ZYNQ之IIC控制器详解与IIC寄存器配置例程说明
1 概述
本文用于讲解ZYNQ中IIC的作用以及用例程说明IIC使用方法。
ZYNQ说明：
\1) ZYNQ分为PL侧与PS侧。
\2) PL侧为逻辑部分，即常说的FPGA。
\3) PS侧为软件侧，即常说的RAM侧。
本文以ZYNQ-7000系列 xc7z045ffg676为例讲解IIC。
使用开发工具：vivado 2017.4 ，SDK。
1.1 本文例程说明
本文例程简介：用ZYNQ的IIC配置ADV7611器件的寄存器配置。IIC用PS侧的资源，走EMIO即可引到PL端外接ADV7611芯片。然后使ZYNQ能接收外部输入的HDMI信号，分辨率为1920108060HZ。
PL侧功能：接收HDMI的信号，并解析分辨率参数；此外并将输入的HDMI再输出作为回环验证。
PS侧功能：IIC配置，GPIO输出作为配置完成提示done信号。
备注：ADV7611是一个单输入HDMI接收器件，内置HDMI兼容型接收器，支持HDMI 1.4a规定的所有强制性3D电视格式，和最高UXGA 60 Hz、 8位的分辨率。
1.2 特别说明
由于本文主要是讲ZYNQ的IIC，因此例程中涉及到的其他功能这里不会做详细的展开。
若要看GPIO的输出说明以及PL端怎么把硬件资源导入到PS端可查看
《ZYNQ之EMIO详解与例程说明》
2 参考
《UG585 Zynq-7000 SoC echnical Reference Manual》
《ADV7611 datasheet》
《UG180》
3 IIC定义及作用
3.1 IIC简介
IIC总线协议运用很广泛，主要是用于一些器件的配置，以及信号传输。
I2C 协议把传输的消息分为两种类型的帧：
\1) 一个地址帧 ：用于 master 指明消息发往哪个 slave；
\2) 一个或多个数据帧： 由 master 发往 slave 的数据（或由 slave 发往 master），每一帧是 8-bit 的数据。
注：协议要求每次放到 SDA 上的字节长度必须为 8 位，并且每个字节后须跟一个 ACK 位，在下面会讲到。数据在 SCL 处于低电平时放到 SDA 上，并在 SCL 变为高电平后进行采样。读写数据和 SCL 上升沿之间的时间间隔是由总线上的设备自己定义的，不同芯片可能有差异。
I2C 数据传输的时序图如下：
开始条件（start condition）：
为了标识传输正式启动， master 设备会将 SCL 置为高电平（当总线空闲时， SDA 和 SCL 都处于高电平状态），然后将 SDA 拉低，这样，所有 slave 设备就会知道传输即将开始。如果两个 master 设备在同一时刻都希望获得总线的所有权，那么谁先将 SDA 拉低，谁就赢得了总线的控制权。在整个通信期间，可以存在多个 start 来开启每一次新的通信序列（communication sequence），而无需先放弃总线的控制权，后面会讲到这种机制。
地址帧（address frame）：
地址帧总是在一次通信的最开始出现。一个 7-bit 的地址是从最高位（MSB）开始发送的，这个地址后面会紧跟 1-bit的操作符， 1 表示读操作， 0 表示写操作。接下来的一个 bit 是 NACK/ACK，当这个帧中前面 8bits 发送完后，接收端的设备获得 SDA 控制权，此时接收设备应该在第 9 个时钟脉冲之前回复一个 ACK（将 SDA 拉低）以表示接收正常，如果接收设备没有将 SDA 拉低，则说明接收设备可能没有收到数据（如寻址的设备不存在或设备忙）或无法解析收到的消息，如果是这样，则由 master来决定如何处理（stop 或 repeated start condition）。
数据帧（data frames）：
在地址帧发送之后，就可以开始传输数据了。 Master 继续产生时钟脉冲，而数据则由 master（写操作）或 slave（读操作）放到 SDA 上。每个数据帧 8bits，数据帧的数量可以是任意的，直到产生停止条件。每一帧数据传输（即每8-bit）之后，接收方就需要回复一个 ACK 或 NACK（写数据时由 slave 发送 ACK，读数据时由 master 发送 ACK。当 master 知道自己读完最后一个 byte 数据时，可发送 NACK 然后接 stop condition）。
停止条件（stop condition）：
当所有数据都发送完成时， master 将产生一个停止条件。停止条件定义为：在 SDA 置于低电平时，将 SCL 拉高并保持高电平，然后将 SDA 拉高。注意，在正常传输数据过程中，当 SCL 处于高电平时， SDA 上的值不应该变化，防止意外产生一个停止条件。
3.2 IIC读写时序
3.2.1 写时序
3.3 读时序
3.4 ZYNQ IIC控制器简介
4 IIC实用例程
4.1 例程功能说明
用ZYNQ的IIC配置ADV7611器件的寄存器配置。IIC用PS侧的资源，走EMIO即可引到PL端外接ADV7611芯片。然后使ZYNQ能接收外部输入的HDMI信号，分辨率为1920108060HZ。
PL侧功能：接收HDMI的信号，并解析分辨率参数；此外并将输入的HDMI再输出作为回环验证。
PS侧功能：IIC配置，GPIO输出作为配置完成提示done信号。
其功能框图如下所示：
4.2 功能分析
本例程主要有两部分内容：一是HDMI的输入输出数据处理，二是ADV7611的IIC寄存器配置。
对器件的配置时，ZYNQ的IIC做主即master，器件的IIC做从及slave。经ADV7611的datasheet可知其器件的配置为标准的IIC协议：1个7bit的slave addr，一个8bit的word addr，一个8bit的data。即要配置ADV7611的IIC寄存器只需要按字节模式写入即可。
注意：ADV7611手册上说的slave addr的值是按8bit的高7bit赋值的，而在ZYNQ的IIC控制器的slave addr为7bit值，因此在使用时需要进行数据的右移以为处理。其说明如下图所示。
4.3 PL侧设置
在做ZYNQ的开发时，是PL与PS协调的一个过程。需要先在PL侧建立工程，之后再将PL侧的bit导出到PS侧进行开发。
PL侧关于ZYNQ的设置如下：
\1) 在vivado中新建工程后在bd中添加zynq的ip。
\2) 之后双击IP点开设置界面，如下所示：
\3) 再进入MIO configuration中配置I2C与GPIO如下图所示。
\4) 再点击ok完成zynq的ip设置。
\5) 再点击run block automation完成ip周围的设置，最后如下图所示
4.4 PS侧的设置
\1) 在导出的SDK中，点击file/new/application project建立运用工程，设置好工程名后点击下一步。
\2) 之后点击hello world工程模板。
\3) 之后在*bsp下面点击system.ss即可看见驱动，导入iic的examples。
\4) 之后根据需要在例程中找到IIC的初始化代码、输入输出代码搬移到自己的工程下。
\5) 再根据自己的运用场景处理寄存器的配置以及运用即可。比如本例程
4.5 例程代码讲解
1）初始化代码，一般不用处理，照搬即可。
2）IIC的写字节数据模块，由于ADV7611的slave addr可能变化，所以这里我讲EepromSlvAddr也提到了函数的输入。其他保持不变。函数端口说明如下：
a) Bytecount为写入的字节数量，包括word addr；
b) EepromSlvAddr即slave addr;
c) WriteBuffer为写入数据的数组名，即可在这个数据里放很多个数据。本例程主要是放两个数据，word addr与data.
3）有了初始化与写例程后，我们就可开始自己的配置了。首先编写一个结构体数组，存入IIC的所有配置寄存器以及数据.
4）再按顺序往IIC写模块写入数据即可。为了对其ADV7611与ZYNQ的IIC控制器的slave addr 我这里做了一个右移1位的操作。此外这个函数我把它返回值设置为了1，是为了配置完后给PL一个提示信号。
5）做到这里，代码的IIC的配置功能就基本写完了。然后将配置完成的返回值放入到GPIO的输出即可完成对PL的提示。
5 上板操作
\1) 连接上线缆后，点烧写PL的BIT文件，以及运行PS端的代码；
\2) 之后在VIVADO的debug上即可看见HDMI的输入信号以及分辨率信息。
6 附件
本附件为本例程的源代码。
IIC_Register_hdmi_cs_mz7045fa(ZYNQ配置IIC寄存器例程代码)