闽江学院 电子信息工程 本科毕业设计（论文）
目录
第一章 绪论.......................................................................................... 6
1.1FPGA技术的发展 ............................................................................................................................................. 6 1.2 IIC总线的应用 .............................................................................................................................................. 6 1.3研究的内容 ....................................................................................................................................................... 7
第二章 I2C总线的介绍及控制核设计 ................................................. 8
2.1 I2C总线的概述及其特征 ............................................................................................................................ 8 2.2 I2C总线的工作原理 ..................................................................................................................................... 8 2.3 I2C总线的传输方式 ................................................................................................................................... 11 2.4 I2C控制核设计 ............................................................................................................................................ 12
第三章PLB-IPIF的概述 .................................................................... 18
3.1 PLB总线概述................................................................................................................................................. 18 3.2 IP接口概述 ................................................................................................................................................... 18 3.3 PLB-IPIF模块的总体特征 ......................................................................................................................... 20 3.4 IPIC模块的介绍 .......................................................................................................................................... 21
第四章 创建用户IP功能的实现 ........................................................ 23
4.1 创建硬件系统................................................................................................................................................ 23 4.2创建用户IP..................................................................................................................................................... 26 4.3 用户IP添加到系统中及其验证 ............................................................................................................... 34
第五章 结束语 .................................................................................... 36 参 考 文 献........................................................................................ 37 致 谢 ................................................................................................... 38
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第一章 绪论
1.1FPGA技术的发展
随着科学技术的快速发展，我们已经进入了数字化和信息化的时代。各种数字产品的广泛使用，其产品的性能和复杂度不断提高，更新周期逐渐缩小。系统朝着高速度、低功耗、低电压和网络化、小型化的方向发展。电路设计的要求也越来越高，传统单一功能的集成电路很难满足发展的需求。可编程逻辑器件可以方便的通过对逻辑结构的修改和配置，以完成对系统和设备的升级。半导体技术的不断发展，使基于FPGA的片上可编程系统技术也有了快速的发展。
FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上更进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的。FPGA既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA器件不仅仅是逻辑门、布线资源和I/O可编程，在FPGA中还添加了许多的硬核，如时钟管理和存储器等，直至增加了嵌入式处理器硬核和软核等，在一些关键领域发展可编程技术。FPGA实现了在单片器件上同时提供可编程逻辑、高性能处理器的系统级芯片。FPGA解决了电子系统小型化、低功耗、高性能等问题，其开发的周期也比较短、投入少，其芯片的价格也在不断下降。
在嵌入式系统设计领域，以FPGA为核心的可编程逻辑器件已经占据着越来越显要的地位。FPGA技术结合了微电子技术、电路技术、EDA技术[2]。基于FPGA系统设计，能够使最终系统趋于小型化，降低系统功耗和成本，提高系统可靠性。正因如此，FPGA被广泛应用于计算机、无线通信、多媒体处理、消费电子和汽车工业、国防和航天工业等领域。
[1]
1.2 IIC总线的应用
IIC总线是由荷兰PHILIPS公司于80年代研发的一种串行总线，它具有简单、双向、二进制以及同步的特点。IIC总线有两条信号线，分别为数据线SDA和时钟线SCL，并且皆是双向传输的。IIC总线是一种多向控制的总线，即支持多个芯片同时连接到同一总线结构中，并且每个芯片都可以作为数据传输的控制方。通过这种方式可以大大简化了信号传输总线。
IIC总线支持任何一种IC制造工艺，PHILIPS以及其他厂商也提供了各种各
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样的IIC兼容芯片。IIC总线被先后用于音频、视频集成电路以及中央控制中心。IIC总线广泛应适用于消费电子、通讯电子以及工业电子等领域的低速器件。
目前，IIC总线已经被广泛使用，能够很好的实现系统芯片与外围设备之间进行信息的交互。IIC总线在FPGA上的实现，基于系统的小型化以及提高硬件系统集成化的目的，充分利用了FPGA的逻辑资源。
1.3研究的内容
本文的研究内容如下：
（1）研究了FPGA技术的发展以及在系统设计中的独特优势，FPGA解决了电子系
统小型化、低功耗、高性能以及缩短研发周期等问题，所以充分利用FPGA资源，从而不断改进系统的性能。
（2）分析了I2C总线的特征及其工作原理，研究在FPGA上通过使用vhdl语言进行
I2C控制核的设计。
（3）介绍了如何在基于XILINX FPGA上创建嵌入式系统硬件平台，以及通过使用IPIF模块进行定制用户IP，将所设计的I2C控制核添加到系统中，进而实现其功能。
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第二章 I2C总线的介绍及控制核设计
2.1 I2C总线的概述及其特征
I2C总线是一种由PHILIPS公司推出的简单的双向两线串行总线，用作于微控制器及其外围设备的连接。I2C总线具有自动寻址、高低速设备同步和仲裁等功能，其使用的信号线在各类总线中最少。
I2C总线只要求两根信号线即可进行数据传输，一根是串行数据线(SDA)，另一根是串行时钟线(SCL)。I2C总线允许若干兼容器件(如存储器、A/D和D/A转换器，以及LCD驱动控制器等)共同使用总线。连接到相同总线上的设备数量只受到总线最大电容（400PF）的限制。任何连接到总线的器件皆可以通过唯一的地址和简单主\\从关系进行软件设定地址。挂载到总线上的器件都是通过SDA发送的地址信号进行寻址，进而不需要片选线的连接，减少了总线的数量。主机在发送完启动信号后，并立即发送寻址字节来寻址被控器件以及规定了数据的传输方向。当主机发送寻址字节时，总线上所有的连接的器件都将此寻址字节的高7位地址与自己的地址相比较，两者相同，那么该器件被主机寻址，并根据读\\写位来确定是接收器还是发送器。
I2C总线是一个多主机总线，具有多重主控能力，允许两个或者更多能够控制总线的器件与总线相连。任何时刻总线只允许一个主器件有效，当两个或更多主机同时初始化数据传输时，可以通过冲突检测和仲裁功能来决定哪个主器件来控制总线，以保证数据不被破坏。各从器件在总线空闲时启动数据传输。主机也可以作为主机发送器或主机接收器。然而，在大多数情况下，系统中只含有一个主器件，而总线上的其他器件作为从设备而存在。此时的I2C总线工作在主从工作模式下。
I2C总线上串行的8位双向数据传输位速率标准下可达到100kbit/s，快速模式下可达到400kbit/s，在高速模式下可以达到3.4Mbit/s。片上的滤波器可以滤去总线数据线上的毛刺波，以保证数据的完整性。SDA和SCL都是双向I/O线，且I2C总线上的所有设备的SDA、SCL引脚都要外接上拉电阻。
2.2 I2C总线的工作原理
⑴ 总线的构成及信号定义
I2C总线是由数据线SDA和时钟线SCL构成的两线性串行总线，可以发送和接收数据。各种的外围器件都是并接在这条总线上，并且每一个外围器件都有其
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