I2C总线在SOC系统中的设计与实现

论文摘要

在现代的众多芯片设计项目中,采用SOC架构设计实现,内嵌处理器,在芯片设计中考虑实现一些常用的处理器外设接口,使芯片适应更多的应用场合。Philips公司开发了一种用于内部IC控制的简单的双向两线串行总线I2C（Inter-Integrated Circuit）是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线,具有接口简单,资源占用少,方便易用等优点,而被广泛的应用到了数字系统设计中,用于实现处理器与外设的数据通信。该项目模拟了I2C总线通信系统,Verilog HDL是一门广泛使用的硬件描述语言,本项目正是采用Verilog HDL。本文首先研究了I2C总线的规范,又简要介绍了一般设计经常使用的设计环境和设计方法,以及设计流程。在此基础上,重点介绍了I2C通信系统的总体设计方案,详细描述时序状态机的工作原理和Verilog HDL语言的实现,以及在Xilinx平台上的时序仿真。本系统采用了自顶向下的设计方法,利用了Verilog HDL语言的结构描述风格,把整个设计分成多个小模块,顶层模块也采用语言描述。且结合了I2C协议以及UART协议,实现了该I2C总线通信系统。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 课题来源与意义

1.3 论文主要工作及主要组织结构

第二章 I2C 总线协议

2.1 I2C 总线概述

2.2 I2C 总线优点

2.3 I2C 总线规范定义

2.3.1 数据的有效

2.3.2 I2C 总线数据传送的开始和停止

2.3.3 数据传输

2.3.3.1 字节格式

2.3.3.2 响应

2.3.4 仲裁和时钟发生

2.3.5 仲裁

2.3.6 用时钟同步机制作为握手

2.3.7 地址格式

2.3.8 寻址

2.3.8.1 第一个字节的位定义

2.3.8.2 广播呼叫地址

2.3.8.3 起始字节

2.3.8.4 子地址

2.3.9 CBUS 的兼容性

2.3.10 时钟的延展性

第三章实现方案

3.1 I2C 总线系统总体结构

3.2 设计环境

3.3 设计方法

3.4 设计流程

第四章 I2C 总线控制器的设计

4.1 I2C 总线控制器设计

4.1.1 I2C 总线控制寄存器设计

4.1.1.1 控制寄存器列表

4.1.1.2 控制寄存器设计

4.1.1.3 数据寄存器设计

4.1.1.4 地址寄存器设计

4.1.2 CPU 接口设计

4.1.2.1 结构设计

4.1.2.2 仿真测试

4.1.3 I2C 协议模块设计

4.1.3.1 结构设计

4.1.3.2 仿真测试

4.1.4 I2C 外围测试模块设计

4.1.4.1 UART 设计

4.2 I2C 总线系统仿真测试

4.3 I2C 总线控制器综合报告

第五章总结与发展

5.1 总结与发展

致谢

参考文献

系统图表

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