zswang's blog
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day8-i2c_master_byte_ctrl

發表於 更新於 分類於

Bit Command Controller 操作原理後, (以下略稱BitCC)
我們來看看 BitCC 如何操作

block diagram

                                                        ┌─────────────────────┐
┌───────────────────────────────────────────────────────┤                     │
│                                                       │                     │
│            ┌──────────────────────────────────────────┤                     │  core_cmd
│            │                                 core_txd │ i2c_master_bit_ctrl │◄───────────┐
│            │          ┌──────────────────┐ ┌─────────►│                     │            │
│            │          │                  │ │          │                     ├──────────┐ │
│            │ core_rxd │                  │ │          │                     │          │ │
│            └─────────►│                  │ │          └─────────────────────┘          │ │
│                       │                  │ │                                           │ │
│            din───────►│  shift register  │ │          ┌─────────────────────┐          │ │
│                       │                  │ │          │                     │          │ │
│             ld ────┬─►│                  ├─┤          │                     │          │ │
│                    │  │                  │ │          │                     │ core_ack │ │
│          shift ──┬─┼─►│                  │ │          │                     │◄─────────┘ │
│                  │ │  └──────────────────┘ │          │                     │            │
│                  │ │                       │ core_txd │    state machine    ├────────────┘
│                  │ │  ┌──────────────────┐ ├─────────►│                     │
│                  │ └─►│                  │ │ cnt_done │                     │
│                  │    │ down counter     ├─┼─────────►│                     │
│                  └───►│ (from 7~0 )      │ │          │                     │
│                       └──────────────────┘ └───►dout  └─────────────────────┘
│                                                          ▲  ▲   ▲
│        !nReset───────────────────────────────────────────┘  │   │
│                                                             │   │
│   rst | i2c_al──────────────────────────────────────────────┘   │
│          ▲                                                      │
└──────────┘            ┌──────────────────┐                      │
                        │                  │sta │                 │
                        │                  │sto │                 │
                        │ command register │rd  ├─────────────────┘
                        │                  │wr  │
                        │                  │ack │
                        └──────────────────┘

說明

  1. state machine根據系統clk跳動, 因大部分state 參考 core_ack, 所以會絕大部分參考 bit ctrl跳動
  2. 先放掉nReset, 再放rst
  3. state machine 進入正式 state, byte_ctrl 給 core_cmd
  4. bit_ctrl 寫完 start 給 core_ack
  5. bit_ctrl 根據 command register 做事, 每個 bit 給 core_ack
  6. 在此同時, write or read state 會致動 shift, 因此 shift register 會一直往MSB移動

開始, 暫存, 讀取寫入counter

go-signal

從 Command Register 來的三種訊號,
寫法為start + read, start + write

assign go = (read | write | stop) & ~cmd_ack;

dout

core_rxd 接在 BitCC 的 dout

  • 在IDLE, START會用ld將din資料載入
  • shift 訊號將 BitCC 的 dout 放到 LSB
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// assign dout output to shift-register
assign dout = sr;

// generate shift register
always @(posedge clk or negedge nReset)
  if (!nReset)
    sr <= #1 8'h0;
  else if (rst)
    sr <= #1 8'h0;
  else if (ld)
    sr <= #1 din;
  else if (shift)
    sr <= #1 {sr[6:0], core_rxd};

Read/Write counter

cnt_done 的週期是 8個 clk
但是必須有 ld, shift 才會跳動

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// generate counter
always @(posedge clk or negedge nReset)
  if (!nReset)
    dcnt <= #1 3'h0;
  else if (rst)
    dcnt <= #1 3'h0;
  else if (ld)
    dcnt <= #1 3'h7;
  else if (shift)
    dcnt <= #1 dcnt - 3'h1;

assign cnt_done = ~(|dcnt);

FSM

rst 初始化

跟BitCC一樣, 先放nReset, 再放rst

每個State初始數值

每輪state開始時先放第8bit給din,
shift, ld放掉, byte ack不能給

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// initially reset all signals
core_txd <= #1 sr[7];
shift    <= #1 1'b0;
ld       <= #1 1'b0;
cmd_ack  <= #1 1'b0;

6個state

  • ST_IDLE: 沒core_ack動作(BitCC給ack), go成立, 可跳進四個state之一.
    根據 Command Register 給指令 start,read,write 跳state.
    並且ld拉高, 把 8bit data load 進來.
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ST_IDLE:
	if (go)
	    if (start)
	        c_state  <= #1 ST_START;
	        core_cmd <= #1 `I2C_CMD_START;
	    else if (read)
	        c_state  <= #1 ST_READ;
	        core_cmd <= #1 `I2C_CMD_READ;
	    else if (write)
	        c_state  <= #1 ST_WRITE;
	        core_cmd <= #1 `I2C_CMD_WRITE;
	    else // stop
	        c_state  <= #1 ST_STOP;
	        core_cmd <= #1 `I2C_CMD_STOP;
	    ld <= #1 1'b1;
  • ST_START: 有core_ack才動作, 從 Command Register 確認 read/write
    並且ld還沒放掉. 
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ST_START:
    if (core_ack)
        if (read)
            c_state  <= #1 ST_READ;
            core_cmd <= #1 `I2C_CMD_READ;
        else
            c_state  <= #1 ST_WRITE;
            core_cmd <= #1 `I2C_CMD_WRITE;
        ld <= #1 1'b1;
  • ST_WRITE: ld自動放掉, 有core_ack才動作,
    • cnt_done 未數完前: shift一直動作
    • cnt_done 數完: 跳 ST_ACK 狀態 
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if (core_ack)
    if (cnt_done)
        c_state  <= #1 ST_ACK;
        core_cmd <= #1 `I2C_CMD_READ;
    else
        c_state  <= #1 ST_WRITE;       // stay in same state
        core_cmd <= #1 `I2C_CMD_WRITE; // write next bit
        shift    <= #1 1'b1;
  • ST_READ: 有core_ack才動作,
    • cnt_done 未數完前: shift一直動作, ack_in直接給BitCC的din
    • cnt_done 數完: shift一直動作, 跳 ST_ACK 狀態
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ST_READ:
    if (core_ack)
        if (cnt_done)
            c_state  <= #1 ST_ACK;
            core_cmd <= #1 `I2C_CMD_WRITE;
        else
            c_state  <= #1 ST_READ;       // stay in same state
            core_cmd <= #1 `I2C_CMD_READ; // read next bit
        shift    <= #1 1'b1;
        core_txd <= #1 ack_in;
    end
  • ST_ACK: shift自動放掉, 有core_ack才動作, 沒core_ack輸入ack_in給BitCC的din
    • 如果STOP 跳 ST_STOP
    • 沒有STOP 跳 ST_IDLE, cmd_ack 給 1(給一個Byte ACK)
    • ack_out = core_rxd (dout)
    • core_txd (din) 寫 1 (sda_i回復high)
    • 如果連 core_ack 都沒有core_txd 寫 ack_in 
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if (core_ack)
    if (stop)
        c_state  <= #1 ST_STOP;
        core_cmd <= #1 `I2C_CMD_STOP;
    else
        c_state  <= #1 ST_IDLE;
        core_cmd <= #1 `I2C_CMD_NOP;
        cmd_ack  <= #1 1'b1; // generate command acknowledge signal
    ack_out <= #1 core_rxd; // assign ack_out output to bit_controller_rxd (contains last received bit)
    core_txd <= #1 1'b1;
else
    core_txd <= #1 ack_in;
  • ST_STOP: 有core_ack才動作,
    • 跳 ST_IDLE
    • cmd_ack 給 1