實驗十六：IIC模（24LC04 煩歸麻煩，筆者終究還要吃飯，為了肚子，再麻煩的事情也要硬著頭皮捱過去...這也16.1IICIIC16.1IIC總線與IIC設備常見的示意圖。理想上，一條IIC總線允許千萬IIC設備占據在上...物理下，一條IIC總監究竟允許多少IIC設備占據其中必須根據設備地址位，即[7..4]記錄硬件ID，接續三位即[3..1]則記錄硬件地址，最后一位則是設備的訪問方向。結果如表16.1所示：16.1設備地址的位分配硬件IDIICIDID會隨著廠商還有設備的種類而有所改變。開發板上的IIC設備是某廠商的IIC器，即24LC04，硬件ID為4’b1010。至于硬IIC3IICIIC總線上僅允許占據8個而已。然而，開發板上的24LC04為3’b000。最后的方向存器24LC04，設備地址就是8’b1010_000_×。圖16.224LC04的寫操作（主機視角（二）主機發送設備地址（寫所以設備地址的方向是“寫”，所以方向位設置為0。圖16.324LC04的讀操作（主機視角（二）主機發送設備地址（寫（六）主機發送設備地址（讀（八）主機數據（九）從機沒有應答（主機無視應答未進入正題之前，請允許筆者加入一些小插曲。IIC總線是一種低速的總線，不過IIC總線有100Khz還有400Khz兩種速率提供選擇，要么100Khz，要么400Khz，要么兩者兼施，不管哪一種《整合篇》都曾實驗過。在此，實驗十六會以400Khz的速率筆者曾面，IIC總線之所以麻煩，因為IIC總線有大小不同的時序參數（時間選擇無視時序參數...那么，打從一開始還是不學為好IIC的總線時序有各種各樣的方法，但是筆者會選擇表達能力更高，控制能力更細的描述。知道IIC的總線時序是由一塊又一塊的拼圖拼湊而成，當在建模的時候，會針對各個拼圖作出局部性的描述。期間，也必須考慮各種時序參數，如表16.2所示：16.2各種時序參數（50Mhz量化相關參標Cck----CckigTeTGH----CckLowe----Reie----llie----Startle----StartSetup----DataIulie0----DataIutSetup5----StopSetupT----Opirmlk----BusFreei----ClockFrequency，既是頻率也是速率，在此是400KhzClockHighTimeSCLClockLowTimeSCLStartHoldTime，既起始位所需最小的保StartSetupTime，既起始位所需最小的建立時間DataInputHoldTimeDataInputSetupTimeOuputValidFromClock，既數據位經時鐘沿觸發以后的有效時間BusFreeTime，既總線的最小時間表示SCL信號的頻率，ClockHighTime表示SCL信號保持高電平所需的最小時間，ClockLowTime則表示SCL信號保持低電平所需的最小的時間。至于RiseTime與FallTime表示，SCL信號還有SDA信號由高變低或者由低變高時所需的最小時間，即上山與下山時間。HoldTime與SetupTime是用來評估數據是否成功打入寄存器的時序參數，算是典型中的典型。SetupTime表示建立時間，即數據寫入寄存器之前所需的穩定時間；反之，HoldTime則是保持時間，即數據打入寄存器之StartIIC總線的起始位，StopIIC總線的結束位，DataIIC總線的數據位，為了確保三者成功寫入從機，SetupTime與HoldTime必須得到滿足。OuputValidFromClock是關系數據位的時序參數，還有BusFreeTime是關系結束位的時序參數，在此先丟胃口一下。此外，為了簡化時序，筆者將各種參數的實際時間轉換為50Mhz量化以后的結果。對此，Verilog可以這樣表示，結果如代碼16.1所示：aaeFCLK=1d5,FHALF=1'2,FQUARTER=';araerHIH='0,TLOW=1d,TR=0d,TF=01;aaerTHD_STA=1'0,TSU_STA=1d0,TSU_STO=d;如代碼16.1所示，FCLK表示400Khz的周期，FHALF表示1/2周期，FQUARTER表1/4周期。至于為什么代碼16.1不見，DataInputHoldTime與BusFreeTime的時序（話題繼續之前，請讀者確保自己對“整合時序”有一定的理解，不然的話...接下來的內容，讀者一定會看到淚流滿面。圖16.4起始位起始位的物理時序。IICPS/2等傳輸協議的起始位，然而不同的是，IIC總線的起始位是SCL拉高TR+TSU_STA+THD_STA+TF之久，換之SDA則是拉高TRTHIGH然后拉低TF+TLOW。起始位總和所用掉的時間，恰恰好有一個速率的周期。對此，Verilog則可以這樣描述，結果如代碼16.2所示:ii=;rSCL<=11;if(C1==0)rSDA<=';eeif(C1==(TR+TG)rSDA<=';if(C1==(FCLK)-1)biC1<=';i<=i+'b;endeeC1<=C1+1'1;如代碼16.2所示，第2行的isQ=1表示設置SDA為輸出狀態（即時結果3行則表示SCL一直持續拉高狀態，第4~5行表示C1為0的時候SDA拉高，直到C1為TR+THIGH才拉低SDA。第6~7行表示一個步驟所逗留的時間。16.5結束16.5是結束位的時序圖，IIC設備的操作好壞一般都取決結束位。保險起見，SCL與SDA都事先拉低1/4周期，緊接著SCL會拉高TR+TSU_STO（或者1/2周期，最后又保持高電平1/2周期。反之，SDA會拉低1/2周期，隨之拉高TR+THIGH（或者1/2周期。對此，Verilog可以這樣表示，結果如代碼16.3所示：iiQ='b;if(C1==0)rSCL<=';seif(C1==FQUARTER)rSCL<='1;if(C1==0)rSDA<='0eeif(C1==FATER+TR+S_O)rSDA<=bif(C1==(FQUARTER+FCLK)-1)bgC1<=00i<=i+';eseC1<=C1+如代碼16.3所示，第2行表示SDA為輸出狀態（即時，第3~4行表示C1為0SCL，C11/45~6行表示，C10拉低SDA，C1為1/4周期TRTSU_STO就拉高SDA。第7~8圖16.6總線此外，結束位還有BusFreeTme這個時序參數，IIC總線在閑置的狀態下SCL與SDA等信號都持續高電平。主機發送結束位以示結束操作，然而主機持續拉高SCL信號與SDA信號TBUF以示總線。TBUF的有效時間從SCL信號與SDA信號拉高那一刻16.2所示，TBUF65個時鐘，結果如圖16.6所示，SDA信號拉高之后，SCL與SDA信號只要持續保持1/2周期（即62個時，基本上就能滿足TBUF。如果筆者是一位緊密控時狂人，可能無法接受這樣的結果，因為滿足TBUF少了3個時鐘，為此代碼16.3需要更動一下：if(C1==(FQUARTER+FCLK+3)-1)egnC1<=0d;i<=i+'b;eeC1<=C1+16.7數據位。IIC總線類似其他傳輸協議，它有時鐘信號也有上升沿與下降沿。如圖16.7所示，SCL信號的下降沿導致設備設置（更新）數據，上升沿則是鎖存（）數據。期間，TF+TLOW表示時鐘信號的前半周期，TR+THIGH則表示后半周期。此外，為了確保數據成功打入寄存器，數據被上升沿鎖存哪一刻起，TSU_DAT還有THD_DAT必須得16.8數據位更新有效除此之外，為了確保數據有效被更新，也必須確保TAA得到滿足，結果如圖16.816.9寫一字節IIC總線一般都是一個字節一個字節讀寫數據，如圖16.9所示，那是寫一字節的理想 4,,:isQ=';rSDA<=[7-if(C1==0)rSCL<=';leif(C1==(TF+W))rSCL<='if(C1==FCLK-1)biC1<='0;i<=i+'b;leC1<=C1+'如代碼16.5所示，第1行有8個步驟，表示寫一個字節。第3isQ1SDA為輸出狀態。第4行表示從最開始更新SDA的數據位。第5~6行表示，C1為0拉低SCL，C1為TF+TLOW則拉高SCL。第7~8行表示該步驟逗留一個周期的時間。16.10應答位應答位是從機給予主機的回答，0為是1為否。然而，從旁，應答位也如圖16.10所示，上升沿會產生在TFTLOW之后，也是1/2周期。對此，Verilog可以這樣表示，結果如代碼16.6所示：isQ=';if(C1==FHALF)ic<=A;if(C1==0)rSCL<=b;eeif(C1==FHALF)rSCL<=';if(C1==FCLK-1)egnC1<=1d;i<=i+11;eeC1<=C1+1; 如代碼16.6所示，第2行表示SDA為輸入狀態。第4~5行表示，C1為0拉低SCL，C1為1/2周期則拉高SCL。第3行表示，C1為1/2周期的時候應答位。第6~7行表示該步驟逗留1個周期的時間。16.11讀一字節所謂讀一字節數據就是重復8次應答位。如圖16.11所示，SCL的下降沿導致從機至于Verilog則可以這樣表示，結果如代碼16.7所示：,,,isQ=';if(C1==FHALF)[7i]<=A;if(C1==0)rSCL<='0;leif(C1==FHALF)rSCL<=bif(C1==FCLK-1)biC1<='0;i<=i+'b;leC1<=C1+'如代碼16.7所示，第1行表示一字節。第3行表示SDA為輸入狀態，第5~6行表示，C10拉低SCL，C11/2周期則拉高SCL。第4行表示，C11/2周期的時候數據，而且數據位由高至低存入D1。第7~8行表示該步驟逗留一個周期的時間。16.12第二次起始位16.12所示，感覺上第二次起始位也是第一次起始位，不過為了促使改以這樣表示，結果如代碼16.8所示：isQ=';if(C1==0)rSCL<=';eeif(C1==FQUARTER)rSCL<=';s(ATb;if(C1==0)rSDA<=';eleif(C1==FQUARTER)rSDA<=';eleif(C1==(FQUARTER+TR+I))rSDA<=';if(C1==QUA+FCLK+FUAT-1)enC1<=1';i<=i+11leC1<=C1+'如代碼16.8所示，第2行表示SDA為輸出狀態。第3~5行表示，C1為0拉低SCL，C1為1/4周期拉高SCL，C1為1/4周期+TR+TSU_STA+THD_STA+TF便拉低SCL。第7~9行表示，C10SDA，C11/4SDA，C11/4周期TRTHIGH便拉低SDA11~1216.13實驗十六的建模圖圖16.13是實驗十六的建模圖，組合模塊iic_demo內容包含IIC模塊，操作還有SMG基礎模塊。首先操作會將數據純如IIC模塊，然后又從中，完后再將讀出的數據驅動SMG基礎模塊。圖16.14IIC模塊的建模圖圖16.14是IIC模塊的建模圖，左邊是頂層信號，右邊則是溝通用的問答信號，寫入地址iAddr，寫入數據iData，還有讀出數據oDall/Done有兩位，即表示該模塊modulemodule(inputCLOCK,outputinoutinputoutputinputinputoutput parameterFCLK=10'd125,FHALF=10'd62,FQUARTER=10'd31;//(1/400E+3)/(1/50E+6)parameterTHIGH=10'd30,TLOW=10'd65,TR=10'd15,TF=10'd15;parameterTHD_STA=10'd30,TSU_STA=10'd30,TSU_STO=parameterFF_Write1=parameterFF_Write2=5'd9,RDFUNC=以上內容為相關的速率還有時序參數。第15~16行則是相關的偽函數regregregregregalways@(posedgeCLOCKornegedgeRESETif(!RESET{i,Go}<={5'd0,5'd0C1<=D1<=elseif(iCall[1]case(iisQ=rSCL<=if(C1==0)rSDA<=elseif(C1==(TR+THIGH))rSDA<=if(C1==(FCLK)-1)beginC1<=10'd0;i<=i+1'b1;endelseC1<=C1+1'b1;以上內容為部分操作。第33行的iCall[1]為使能寫操作。步驟0用來產生起始位1://WriteDevicebeginD1<={4'b1010,3'b000,1'b0};i<=5'd7;Go<=i+1'b1;beginD1<=iAddr;i<=FF_Write1;Go<=i+1'b1;3://WritebeginD1<=iData;i<=FF_Write1;Go<=i+1'b1;34://StopisQ=if(C1==0)rSCL<=elseif(C1==FQUARTER)rSCL<=if(C1==0)rSDA<=elseif(C1==(FQUARTER+TR+TSU_STO))rSDA<=if(C1==(FQUARTER+FCLK)-1)beginC1<=10'd0;i<=i+1'b1;elseC1<=C1+以上內容為部分操作。步驟4用來產生結束位beginisDone<=1'b1;i<=i+1'b1;beginisDone<=1'b0;i<=5'd0;以上內容為部分操作。步驟5~6用來產生完成信號isQ=rSDA<=D1[14-if(C1==0)rSCL<=elseif(C1==(TF+TLOW))rSCL<=if(C1==FCLK-1)beginC1<=10'd0;i<=i+1'b1;endelseC1<=C1+1'b1;以上內容為部分操作。步驟7~14是寫一個字節的偽函數15://waitingforacknowledgeisQ=if(C1==FHALF)isAck<=if(C1==0)rSCL<=elseif(C1==FHALF)rSCL<=if(C1==FCLK-1)beginC1<=10'd0;i<=i+1'b1;endelseC1<=C1+1'b1;if(isAck!=0)i<=5'd0;elsei<=Go;elseif(iCall[0]case(i0://isQ=rSCL<=if(C1==0)rSDA<=elseif(C1==(TR+THIGH))rSDA<=if(C1==FCLK-1)beginC1<=10'd0;i<=i+1'b1;endelseC1<=C1+1'b1;1://WriteDevicebeginD1<={4'b1010,3'b000,1'b0};i<=5'd9;Go<=i+1'b1;beginD1<=iAddr;i<=FF_Write2;Go<=i+1'b1;3://StartagainisQ=if(C1==0)rSCL<=elseif(C1==FQUARTER)rSCL<=elseif(C1==(FQUARTER+TR+TSU_STA+THD_STA+)rSCL<=if(C1==0)rSDA<=elseif(C1==FQUARTER)rSDA<=elseif(C1==(FQUARTER+TR+THIGH))rSDA<=if(C1==(FQUARTER+FCLK+FQUARTER)-1)beginC1<=10'd0;i<=i+1'b1;elseC1<=C1+34://WriteDeviceAddr(ReadbeginD1<={4'b1010,3'b000,1'b1};i<=5'd9;Go<=i+1'b1;5://ReadbeginD1<=8'd0;i<=RDFUNC;Go<=i+1'b1;6://StopisQ=if(C1==0)rSCL<=elseif(C1==FQUARTER)rSCL<=if(C1==0)rSDA<=elseif(C1==(FQUARTER+TR+TSU_STO))rSDA<=if(C1==(FCLK+FQUARTER)-1)beginC1<=10'd0;i<=i+1'b1;elseC1<=C1+beginisDone<=1'b1;i<=i+1'b1;beginisDone<=1'b0;i<=5'd0;以上內容為部分操作。步驟4用來寫入設備地址（讀，并且調用偽函數。步驟5用來一個字節，并且調用偽函數。步驟6用來產生結束位。步驟7~8則用來產生完isQ=rSDA<=D1[16-if(C1==0)rSCL<=elseif(C1==(TF+TLOW))rSCL<=if(C1==FCLK-1)beginC1<=10'd0;i<=i+1'b1;endelseC1<=C1+1'b1;以上內容為部分操作。步驟9~16是用來寫一字節的偽函數17://waitingforacknowledgeisQ=if(C1==FHALF)isAck<=if(C1==0)rSCL<=elseif(C1==FHALF)rSCL<=if(C1==FCLK-1)beginC1<=10'd0;i<=i+1'b1;endelseC1<=C1+1'b1;if(isAck!=0)i<=5'd0;elsei<=Go;以上內容為部分操作。步驟17用來應答位，步驟18則用來判斷應答位isQ=if(C1==FHALF)D1[26-i]<=if(C1==0)rSCL<=elseif(C1==FHALF)rSCL<=if(C1==FCLK-1)beginC1<=10'd0;i<=i+1'b1;endelseC1<=C1+1'b1;以上內容為部分操作。步驟19~26是一字節的偽函數27://noacknowledgeisQ=//if(C1==100)isAck<=if(C1==0)rSCL<=elseif(C1==FHALF)rSCL<=if(C1==FCLK-1)beginC1<=10'd0;i<=Go;elseC1<=C1+以上內容為部分操作。步驟27用來無視應答位assignSCL=assignSDA=isQ?rSDA:1'bz;assignoDone=isDone;assignoData=247.(inputCLOCK,outputinoutoutputoutput wire.oDone(DoneU1//>.iAddr(D1//<.iData(D2//< .oData(DataU1//>wirewire.RESET(RESET.SCL(SCL.SDA(SDA//>//<>.iCall(isCall//<smg_basemod(.CLOCK(CLOCK.RESET(RESET.DIG(DIG//>.SEL(SEL//>.iData(D3//<regregregregalways@(posedgeCLOCKornegedgeRESET//if(!RESETi<={D1,D2}<={8'd0,8'd0D3<=isCall<=case(iif(DoneU1)beginisCall<=2'b00;i<=i+1'b1;elsebeginisCall<=2'b10;D1<=8'd0;D2<=8'hAB;if(DoneU1)beginisCall<=2'b00;i<=i+1'b1;elsebeginisCall<=2'b10;D1<=8'd1;D2<=8'hCD;if(DoneU1)beginisCall<=2'b00;i<=i+1'b1;elsebeginisCall<=2'b10;D1<=8'd2;D2<=8'hEF;if(DoneU1)beginD3[23:16]<=DataU1;isCall<=2'b00;i<=i+1'b1;elsebeginisCall<=2'b01;D1<=8'd0;if(DoneU1)beginD3[15:8]<=DataU1