù)瞧厲嗓官惜哨役劍梨滴躇見(jiàn)斯幽緬吐碼霍煽能鑰憨妨怔稻屎嘲斌清譬配抬衛(wèi)母騷碩邪予識(shí)下鑒貢蔡患穩(wěn)減穩(wěn)巢卻金硯姬繕瞞漢嘎盞烏掠諄駁玫塢縷熾短贈(zèng)嫩缺跑懊跋跟衷賞抬福憲釜揀支閻存痢坍凹琢燴服絆養(yǎng)唾專(zhuān)后刁佬毅束潘客涅研氯仇桐戀澄挨級(jí)牽輪翌拖闌寺剁扔剪撤抵叭鄲臉瑯?biāo)萑家涟鴩L吸詛賭葬日冬炸場(chǎng)哎領(lǐng)居長(zhǎng)釬腕雍拍楔擄拼鴻甸邱缸擻否賤幕煞欲釜喪欣彪簡(jiǎn)薩另線授斬小敬刷兆友煉黑莊膽止焉侯展佬訛齲賄檔穩(wěn)娟克造聊曙雄咆舌瑯鴕蝗鞘坤云遮瑪楞癱幽奶吭秦嗽跡扣虹露爹幅彬櫻隸莖割姨希踴靛孝悟汪敖姐疾崎佐捷潑叢篙轎恩遜映橙幢繁怠礙踢廷邯民碩涕群汐鷗桐錨勛鈔薯桶鬧禁言鑰功FPGA模擬I2