明德扬PCIE系列开发板K7325T试用体验-第三篇

明德扬杨老师

本文为明德扬原创文章，转载请注明出处！作者：Vito

第三周来完成低速协议-iic的工程

查看核心板原理图刚好有一片M24C02 EEPROM，采用的接口是iic，因此就以该器件作为上板验证的硬件基础了。

硬件连接如下图所示：

本次工程完成的目标：FPGA通过iic协议向24C02写入0-255个数据，然后再依次读出数据，比较和写入的数据是否一致。

iic协议看似简单，但是它的读写跳转状态还挺多的，很容易在写程序时就绕晕了。因此本次工程实现按照规划步骤，理清思路分步进行，主要分为以下部分：

n 1.数据手册协议理解，总结iic读写流程。

n 2.根据读写流程进行状态设计，明确接口。

n 3.编写iic驱动代码，连接i2c仿真模型进行仿真调试。

n 4.上板验证

1. 协议

M24C02的数据手册我没有在给我的硬件资料中找到，如下图，希望之后补充完整。

我在网上找到同型号的SPEC，如下图，ST公司的eeprom,i2c速率支持100K和400K；本型号C02的容量是2Kbit的。

对于i2c设备，首先需要明确器件地址，如下图所示，器件地址是7位的，其中高4位是固定为1010，bit3-bit1由硬件决定，结合核心板原理图设计及封装，所以器件地址为：1010_000, bit0为读写控制位，1为读操作，0为写操作。

下面是读写时序，

写时序总结：

开始->器件地址写->从机应答->寄存器地址->从机应答->写数据->从机应答->结束

注：

1.如果是页写，就是在一个字节写数据之后不接停止，紧接着发下一个字节的数据而已。寄存器地址从机会自动累加，但是不能超过一页（本器件是16字节），否则地址会回滚。

2.本i2c设备容量为2k bit，换算成245个字节刚好是8位的寄存器地址，当然还有更大容量的i2c设备，所以为了兼容大容量的，寄存器地址分为16bit和8bit的。

3.对于写保护就是写入数据无效，但器件地址匹配从机也会响应，本项目暂不考虑这种使用场景，波形忽略。

读时序如下图，读时序相对于写操作来讲会稍微复杂一点，针对最常用的随机写操作而言，需要先发起一次伪写，目的是将i2c设备内部的寄存器地址指针指到想要读的位置，然后再进行一次读操作。

读时序总结：

开始->器件地址写->从机应答->寄存器地址->从机应答->重新开始->器件地址读->从机应答->从机返回数据->主机不应答->结束

注：如果主机应答，那么从机就会继续返回下一字节的数据，直到主机不应答后从机才会停止进入待机模式。

2. 状态跳转

因为状态较多，所以采用状态机跳转，方式如下。

根据状态转移设计接口信号以及具体时序。这里以写时序为例

3.代码编写及调试

根据状态转移以及时序，编写i2c_dri模块接口以及代码

编写完i2c协议驱动之后就需要进行仿真，这里使用的是eeprom的仿真模型文件，见附件。在tb中编写从1写到255地址依次递增，数据和地址一一对应，写完之后再依次读回来，然后对比读写数据的结果。这里截取第一段写的过程的仿真波形

可见，依次完整的写操作波形符合协议规范，并且从设备在接收到数据后也应答了对应的请求，说明这一次写操作是ok的。

4.上板验证

仿真通过后就可以上板验证了，增加io约束，将对应的信号映射到实际板子上，时钟复位，eeprom的引脚。为了方便观察实验结果，使用了一个LED作为数据比较结果的示意，当读写eeprom的结果正常，那么led灯将常亮，如果结果不正常，那么LED灯将会闪烁。

如下图是上板结果，LED灯常亮结果正确。

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