導(dǎo)讀

I2C（Inter-Integrated Circuit），其實(shí)是?I2C?Bus 簡(jiǎn)稱，中文就是集成電路總線，它是一種串行通信總線，使用多主從架構(gòu)，由飛利浦公司在1980年代為了讓主板、嵌入式系統(tǒng)或手機(jī)用以連接低速周邊設(shè)備而發(fā)展。I2C的正確讀法為“I平方C”（"I-squared-C"），而“I二C”（"I-two-C"）則是另一種錯(cuò)誤但被廣泛使用的讀法。自2006年10月1日起，使用 I2C 協(xié)議已經(jīng)不需要支付專利費(fèi)，但制造商仍然需要付費(fèi)以獲取 I2C 從屬設(shè)備地址。

I2C?簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是一種串行通信協(xié)議，I2C的通信協(xié)議和通信接口在很多工程中有廣泛的應(yīng)用，如數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域的串行 AD，圖像處理領(lǐng)域的攝像頭配置，工業(yè)控制領(lǐng)域的 X 射線管配置等等。除此之外，由于?I2C?協(xié)議占用的 IO 資源特別少，連接方便，所以工程中也常選用?I2C?接口做為不同芯片間的通信協(xié)議。I2C?串行總線一般有兩根信號(hào)線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。所有接到?I2C?總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA上，各設(shè)備的時(shí)鐘線SCL接到總線的SCL上。

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?I2C（Intel-Integrated Circuit bus）。1998 年當(dāng)推出?I2C?總線協(xié)議 2.0 版本時(shí)，I2C?協(xié)議實(shí)際上已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

在進(jìn)行 FPGA 設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常需要和外圍提供?I2C?接口的芯片通信。例如低功耗的 CMOS 實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷芯片 PCF8563、LCD 驅(qū)動(dòng)芯片 PCF8562、并行口擴(kuò)展芯片 PCF8574、鍵盤(pán)/LED 驅(qū)動(dòng)器 ZLG7290 等都提供?I2C?接口。因此在 FPGA 中模擬?I2C?接口已成為 FPGA 開(kāi)發(fā)必要的步驟。

本篇將詳細(xì)講解在 FPGA 芯片中使用 VHDL/Verilog HDL 模擬?I2C?協(xié)議，以及編寫(xiě) TestBench仿真和測(cè)試程序的方法。

第三篇內(nèi)容摘要：本篇會(huì)介紹程序的仿真與測(cè)試，包括主節(jié)點(diǎn)的仿真、從節(jié)點(diǎn)的仿真、仿真主程序、仿真結(jié)果以及總結(jié)等相關(guān)內(nèi)容。

四、程序的仿真與測(cè)試

I2C 協(xié)議的模擬程序完成后，還需要通過(guò)仿真程序?qū)Τ绦虻墓δ苓M(jìn)行測(cè)試。對(duì)本程序的仿真包括 3 個(gè)部分：第一部分是主節(jié)點(diǎn)的仿真，模擬數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)；第二部分是從節(jié)點(diǎn)的仿真，模擬數(shù)據(jù)的接收和應(yīng)答；第三部分是仿真主程序，負(fù)責(zé)整個(gè)仿真過(guò)程的控制。

4.1 主節(jié)點(diǎn)的仿真

主節(jié)點(diǎn)仿真的內(nèi)容包括讀數(shù)據(jù)、寫(xiě)數(shù)據(jù)和比較數(shù)據(jù) 3 部分，代碼如下：

`include "timescale.v"http://模塊定義module wb_master_model(clk, rst, adr, din, dout, cyc, stb, we, sel, ack, err, rty);  
  //參數(shù)    parameter dwidth = 32;    parameter awidth = 32;     
   //輸入、輸出  
  input clk, rst;   
 output [awidth -1:0] adr;  
  input [dwidth -1:0] din;   
 output [dwidth -1:0] dout; 
   output cyc, stb;
    output we;  
  output [dwidth/8 -1:0] sel; 
   input ack, err, rty;  
      //WIRE 定義   
 reg [awidth -1:0] adr;  
  reg [dwidth -1:0] dout;   
 reg cyc, stb;    reg we;  
  reg [dwidth/8 -1:0] sel;  
  reg [dwidth -1:0] q;   
     // 存儲(chǔ)邏輯  
  //初始化    initial     
   begin          
  adr = {awidth{1'bx}}; 
           dout = {dwidth{1'bx}};      
      cyc = 1'b0;   
         stb = 1'bx;      
      we = 1'hx;     
       sel = {dwidth/8{1'bx}};    
        #1;     
   end     
       // 寫(xiě)數(shù)據(jù)周期   
 task wb_write;     
   input delay;    
    integer delay;    
    input [awidth -1:0] a;    
    input [dwidth -1:0] d;    
    begin            // 延遲    
        repeat(delay) @(posedge clk);     
       // 設(shè)置信號(hào)值            #1;      
      adr = a;       
     dout = d;    
        cyc = 1'b1;      
      stb = 1'b1;     
       we = 1'b1;          
  sel = {dwidth/8{1'b1}};  
          @(posedge clk);    
        // 等待從節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答信號(hào)      
      while(~ack) @(posedge clk);       
     #1;            cyc = 1'b0;       
     stb = 1'bx;     
       adr = {awidth{1'bx}};      
      dout = {dwidth{1'bx}};      
      we = 1'hx;          
  sel = {dwidth/8{1'bx}};    
    end    endtask    
    // 讀數(shù)據(jù)周期   
 task wb_read;     
   input delay;    
    integer delay;   
     input [awidth -1:0]a;    
    output [dwidth -1:0] d;  
      begin            // 延遲      
      repeat(delay) @(posedge clk);         
   // 設(shè)置信號(hào)值            #1;       
     adr = a;        
    dout = {dwidth{1'bx}};       
     cyc = 1'b1;        
    stb = 1'b1;           
 we = 1'b0;          
  sel = {dwidth/8{1'b1}};  
          @(posedge clk);      
      // 等待從節(jié)點(diǎn)應(yīng)答信號(hào)       
     while(~ack) @(posedge clk);      

      #1;            cyc = 1'b0;     
       stb = 1'bx;      
      adr = {awidth{1'bx}};     
       dout = {dwidth{1'bx}};         
  we = 1'hx;         
   sel = {dwidth/8{1'bx}};      
      d = din;   
     end    endtask    
    // 比較數(shù)據(jù)    
task wb_cmp;    
    input delay; 
       integer delay;   
     input [awidth -1:0] a; 
       input [dwidth -1:0] d_exp;   
     begin           
 wb_read (delay, a, q);     
       if (d_exp !== q)???????
?????$display("Data?compare?error.
?Received?%h,?expected?%h?
at?time?%t",?q,?d_exp,$time);      
  end    endtaskendmodule

4.2 從節(jié)點(diǎn)的仿真

從節(jié)點(diǎn)仿真程序需要模擬從主節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)，并發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，代碼如下：

`include "timescale.v"http://模塊定義module i2c_slave_model (scl, sda);   
 // 參數(shù)    // 地址    parameter I2C_ADR = 7'b001_0000;        
// 輸入、輸出    input scl;    inout sda;   
     // 變量申明   
 wire debug = 1'b1;   
reg [7:0] mem [3:0]; // 初始化內(nèi)存
    reg [7:0] mem_adr; // 內(nèi)存地址   
 reg [7:0] mem_do; // 內(nèi)存數(shù)據(jù)輸出 
   reg sta, d_sta;  
  reg sto, d_sto; 
   reg [7:0] sr; // 8 位移位寄存器 
   reg rw; // 讀寫(xiě)方向  
  wire my_adr; // 地址  
  wire i2c_reset; // RESET 信號(hào) 
   reg [2:0] bit_cnt;
   wire acc_done; // 傳輸完成 
   reg ld;  
  reg sda_o;   
 wire sda_dly;       // 狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)定義   
 parameter idle = 3'b000;   
 parameter slave_ack = 3'b001;
    parameter get_mem_adr = 3'b010;  
  parameter gma_ack = 3'b011;  
  parameter data = 3'b100;  
  parameter data_ack = 3'b101;  
  reg [2:0] state;        // 模塊主體    //初始化   
 initial     
   begin        
    sda_o = 1'b1;  
          state = idle;  
      end     
       // 產(chǎn)生移位寄存器    
always @(posedge scl)     
   sr <= #1 {sr[6:0],sda};     
       //檢測(cè)到訪問(wèn)地址與從節(jié)點(diǎn)一致   
 assign my_adr = (sr[7:1] == I2C_ADR);     
   //產(chǎn)生位寄存器  
  always @(posedge scl)    
    if(ld)           
 bit_cnt <= #1 3'b111;     
   else      
      bit_cnt <= #1 bit_cnt - 3'h1; 
               //產(chǎn)生訪問(wèn)結(jié)束標(biāo)志  
  assign acc_done = !(|bit_cnt);     
   // sda 延遲    assign #1 sda_dly = sda;  
      //檢測(cè)到開(kāi)始狀態(tài)   
 always @(negedge sda)      
  if(scl)     
       begin      
          sta <= #1 1'b1;     
               if(debug)         
               $display("DEBUG i2c_slave; start condition detected at %t", $time);    
        end        else        
    sta <= #1 1'b0;    
            always @(posedge scl)     
   d_sta <= #1 sta;        // 檢測(cè)到停止?fàn)顟B(tài)信號(hào)  
  always @(posedge sda)    
    if(scl)       
     begin                sto <= #1 1'b1;      
              if(debug)                    
    $display("DEBUG i2c_slave; stop condition detected at %t", $time);        
    end     
   else         
   sto <= #1 1'b0;        
        //產(chǎn)生 I2C 的 RESET 信號(hào)   

 assign i2c_reset = sta || sto;   
     // 狀態(tài)機(jī)    always @(negedge scl or posedge sto)   
     if (sto || (sta && !d_sta) )        
    begin            
    state <= #1 idle; // reset 狀態(tài)機(jī)       
         sda_o <= #1 1'b1;              
  ld <= #1 1'b1;       
    end   
     else            begin     
       // 初始化        
    sda_o <= #1 1'b1;         
   ld <= #1 1'b0;        
    case(state)              
  idle: // idle 狀態(tài)         
           if (acc_done && my_adr)           
             begin                          
  state <= #1 slave_ack;                      
      rw <= #1 sr[0];                         
   sda_o <= #1 1'b0; // 產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)       
                     #2;                       
     if(debug && rw)                           
     $display("DEBUG?i2c_slave;?
command?byte?received?(read)?at?%t",$time);         
                   if(debug && !rw)                     
           $display("DEBUG?i2c_slave;
?command?byte?received?(write)?at?%t",$time);        
                    if(rw)                           
     begin                                 
   mem_do <= #1 mem[mem_adr];               
                         if(debug)                
                            begin                    
                            #2?$display("DEBUG?i2c_slave;?data?block?read?%x?from address?%x?(1)",?mem_do,?mem_adr);     
                                           #2?$display("DEBUG?i2c_slave;?memcheck?[0]=%x,?[1]=%x, [2]=%x",?mem[4'h0],?mem[4'h1],?mem[4'h2]); 
                                           end                            
    end                     
   end               

     slave_ack:                
        begin                      
      if(rw)                        
        begin                               
     state <= #1 data;     
                               sda_o <= #1 mem_do[7];           
                     end                
            else              
                  state <= #1 get_mem_adr;          
                      ld <= #1 1'b1;?
??????????????????????
??end???
??????????????????????????                    
get_mem_adr: // 等待內(nèi)存地址       
                 if(acc_done)       
             
        begin                              
  state <= #1 gma_ack;                               
 mem_adr <= #1 sr; // 保存內(nèi)存地址                              
  sda_o <= #1 !(sr <= 15); // 收到合法地址信號(hào)后發(fā)出應(yīng)答信號(hào)          
                  if(debug)                             
   #1?$display("DEBUG?i2c_slave;?address?received.
?adr=%x,?ack=%b",sr,?sda_o);                
            end                                             
   gma_ack:                    
    begin            
                state <= #1 data;   
                         ld <= #1 1'b1;   
                     end                    
                   data: // 接收數(shù)據(jù)                
        begin                    
        if(rw)    
                            sda_o <= #1 mem_do[7];    
                        if(acc_done)                    
            begin                                   
 state <= #1 data_ack;                                
    mem_adr <= #2 mem_adr + 8'h1;                        
            sda_o <= #1 (rw && (mem_adr <= 15) );        
                        if(rw)                                
    begin                                       
 #3 mem_do <= mem[mem_adr];                        
                if(debug)                                

            #5?$display("DEBUG?i2c_slave;?data?block?read?%x?from address?%x?(2)",?mem_do,?mem_adr);   
                                 ????????????????????????????????????end             
                   if(!rw)                            
        begin                                   
     mem[ mem_adr[3:0] ] <= #1 sr; // store data in memory                  
                      if(debug)                                          
  #2?$display("DEBUG?i2c_slave;?data?block?write?%x?to address?%x",?sr,?mem_adr);   
                                 end                             
   end              
              end                                               
     data_ack:                            
begin                                
ld <= #1 1'b1;                               
 if(rw)                                    
if(sda) //                                
        begin                                       
     state <= #1 idle;                                
            sda_o <= #1 1'b1;                               
         end                             
       else               
                         begin                
                            state <= #1 data;               
                             sda_o <= #1 mem_do[7];               
                         end                 
            
       else                                   
     begin      
                                      state <= #1 data;       
                                     sda_o <= #1 1'b1;        
                                end                         
       end                         
   endcase             
           end                  
          // 從內(nèi)存讀數(shù)據(jù)  
  always @(posedge scl)  
  if(!acc_done && rw)   
 mem_do <= #1 {mem_do[6:0], 1'b1};    
    // 產(chǎn)生三態(tài)    assign sda = sda_o ? 1'bz : 1'b0;     

   // 檢查時(shí)序    wire tst_sto = sto;    wire tst_sta = sta;  
  wire tst_scl = scl;        //指定各個(gè)信號(hào)的上升沿和下降沿
    specify     
   specparam normal_scl_low = 4700,  
          normal_scl_high = 4000,   
         normal_tsu_sta = 4700,       
     normal_tsu_sto = 4000,         
   normal_sta_sto = 4700,       
     fast_scl_low = 1300,      
      fast_scl_high = 600,  
          fast_tsu_sta = 1300, 
           fast_tsu_sto = 600,  
          fast_sta_sto = 1300;  
      $width(negedge scl, normal_scl_low);
        $width(posedge scl, normal_scl_high);  
      $setup(negedge sda &&& scl, negedge scl, normal_tsu_sta); // 開(kāi)始狀態(tài)信號(hào) 
       $setup(posedge scl, posedge sda &&& scl, normal_tsu_sto); // 停止?fàn)顟B(tài)信號(hào)
        $setup(posedge tst_sta, posedge tst_scl, normal_sta_sto);  
  endspecify  
  endmodule

4.3 仿真主程序

仿真主程序完成主節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)到從節(jié)點(diǎn)的控制，代碼如下：

`include "timescale.v"http://模塊定義module?tst_bench_top();    
//連線和寄存器   
 reg clk; 
  reg rstn;   
 wire [31:0] adr;   
 wire [ 7:0] dat_i, dat_o;  
  wire we;  
  wire stb;   
 wire cyc;   
 wire ack;    
wire inta;        //q 保存狀態(tài)寄存器內(nèi)容 
   reg [7:0] q, qq;
   wire scl, scl_o, scl_oen; 
   wire sda, sda_o, sda_oen;    
    //寄存器地址 
   parameter PRER_LO = 3'b000; //分頻寄存器低位地址 
   parameter PRER_HI = 3'b001; //高位地址 

   parameter?CTR?=?3'b010;?//控制寄存器地址，(7)使能位|6
?中斷使能位|5-0其余保留位 
   parameter?RXR?=?3'b011;?//接收寄存器地址，(7)接收到的最后一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)
    parameter TXR = 3'b011; //傳輸寄存器地址，(7)傳輸?shù)刂窌r(shí)最后一位為讀寫(xiě)位，1 為讀  
  parameter CR = 3'b100; //命令寄存器地址，??????
?//(7)開(kāi)始|6?結(jié)束|5?讀|4?寫(xiě)|3?應(yīng)答（作為接收方時(shí)，發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，“0”為應(yīng)答，“1”為不應(yīng)答）|2?保留位|1?保留位|0?中斷應(yīng)答位，這八位自動(dòng)清除
????parameter?SR?=?3'b100;?//狀態(tài)寄存器地址，(7)接收應(yīng)答位（“0”為接收到應(yīng)答）
|6?忙位（產(chǎn)生開(kāi)始信號(hào)后變?yōu)?1，結(jié)束信號(hào)后變?yōu)?0）|5?仲裁位|4-2?保留位|1?傳輸中位（1?表示正在傳輸數(shù)據(jù)，0?表示傳輸結(jié)束）|中斷標(biāo)志位   
 parameter TXR_R = 3'b101;    parameter CR_R = 3'b110;      
  // 產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，一個(gè)時(shí)間單位為 1ns，周期為 10ns，頻率為 100MHz。  
  always #5 clk = ~clk;        //連接 master 模擬模塊   
 wb_master_model #(8, 32) u0 (            
.clk(clk), //時(shí)鐘     
       .rst(rstn), //重起          
  .adr(adr), //地址          
  .din(dat_i), //輸入的數(shù)據(jù)       
     .dout(dat_o), //輸出的數(shù)據(jù)       
     .cyc(cyc),      
      .stb(stb),  
          .we(we),          
  .sel(),        
    .ack(ack), //應(yīng)答   
         .err(1'b0),       
     .rty(1'b0)        );  
      //連接 i2c 接口    i2c_master_top i2c_top (       
     //連接到 master 模擬模塊部分      
      .wb_clk_i(clk), //時(shí)鐘            
.wb_rst_i(1'b0), //同步重起位           
 .arst_i(rstn), //異步重起     
       .wb_adr_i(adr[2:0]), //地址輸入       
     .wb_dat_i(dat_o), //數(shù)據(jù)輸入接口      
      .wb_dat_o(dat_i), //數(shù)據(jù)從接口輸出         
   .wb_we_i(we), //寫(xiě)使能信號(hào)         
   .wb_stb_i(stb), //片選信號(hào)，應(yīng)該一直為高      
      .wb_cyc_i(cyc),           
.wb_ack_o(ack), //應(yīng)答信號(hào)輸出到 master 模擬模塊

            .wb_inta_o(inta), //中斷信號(hào)輸出到 master 模擬模塊   
                     //輸出的 i2c 信號(hào)，連接到 slave 模擬模塊   
         .scl_pad_i(scl),        
    .scl_pad_o(scl_o),          
  .scl_padoen_o(scl_oen),          
  .sda_pad_i(sda),        
    .sda_pad_o(sda_o),        
    .sda_padoen_o(sda_oen)    
    );    
    //連接到 slave 模擬模塊  

  i2c_slave_model #(7'b1010_000) i2c_slave (      
      .scl(scl),           
 .sda(sda)    
    );         
   //為 master 模擬模塊產(chǎn)生 scl 和 sda 的三態(tài)緩沖    
assign scl = scl_oen ? 1'bz : scl_o; // create tri-state buffer for i2c_master scl line   
 assign sda = sda_oen ? 1'bz : sda_o; // create tri-state buffer for i2c_master sda line      
  //上拉    pullup p1(scl); // pullup scl line    pullup p2(sda); // pullup sda line     
   //初始化    initial    
    begin          
  $display("
 狀態(tài): %t I2C 接口測(cè)試開(kāi)始！


", $time);       
     // 初始值         
   clk = 0;      
      //重起系統(tǒng)     
       rstn = 1'b1; // negate reset        
    #2;            rstn = 1'b0; // assert reset    
        repeat(20) @(posedge clk);            rstn = 1'b1; // negate reset      
      $display("狀態(tài): %t 完成系統(tǒng)重起！", $time);            @(posedge clk);          
  // 對(duì)接口編程            // 寫(xiě)內(nèi)部寄存器        
    // 分頻 100M/100K*5=O'200=h'C8  
          u0.wb_write(1, PRER_LO, 8'hc7);            u0.wb_write(1, PRER_HI, 8'h00);        
    $display("狀態(tài): %t 完成分頻寄存器操作！", $time);         
   //讀分頻寄存器內(nèi)容      
      u0.wb_cmp(0, PRER_LO, 8'hc8);          
  u0.wb_cmp(0, PRER_HI, 8'h00);      
      $display("狀態(tài): %t 完成分頻寄存器確認(rèn)操作！", $time);    

        //接口使能            u0.wb_write(1, CTR, 8'h80);           
 $display("狀態(tài): %t 完成接口使能！", $time);       
     // 驅(qū)動(dòng) slave 地址            // h'a0=b'1010_0000,地址+寫(xiě)狀態(tài)，寫(xiě)入的地址為 h'50   
         u0.wb_write(1, TXR, 8'ha0);     
       //命令內(nèi)容為 b'1001_0000,產(chǎn)生開(kāi)始位，并設(shè)置寫(xiě)狀態(tài) 
           u0.wb_write(0, CR, 8'h90);    
        $display("狀態(tài): %t 產(chǎn)生開(kāi)始位, 然后寫(xiě)命令 a0(地址+寫(xiě))，命令開(kāi)始！", $time);   
         // 檢查狀態(tài)位信息         
   // 檢查傳輸是否結(jié)束        
    u0.wb_read(1, SR, q);    
        while(q[1])            
    u0.wb_read(0, SR, q);         
   $display("狀態(tài): %t 地址驅(qū)動(dòng)寫(xiě)操作完成！", $time);         
   // 待寫(xiě)的地址為 h'01        
    u0.wb_write(1, TXR, 8'h01); 
           // 產(chǎn)生寫(xiě)命令 b'0001_0000        
    u0.wb_write(0, CR, 8'h10); 
           $display("狀態(tài): %t 待寫(xiě)地址為 01，命令開(kāi)始！", $time); 
           // 檢查狀態(tài)位      
      u0.wb_read(1, SR, q);       
     while(q[1])              
  u0.wb_read(0, SR, q);        
    $display("狀態(tài): %t 寫(xiě)操作完成！", $time);    
        // 寫(xiě)入內(nèi)容     
       u0.wb_write(1, TXR, 8'ha5);    
        u0.wb_write(0, CR, 8'h10);        
    $display("狀態(tài): %t 寫(xiě)入內(nèi)容為 a5，開(kāi)始寫(xiě)入過(guò)程！", $time);  
          u0.wb_read(1, SR, q);   
         while(q[1])           
     u0.wb_read(1, SR, q);       
     $display("狀態(tài): %t 寫(xiě) a5 到地址 h'01 中完成！", $time);
            // 寫(xiě)入下一個(gè)地址 5a       
     u0.wb_write(1, TXR, 8'h5a); // present data         
   // 寫(xiě)入并停止       
     u0.wb_write(0, CR, 8'h50); // set command (stop, write)  
          $display("狀態(tài): %t 寫(xiě) 5a 到下一個(gè)地址,產(chǎn)生停止位！", $time);     
      u0.wb_read(1, SR, q);         
   while(q[1])                
u0.wb_read(1, SR, q); // poll it until it is zero         
   $display("狀態(tài): %t 寫(xiě)第二個(gè)地址結(jié)束！", $time);        
    // 讀            // 驅(qū)動(dòng) slave 地址        
    u0.wb_write(1, TXR, 8'ha0);          
  u0.wb_write(0, CR, 8'h90);        
    $display("狀態(tài): %t 產(chǎn)生開(kāi)始位,寫(xiě)命令 a0 (slave 地址+write)", $time);   
         u0.wb_read(1, SR, q);       
     while(q[1])          
      u0.wb_read(1, SR, q); // poll it until it is zero        
    $display("狀態(tài): %t slave 地址驅(qū)動(dòng)完成！", $time);         
   // 發(fā)送地址          
  u0.wb_write(1, TXR, 8'h01);    
    
    u0.wb_write(0, CR, 8'h10);      
      $display("狀態(tài): %t 發(fā)送地址 01！", $time);        
    u0.wb_read(1, SR, q);      
      while(q[1])          
      u0.wb_read(1, SR, q);       
     $display("狀態(tài): %t 地址發(fā)送完成！", $time);         
   // 驅(qū)動(dòng) slave 地址，1010_0001,h'50+read      
      u0.wb_write(1, TXR, 8'ha1);       
     u0.wb_write(0, CR, 8'h90);        
    $display("狀態(tài): %t 產(chǎn)生重復(fù)開(kāi)始位, 讀地址+開(kāi)始位", $time); 
           u0.wb_read(1, SR, q);     
       while(q[1])          
      u0.wb_read(1, SR, q);       
     $display("狀態(tài): %t 命令結(jié)束！", $time);       
     // 讀數(shù)據(jù)         
   u0.wb_write(1, CR, 8'h20);    
        $display("狀態(tài): %t 讀+應(yīng)答命令", $time);     
       u0.wb_read(1, SR, q);         
   while(q[1])          
      u0.wb_read(1, SR, q);           
 $display("狀態(tài): %t 讀結(jié)束！", $time);   
         // 檢查讀的內(nèi)容        
    u0.wb_read(1, RXR, qq);       
     if(qq !== 8'ha5)           
     $display("
 錯(cuò)誤: 需要的是 a5, received %x at time %t", qq, $time);  


          // 讀下一個(gè)地址內(nèi)容      
      u0.wb_write(1, CR, 8'h20);      
      $display("狀態(tài): %t 讀+ 應(yīng)答", $time);     
       u0.wb_read(1, SR, q);  
          while(q[1])             
   u0.wb_read(1, SR, q);         
   $display("狀態(tài): %t 第二個(gè)地址讀結(jié)束！", $time);    
        u0.wb_read(1, RXR, qq);       
     if(qq !== 8'h5a)         
   $display("
 錯(cuò)誤: 需要的是 5a, received %x at time %t", qq, $time);  
          // 讀      
      u0.wb_write(1, CR, 8'h20);     
       $display("狀態(tài): %t 讀 + 應(yīng)答", $time);     

       u0.wb_read(1, SR, q);         
   while(q[1])           
     u0.wb_read(1, SR, q);   
         $display("狀態(tài): %t 第三個(gè)地址讀完成！", $time);      
      u0.wb_read(1, RXR, qq);     
       $display("狀態(tài): %t 第三個(gè)地址內(nèi)容是 %x ！", $time, qq);      
      // 讀            u0.wb_write(1, CR, 8'h28);        
    $display("狀態(tài): %t 讀 + 不應(yīng)答！", $time);       
     u0.wb_read(1, SR, q);           
 while(q[1])       
         u0.wb_read(1, SR, q);          
  $display("狀態(tài): %t 第四個(gè)地址讀完成！", $time);
u0.wb_read(1, RXR, qq);          
  $display("狀態(tài): %t 第四個(gè)地址內(nèi)容為 %x ！", $time, qq);
            // 檢查不存在的 slave 地址      
      // drive slave address       
     u0.wb_write(1, TXR, 8'ha0);   
         u0.wb_write(0, CR, 8'h90);????
????????$display("狀態(tài):?%t 產(chǎn)生開(kāi)始位, 發(fā)送命令 a0?(slave 地址+寫(xiě)). 檢查非法地址！",$time);    
        u0.wb_read(1, SR, q);        
    while(q[1])           
     u0.wb_read(1, SR, q); // poll it until it is zero        
    $display("狀態(tài): %t 命令結(jié)束！", $time);   
         // 發(fā)送內(nèi)存地址         
   u0.wb_write(1, TXR, 8'h10);    
        u0.wb_write(0, CR, 8'h10);      
      $display("狀態(tài): %t 發(fā)送 slave 內(nèi)存地址 10！", $time);    
        u0.wb_read(1, SR, q);      
      while(q[1])            
    u0.wb_read(1, SR, q);        
    $display("狀態(tài): %t 地址發(fā)送完畢！", $time);       
     // slave 發(fā)送不應(yīng)答        
    $display("狀態(tài): %t 檢查不應(yīng)答位！", $time);        
    if(!q[7])        
    $display("
 錯(cuò)誤: 需要 NACK, 接收到 ACK


");            // 從 slave 讀數(shù)據(jù)     
  
     u0.wb_write(1, CR, 8'h40);    
        $display("狀態(tài): %t 產(chǎn)生'stop'位", $time);      
      u0.wb_read(1, SR, q);         
   while(q[1])     
           u0.wb_read(1, SR, q); // poll it until it is zero   
         $display("狀態(tài): %t 結(jié)束！", $time);      
      #25000; // wait 25us      
      $display("

 狀態(tài): %t 測(cè)試結(jié)束！", $time);      
      $finish;     
   endendmodule

4.4 仿真結(jié)果

在 ModelSim 中可以看到仿真的結(jié)果。如圖 7 所示是發(fā)送開(kāi)始狀態(tài)并寫(xiě)地址“a0”時(shí)的圖形，此時(shí)在圖上表示為 SCL 處于高時(shí) SDA 的一個(gè)下降沿，然后是數(shù)據(jù)“1010，0000”。

圖 7 發(fā)送開(kāi)始信號(hào)并寫(xiě)地址 a0 ? 如圖 8 所示為發(fā)送數(shù)據(jù)“01”和“a5”時(shí)的圖形，在圖上表示為：數(shù)據(jù)“0000，0001”和“1010，0101”。 ?

圖 8 發(fā)送數(shù)據(jù)“01”和“a5” ? 如圖 9 所示的是發(fā)送停止?fàn)顟B(tài)信號(hào)和數(shù)據(jù)“5a”時(shí)的圖形，在圖上表示為 SCL 處于高時(shí)SDA 的一個(gè)上升沿，然后是數(shù)據(jù)“0101，1010”。 ?

圖 9 發(fā)送停止?fàn)顟B(tài)信號(hào)和數(shù)據(jù)“5a” ? 仿真程序說(shuō)明?I2C?程序符合?I2C?協(xié)議的時(shí)序和數(shù)據(jù)格式，可以實(shí)現(xiàn)模擬?I2C?協(xié)議的任務(wù)。

五、總結(jié)

本篇首先說(shuō)明了?I2C?協(xié)議相關(guān)的內(nèi)容，介紹協(xié)議基本概念和數(shù)據(jù)傳輸各個(gè)命令的具體含義以及協(xié)議對(duì)時(shí)序的要求。接下來(lái)介紹模擬?I2C?協(xié)議程序的框架，詳細(xì)講解框架中各個(gè)模塊的功能并介紹詳細(xì)代碼。最后通過(guò)一個(gè)完成的仿真程序完成對(duì)程序的測(cè)試。I2C?在應(yīng)用中有著廣泛的用途，本篇希望通過(guò)這個(gè)例子為各位大俠提供一個(gè)可行的解決方案。

編輯：黃飛