国产FPGA测评【五】I2C遍历EEPROM寄存器并通过串口打印

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3.本帖代码根据正点原子代码修改，并给出了源码，若对正点原子构成侵权，请及时联系本人删除。

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0.说明

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本帖根据正点原子的EEPROM模块核串口模块，融合为一个工程文件，来实现特定业务：I2C遍历EEPROM寄存器并通过串口打印。

开始介绍我的工程之前，先来解答几个疑问。

1.为什么使用I2C

I2C是一种在工业控制、消费电子、计算机硬件广泛应用的程序。其仅需SCL和SDA两根数据线，但是在硬件设计中不难发现一个主设备挂载数十个I2C从设备，掌握I2C的硬件设计方法、PCB走线、程序设计是极其重要的。FPGA实现I2C驱动，需要根据I2C的读写时序去设计驱动模块，根据应用场景去实现业务逻辑；像MCU这一类的IC实现I2C就较为简单了，只需要设置相关的寄存器去配置I2C的工作模式即可。MCU自带的I2C总线可能会存在一定的使用局限，MCU的GPIO模拟I2C时序，也是消费电子中经常使用的。

2.为什么通过串口打印寄存器数据

通过对寄存器的写入和读出，并在串口显示，能够方便我们调试，观察写入的数据与读出的数据是否一致。当我们在调试I2C设备发现工作异常时，可以方便的将从器件的寄存器值打印出来，对比datasheet查看是否是配置有误。

另外，根据上一节提到的，我们还可以将I2C设备发送过来的数据存到RAM、FIFO、FLASH中，可供随时查看分析。

3.本帖提供全部源代码，见附件。

 

1.软件总体设计

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本帖的硬件设计比较简单，就是FPGA与EEPROM的I2C电路设计，网上相关内容较多，可自行学习。本帖直接介绍软件的设计。

本帖实验目标：开发板上电后，像EEPROM写入256个数据（0~255）后，读取EEPROM的所有寄存器数据（8192个），并通过串口打印到串口助手上。

I2C驱动模块：i2c dri为I2C驱动模块，用来驱动I2C的读写操作

读写EEPROM模块：e2promrw模块通过i2caddr接口向i2cdri模块输入器件字地址，通过i2cdata_w接口向i2c_dri模块输入写的数据，并通过i2c_data_r接口读取i2c_dri模块读到的数据。该模块还例化和串口模块，可以实现将读取到的EEPROM数据打印到串口。

LED显示模块：在EEPROM读写测试完成之前，LED灯处于熄灭状态；如果EEPROM读写测试成功，LED灯处于常亮状态；如果EEPROM读写测试失败，LED灯会不停的闪烁。

 

 

  2.关键代码分析

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I2C驱动是本工程最关键的部分，大家可以自行学习正点原子的资源，不再赘述。

本帖只对顶层模块和读写EEPROM模块进行了修改。

串口发送模块例化如下，assign uart_send_en = ((i2c_rh_wl == 1'b1) && i2c_done);当I2C处于读状态且读完成一字节数据后，就通过串口发送出去。这里有几个关键问题，一定要注意：

1.串口的使能信号，uart_en只需要一个周期的高电平去触发，而非一直保持高电平。如果一直保持高电平，就会导致uart_tx_busy信号一直为高，且串口的发送过程无法进行。大家可以自行分析串口发送模块。

2.i2c_done也只是保持一个时钟周期有效。我一开始想要通过定时器cke_1ms，每隔1ms读一次EEPROM数据，并让读取地址增加，并通过串口发送出去再进行下一次EEPROM数据的读取。发现程序执行异常。因为我没有注意到，i2c_done也只是保持一个时钟周期有效，且时钟cke_1ms与I2C读写的时钟属于异步时钟，当i2c_done有效时，cke_1ms可能无效；当i2c_done无效时，ke_1ms可能有效，这是地址增加这条指令永远执行不到，读不到想要的数据。

3.本帖是根据i2c_done信号去写串口数据的，大家可以考虑下，为什么I2C读取的EEPROM数据可以全部通过串口打印出来？什么情况下，会出现串口数据未发送完，I2C读取了多次数据导致串口数据漏掉？并未使用cke_1ms，大家要使用定时器要注意时钟同步的问题。

assign uart_send_en = ((i2c_rh_wl == 1'b1) && i2c_done);

uart_send #(                          
    .CLK_FREQ       (CLK_FREQ),         //设置系统时钟频率
    .UART_BPS       (UART_BPS))         //设置串口发送波特率
u_uart_send(                 
    .sys_clk        (sysclk),
    .sys_rst_n      (rst_n),
     
    .uart_en        (uart_send_en),     //发送使能信号
    .uart_din       (i2c_data_r),   //待发送数据
    .uart_tx_busy   (uart_tx_busy),     //发送忙状态标志    
    .uart_txd       (uart_txd)          //UART发送端口
    );

 

串口数据发送状态机如下：

  2'd2 : begin                 
                    if (1)   begin         // if (cke_1ms)，cke_1ms周期小于clk
                        flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;
                        i2c_exec <= 1'b1;
                    end
                    else
                        flow_cnt <= flow_cnt;
            end    
            2'd3 : begin
                if(i2c_done == 1'b1) begin                 //EEPROM单次读出完成
                    //读出的值错误或者I2C未应答,读写测试失败
                    if((i2c_addr <= MAX_BYTE-1) && (i2c_addr[7:0] != i2c_data_r) || (i2c_ack == 1'b1)) begin
                        rw_done <= 1'b1;
                        rw_result <= 1'b0;
                    end
                    //else if(i2c_addr == MAX_BYTE - 1'b1) begin //读写测试成功
                    else if(i2c_addr == 8191) begin //读写测试成功
                        rw_done <= 1'b1;
                        rw_result <= 1'b1;
                        i2c_addr <= i2c_addr;
                    end    
                    else begin
                        flow_cnt <= 2'd2;
                        i2c_addr <= i2c_addr + 1'b1;
                    end

 

3.实物仿真

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1.实物连接如下图：包括下载器连接到PC、type-c数据线连接PC和开发板，连接上电源。

 

红色灯常亮表示我们向地址0-255写入的256个数据，与读出是相同的，证明了I2C数据读写的正确性。

 

串口助手设置：

波特率设置为115200，停止位1，无校验。注意勾选十六进制显示。

串口助手点击清除接收，然后下载程序，串口助手就会出现下列数据，方框中的前256个数据是我们写入的，数据依次为0-255，后面的数据默认值都为FF。箭头表示我们一共读取了EEPROM的8192个数据。

我在附件给出了源码，大家如果有疑问可以回帖咨询。

 

 

本帖最后由 yyliu 于 2023-2-5 18:07 编辑

为什么I2C读取的EEPROM数据可以全部通过串口打印出来？这是个问题

根据i2c的频率和传输位数，计算出读取一次eepron寄存器所需时间t1，

串口波特率为115200，计算一次传输8bit数据所需时间t2，

t1＞t2，因此不会丢数据。你可以实际计算下