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--- 基于i2c总线的arm与fpga通信实验 [2019/12/21 11:28]
zhangzheng
+++ 基于i2c总线的arm与fpga通信实验 [2022/03/22 10:30] (当前版本)
sean
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+|  V1.0  |  2020-07-03 |  gingko  |  初次建立  |
+===== 实验十四：I2C实验——基于I2C的ARM与FPGA通信 =====
+==== 一、 实验目的与意义 ====
+  - 掌握I2C通信协议。
+  - 掌握I2C时序及使用方法。
+  - 掌握QuartusII的使用方法。
+==== 二、 实验设备及平台 ====
+  - iCore4 双核心板[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.15.5923532fsFrHiE&id=551864196684|点击购买]]。
+  - Blaster（或相同功能）仿真器[[https://item.taobao.com/item.htm?id=554869837940|点击购买]]。
+  - JLINK（或相同功能）仿真器。
+  - Micro USB线缆。
+  - Keil MDK 开发平台。
+  - Quartus开发平台。
+  - 电脑一台。
+==== 三、 实验原理 ====
+  * I2C是Inter-Integrated Circuit的缩写，是由Philips公司开发的一种简单的双向二线制同步串行总线。I2C通信的总线信号是双向的，但是对于通信的设备来说，有主从之分，支持一主多从或多主连接模式，这是由通信协议内部的设备地址所决定的。
+  * I2C的两条总线：一条SDA（Serial Data Line）,另一条SCL（Serial Clock）。其中，SCL总线方向总是由主机输向从机，在每个时钟上升沿到来时将数据写入每个从机设备中；SDA总线的方向是双向的，由主向从或由从向主，其数据的传输方向取决于命令内部的读写标志。其通信时序如图14-1所示：
+{{ :icore4:icore4_fpga_14_1.png?direct |图14-1 I2C通信时序}}
+  * 如图14-1，SCL一般由主机驱动发向从机。下面对开始标志（START）后的第一个字节进行解析：该字节主要包含器件专用地址码（高7位）和数据方向标志位（低1位），其中，专用地址码的高4位为器件类型，由厂家制定，低3位为器件引脚定义，由使用者定义。数据方向标志位，‘0’表示数据方向由主向从，‘1’表示数据方向由从向主。
+  * 本实验通过FPGA建立的I2C模块对外提供SCL、SDA接口，与STM32的I2C总线相连接，Commix与STM32通过串口连接，实现三者之间的通信。本实验中，Commix向STM32发送数据STM32的RXD端口接收数据，然后通过I2C的数据总线（SDA）把数据发送至FPGA，STM32起到一个桥梁作用。程序运行后，FPGA收到数据后向STM32发送数据，经过STM32发送至Commix显示出来。下为实验原理图：
+{{ :icore4:icore4_fpga_14_2.png?direct |图14-2 实验原理图}}
+==== 四、 代码讲解 ====
+、在每个SCL的上升沿锁存数据并将数据拼接成完整的字节，其代码如下：
+<code verilog>
+always@(posedge scl or negedge rst_n)
+	if(!rst_n)
+	    begin
+		i <= 5'd0;
+		data <= 64'd0;
+		data_in <= 64'd0;
+		rx_ack <= 1'd0;
+	    end
+	else if(rx_en)
+		begin
+		    case(i)
+'d0,5'd1,5'd2,5'd3,5'd4,5'd5,5'd6,5'd7；//移位完成数据接收
+				begin
+					i <= i + 1'd1;
+					rx_ack <= 1'd0;
+					data_in <= {data_in[62:0],sda};
+				end
+'d8:
+				begin
+					if(data_in[7:0] == 8'h0d)
+						begin
+							i <= 5'd9;
+							rx_ack <= 1'd1;
+							data <= data_in;
+						end
+					else
+						begin
+							i <= 5'd0;
+						end
+				end
+'d9:begin
+				rx_ack <= 1'd0;
+				i <= 5'd0;
+				end
+			default:i <= 5'd0;
+		endcase
+	end
+</code>
+、在每个读命令到来时发送GINGKO，其代码如下：
+<code Verilog>
+always@(negedge scl or negedge rst_n)
+	if(!rst_n)
+	    begin
+		j <= 4'd0;
+		send_data <= 1'd1;
+		tx_ack <= 1'd0;
+		tx_cnt <= 3'd0;
+		data_out <= GINGKO;
+	    end
+	else case(j)
+'d0,4'd1,4'd2,4'd3,4'd4,4'd5,4'd6,4'd7:	//移位输出数据
+		    begin
+			if(tx_en)
+			    begin
+				j <= j + 1'd1;
+				{send_data,data_out[47:1]} <= data_out;
+				tx_ack <= 1'd0;
+				end
+			    end
+'d8:begin
+			if(tx_cnt == 3'd5)		//判断最后一个字节，停止发送
+			    begin
+				j <= j + 1'd1;
+				tx_ack <= 1'd1;
+				tx_cnt <= 3'd0;
+			    end
+			else
+			    begin
+				j <= 4'd0;
+				tx_ack <= 1'd0;
+				tx_cnt <= tx_cnt + 1'd1;
+				end
+			    end
+'d9:begin
+				j <= 4'd0;
+				tx_ack <= 1'd0;
+				data_out <= GINGKO;
+			     end
+'d10:begin
+				j <= 4'd0;
+				tx_ack <= 1'd0;
+		      end
+	endcase
+</code>
+==== 五、 实验步骤 ====
+图14-3
+  - 将硬件正确连接，如图14-3所示。
+  - 打开Commix串口精灵，找到对应的COM口打开。
+  - 打开Keil MDK开发环境，并打开实验工程。
+  - 烧写ARM程序到iCore4上。
+  - 打开QuartusII开发环境，并打开实验工程。
+  - 烧写FPGA程序到iCore4上。
+  - 输入串口命令，观察实验现象。
+六、实验现象
+  * 在Commix上发送命令后，对应的ARM和FPGA的LED灯亮，同时接收显示GINGKO。
+|串口命令发送格式	|ARM_LED现象	|FPGA_LED灯现象|
+|LEDR\CR\LF	|红灯亮	|红灯亮|
+|LEDG\CR\LF	|绿灯亮	|绿灯亮|
+|LEDB\CR\LF	|蓝灯亮	|蓝灯亮|

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