[FPGA] IIC I2C 通信协议

简介

I${}^2$C（又称I2C、IIC）协议，是一种同步串行半双工通信协议，只需要两根数据线（SCL、SDA）就可以实现多设备通信，同时具有完备的应答机制。

帧结构

一种常用帧结构

S1	A6	A5	A4	A3	A2	A1	A0	W/R	A	R7	R6	R5	R4	R3	R2	R1	R0	A	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	A	…	S0

帧内数据说明

S1	A6~A0	W/R	A	R7~R0	D7~D0	…	S0
起始位	设备地址	读写标志	应答位	寄存器地址	数据位	字节数不限	结束位

实际上，帧结构和设备有关，具体帧结构必须根据设备要求选择。

信号实现

起止条件

有效数据

通信过程

以读写EEPROM为例。

发送

单字节地址发送单字节数据流程：
1、主机发送起始位，从机准备
2、主机发送设备地址和写命令，目标从机应答，其他从机进入空闲状态
3、主机发送存储地址，目标从机应答
4、主机发送数据，目标从机写入存储单元后应答
5、主机发送结束位，目标从机进入空闲

接收

单字节地址读取单字节数据流程：
1、主机发送起始位，从机准备
2、主机发送设备地址和写命令，目标从机应答，其他从机进入空闲状态
3、主机发送存储地址，目标从机应答
4、主机发送起始位，目标从机准备
5、主机发送设备地址和读命令，目标从机应答
6、从机发送数据，主机应答则从机继续发送数据，不应答则结束发送
7、主机发送结束位，目标从机进入空闲

代码实现

模块示例

只能单字节读写，若需要页读写请加控制信号one_byte_en。

部分引脚说明

引脚名	类型	作用
start	input	为1时表明开始通讯
high_addr	input	为1时表明存储地址为两字节

其他引脚命名已包含足够信息，不再赘述。

代码思路

状态转换图

代码获取

HTTPS	https://github.com/Ernest789/IIC-protocol.git
SSH	[email protected]:Ernest789/IIC-protocol.git

时序分析

以单字节读写为例。

发送时序

起始位、设备地址、读写标志（写）、应答位

存储地址、应答位

写入数据、应答位、停止位

接收时序

起始位、设备地址、读写标志（写）、应答位

存储地址、应答位

读起始位、设备地址、读写标志（读）、应答位

读取数据、非应答位、结束位

同步与裁决

时钟同步

冲突裁决

待续。。。